Key Technologies and Future Applications of Smart Bearing Embedded Perception Microsystems

doi:10.12068/j.issn.1005-3026.2025.20240200

Abstract

Abstract:

High-performance rolling bearings， as essential components of major equipment， are increasingly in demand for intelligent capabilities in fields such as wind power， engineering machinery， and rail transportation. Firstly，the technical characteristics of smart bearings are analyzed， and the related research progress and development trends at home and abroad are summarized. Then， the system composition， working principle and key technologies of the smart bearing embedded perception microsystem are mainly discussed， including integrated functional-structural design， sensing mechanisms and digital sensing technology， precision manufacturing and assembly processes， as well as performance testing and experimental evaluation. Finally， the future development trends and application potential of smart bearing technology are expounded and predicted， providing theoretical and practical guidance for technological innovation and industrialization in related fields.

Key words: smart bearing, perception microsystem, integrated design of functions and structures, sensor in-situ fabrication, status monitoring, fault diagnosis

CLC Number:

TH 133.33

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Figures/Tables 15

Fig.1 Smart bearing system[9]

Table 1 Representative smart bearing research institutions and their typical technologies and products

序号	机构名称	典型技术	典型产品	应用领域
1	瑞典斯凯孚公司(SKF)	复合传感器集成、自主数据分析和诊断、远程监控云端	“Insight Metro”智能轴承^[20]	风电、轨道交通、汽车、机床等
2	德国舍弗勒公司(FAG)	多功能传感器集成、自感知状态监测、远程监控云端	“FAG-Variosense”系列智能轴承^[21]	轨道交通、汽车、机床、风电等
3	美国铁姆肯公司(TIMKEN)	联合负荷分析、超高速应用分析等	“TRBS”智能轴承监测系统	风电、航空航天、医疗等
4	日本恩梯恩公司(NTN)	三轴负荷传感器、旋转传感器、挤压切削花键	“Smart Sensor Bearing”智能轴承^[22]	轨道交通、汽车、机床等
5	日本精工株式会社(NSK)	传感器集成、剩余寿命预测技术及实时报警	“Ensk”智能轴承^[23]	汽车、机床、泵和压缩机等

Fig.2 Representative smart bearing structures abroad

Fig.3 NTN’s sensor-embedded bearing unit for the machine tool spindle

Fig.4 Schaeffer intelligent lubricating system

Fig.5 System composition of smart bearing embedded perception microsystem

Fig.6 Multi-physical quantity sensing measurement principle of smart bearing embedded perception microsystem

Fig.7 Principle of condition monitoring and intelligent operation and maintenance of smart bearing embedded perception microsystem

Fig.8 Principle of strain pulse testing for monitoring the bearing’s outer rings

Fig.9 Stress pulse signal of the faulty roller bearing

Fig.10 Diagram of the integrated design method of smart bearing functions and structures based on system engineering

Fig.11 Thin-film sensors based on precursor ceramic fabrication

Fig.12 Overall design of the acquisition system

Fig.13 Physical diagram of PCB and integrated circuit

Fig.14 Strain signal and RMS of acceleration of the bearing’s ring embedded groove under partial load

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