軸承是機(jī)械傳動(dòng)軸的支承，是實(shí)現(xiàn)主機(jī)性能、功能與效率的重要保證，被譽(yù)為機(jī)器的“關(guān)節(jié)”。其主要功能是傳遞力和運(yùn)動(dòng)，減少摩擦損失。 不要以為這么高端的器件是近現(xiàn)代的產(chǎn)物，不，軸承在地球上已經(jīng)存在8000年了。 8000年前的新石器時(shí)代，中國出現(xiàn)了慢輪制陶工藝。制陶用的陶輪是一個(gè)裝有直立轉(zhuǎn)軸的圓盤，把和好的陶土或粗坯放在陶輪的中央，使陶輪轉(zhuǎn)動(dòng)。 ▲距今8000年的跨湖橋文化遺址出土的木質(zhì)陶輪底座 這個(gè)木質(zhì)陶輪底座像個(gè)梯形圓臺(tái)，上臺(tái)面中心位置有一個(gè)凸起小圓柱，它就是陶輪轉(zhuǎn)盤用的軸。轉(zhuǎn)盤通過圓臺(tái)上的軸來支撐旋轉(zhuǎn)，這是現(xiàn)在已發(fā)現(xiàn)的最早的軸承原型。 ▲跨湖橋文化遺址陶輪工作示意圖 此后過了2000多年，距今6000年的古埃及啟動(dòng)了浩瀚的金字塔修建工程。 修建過程中，古埃及人在撬板下放置一排木桿，利用木桿的滾動(dòng)使重物移動(dòng)，人們叫它木倫運(yùn)輸。 這與現(xiàn)代直線運(yùn)動(dòng)軸承使用的是用一種工作原理，只不過有時(shí)用球代替滾子。 后來人們發(fā)現(xiàn)用直徑大的木輪運(yùn)輸速度更快，于是木輪的直徑越來越大，逐漸演變成帶軸的輪子，這便形成了最早的車輪雛形。當(dāng)然，車輪也是我們中華民族的發(fā)明。 距今4700年的黃帝時(shí)期，人類歷史上第一部車輛駛上歷史舞臺(tái)。 黃帝造車，故稱軒轅氏。 軒是古代一種有圍棚的車，轅是車的基本構(gòu)件。 到了2700多年前的春秋時(shí)期已經(jīng)發(fā)明了車軸的潤(rùn)滑劑。有《詩經(jīng)》為證： 載脂載轄， 還車言邁。 遄臻于衛(wèi)， 不瑕有害？ ——詩經(jīng) 邶風(fēng)泉水 轄在古代解釋為“車軸端鍵”。用于古車上，它相當(dāng)于我們現(xiàn)在所說的銷釘，穿過軸端，可以將車輪“轄”住，使車輪軸向固定；而“脂”指潤(rùn)滑劑，“還”即回家，“邁”就是快。 這幾句詩譯成現(xiàn)代漢語，就是：用油脂，將車軸潤(rùn)滑，在軸端，把銷釘檢查，驅(qū)車遠(yuǎn)行，送我回家 。快快地趕到家鄉(xiāng)衛(wèi)啊！切莫讓我問心有愧。 人類就這樣在懵懵懂懂間使用著軸承原理。 直到距今2200年，由于周、秦、漢朝對(duì)軸承技術(shù)發(fā)明和應(yīng)用的廣泛實(shí)踐，在秦漢時(shí)代的一些重要文化典籍中，對(duì)這種器件已經(jīng)有了明確的記載，并且有了專用名詞，比較常見的有“軸”、“釭”、“锏”等，后來又逐漸發(fā)展為“軸受”（見《說文解字》）。現(xiàn)在日語中對(duì)軸承的文字表達(dá)仍為 “軸受”。 從發(fā)掘出的文物可以看出秦漢時(shí)期的“軸受”具備內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，可以放置滾子。這種“軸受”被認(rèn)為是人類制造的初代滾動(dòng)軸承。 ▲在中國陜西農(nóng)村發(fā)現(xiàn)的具有內(nèi)腔的環(huán)形青銅制品（公元前2世紀(jì)）圖片來源：《滾動(dòng)軸承潤(rùn)滑》 早期的滾動(dòng)軸承有一個(gè)很大的毛病，就是滾子之間會(huì)發(fā)生碰撞，造成不必要的摩擦。而帶有保持架的現(xiàn)代滾動(dòng)軸承是1760年由英國鐘表匠約翰·哈里森發(fā)明的。距今還不到260年。 初創(chuàng)期 17世紀(jì)是現(xiàn)代軸承的初創(chuàng)時(shí)期。 伽利略曾對(duì)“固定球”的，或者“籠裝球”的球軸承做過最早的描述，不過一直停留在紙面設(shè)計(jì)中，在隨后相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里，伽利略在機(jī)器上安裝軸承的設(shè)想一直沒有實(shí)現(xiàn)。 直到1794年，第一個(gè)關(guān)于球溝道的專利誕生，英國的一個(gè)鐵器制造商用滾珠軸承制造了四輪馬車的車軸軸承。從那時(shí)起直到19世紀(jì)的50年代和60年代，人們將滾珠軸承廣泛使用在兒童玩的旋轉(zhuǎn)木馬，螺旋槳軸，軍艦上的機(jī)槍轉(zhuǎn)塔，扶手椅和自行車等器械。 1883年，F(xiàn)AG創(chuàng)始人弗里德里希·費(fèi)舍爾提出了使用合適的生產(chǎn)機(jī)器磨制大小相同、圓度準(zhǔn)確的鋼球的主張。這一設(shè)想奠定了軸承工業(yè)的基礎(chǔ)。 ▲弗里德里希·費(fèi)舍爾設(shè)計(jì)的球磨機(jī) 1895年，亨利·鐵姆肯設(shè)計(jì)出第一個(gè)圓錐滾子軸承，三年后獲得了專利并成立Timken（鐵姆肯）公司。 1907年，SKF軸承工廠的斯文·溫奎斯特設(shè)計(jì)了最早的現(xiàn)代自調(diào)心球軸承。 ▲斯文·溫奎斯特于1907年繪制的自調(diào)心球軸承原圖 這時(shí)中國也沒閑著，清朝時(shí)期已經(jīng)能生產(chǎn)出做工精良的滾動(dòng)軸承。下圖就是一套滾子軸承，制造精細(xì)，套圈、保持架、滾子都和現(xiàn)代的軸承極為相似。 從17世紀(jì)到19世紀(jì)，現(xiàn)代軸承發(fā)展了兩百年的時(shí)間，而軸承的工業(yè)化生產(chǎn)才剛剛起步。 成長(zhǎng)期 兩次世界大戰(zhàn)刺激了軍事工業(yè)、機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)軸承的用途遍布汽車、飛機(jī)、坦克裝甲、機(jī)床、儀器、儀表、自行車、縫紉機(jī)等等領(lǐng)域，幾乎是萬能的存在。 第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期，隨著戰(zhàn)爭(zhēng)手段的現(xiàn)代化，人們對(duì)軸承的認(rèn)識(shí)和重視升華到了空前的高度，各個(gè)國家都急需軸承，急盼建立軸承工業(yè)。于是乎，一大批軸承廠在各國先后出現(xiàn)，軸承的種類更是井噴式的增長(zhǎng)。 發(fā)展期 近幾十年來，隨著航空航天、核電工業(yè)、電子計(jì)算機(jī)、光電磁儀器、精密機(jī)械等高新技術(shù)的飛速發(fā)展，體現(xiàn)當(dāng)代科學(xué)技術(shù)水平的世界軸承工業(yè)進(jìn)入一個(gè)全面革新制造技術(shù)，迅速發(fā)展品種，大力提高性能、精度，日益成熟完善的歷史新時(shí)期。 這個(gè)時(shí)期軸承品種應(yīng)有盡有，用途包羅萬象。目前軸承品種數(shù)以萬計(jì)，特大型軸承大到38米，微型軸承小到零點(diǎn)幾毫米。 即有傳統(tǒng)單列、雙列、多列球軸承、滾子軸承、滾針軸承、圓錐軸承、更有無潤(rùn)滑軸承、自潤(rùn)滑軸承、角接觸軸承、傳器軸承、萬向節(jié)軸承、超薄壁軸承、輪轂單元軸承、空氣軸承、直線軸承、超導(dǎo)軸承、磁浮軸承等等。 ▲軸承的分類 在這些軸承中，應(yīng)用最廣泛，標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化程度最高的是滾動(dòng)軸承。在理論研產(chǎn)品制造與應(yīng)用技術(shù)方面，人們也是對(duì)滾動(dòng)軸承情有獨(dú)鐘。 軸承技術(shù)的本質(zhì)特征主要表現(xiàn)在5個(gè)方面： 1 運(yùn)動(dòng)學(xué)特征——摩擦及高速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 旋轉(zhuǎn)是滾動(dòng)軸承最常見的運(yùn)動(dòng)形式。旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生摩擦，摩擦的直接結(jié)果是發(fā)熱和磨損，并由此引發(fā)傳動(dòng)系統(tǒng)一系列的應(yīng)用問題，輕則降低效率、影響主機(jī)功能與性能的發(fā)揮，重則導(dǎo)致燃軸事故和損壞主機(jī)部件。 在軸承技術(shù)中，高速度旋轉(zhuǎn)下的摩擦熱問題最為突出，是軸承技術(shù)發(fā)展的主要瓶頸之一。 2 動(dòng)力學(xué)特征——高頻交變載荷及彈性接觸應(yīng)力與變形 傳遞運(yùn)動(dòng)與載荷是軸承的基本功能，也決定了軸承服役過程的動(dòng)力學(xué)特征。對(duì)軸承的力學(xué)分析從靜彈性力學(xué)到擬動(dòng)力力學(xué)分析的工程應(yīng)用，已經(jīng)走過了近200年的時(shí)間，但是成熟的動(dòng)力學(xué)模擬仿真至今未完成。擁有足夠長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)積累，但缺乏分析計(jì)算工具是軸承動(dòng)力學(xué)研究的尷尬之處。 3 摩擦學(xué)特征——摩擦、磨損與潤(rùn)滑成為軸承服役性能典型表現(xiàn) 人類認(rèn)識(shí)與利用摩擦已經(jīng)有8000年的歷史，通過科學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)用現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)來分析研究摩擦不過500年，而將摩擦學(xué)發(fā)展為一門學(xué)科還不到50年。摩擦學(xué)的誕生，加深了工業(yè)領(lǐng)域摩擦現(xiàn)象的深入研究。隨著軸承應(yīng)用范圍的拓展，對(duì)于軸承接觸面摩擦的研究逐步由宏觀發(fā)展到微觀，已經(jīng)進(jìn)入分子層面、納米尺度。 4 界面力學(xué)與應(yīng)用技術(shù)特征——高端軸承接觸面的微觀分析及應(yīng)用技術(shù) “界面力學(xué)”的研究已經(jīng)成為高端軸承設(shè)計(jì)與制造工程學(xué)的重要基礎(chǔ)和內(nèi)容。軸承性能提升很大程度上是界面科學(xué)與技術(shù)范疇的課題。 5 失效特征——以表面疲勞為主要形式 滾動(dòng)軸承工作“表面層”的物理、化學(xué)和力學(xué)狀態(tài)，冶金質(zhì)量如顯微結(jié)構(gòu)變化、再結(jié)晶、晶間腐蝕、合金貧化等，是引起疲勞失效的重要因素。 我國現(xiàn)代軸承工業(yè)從清朝末年開始萌芽，經(jīng)過了漫長(zhǎng)的停滯階段，直到解放后才得以發(fā)展。2021年，我國軸承行業(yè)已發(fā)展1400多家規(guī)模以上企業(yè)，其中滾動(dòng)軸承的年產(chǎn)量215億套，出口61.8億套。我國軸承產(chǎn)業(yè)規(guī)模位居世界第三位，市場(chǎng)占有率約為全球市場(chǎng)的20%。 20世紀(jì)90年代到21世紀(jì)初的十多年，是我國軸承產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的階段，這段時(shí)間先后建成浙江東部、長(zhǎng)三角、遼寧瓦房店、山東聊城、河南洛陽5個(gè)產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)。 我國軸承工業(yè)發(fā)展迅速，同時(shí)也擁有與其他工業(yè)產(chǎn)業(yè)相同的瓶頸——大而不強(qiáng)。中國在中低端軸承領(lǐng)域早已是全球最大的生產(chǎn)和銷售基地，但在高端軸承領(lǐng)域卻少有發(fā)言權(quán)。國際上高端軸承產(chǎn)品及制造技術(shù)基本上被瑞典、德國、日本、美國所壟斷，我國每年進(jìn)口軸承40億美元左右，其中70%為民用高端軸承。 軸承的發(fā)展離不開軸承材料、精密制造兩大類技術(shù)的發(fā)展。 1 材料技術(shù) 用來制造軸承的鋼材被稱為軸承鋼。著名冶金專家、工程院院士殷瑞鈺就曾指出“軸承鋼用來做球的、做錐的、做棒的、做套的，對(duì)實(shí)物質(zhì)量的要求都不一樣，如果都使用同一種鋼材制造，產(chǎn)品的質(zhì)量必然是有問題的”。國外公司針對(duì)不同尺寸和用途的軸承零件，開發(fā)和應(yīng)用了不同的鋼種，而國內(nèi)軸承鋼的品種種類比較單一，無法完全滿足高端軸承的制造要求。 鋼材質(zhì)量方面也存在良莠不齊的問題。我國有20多家鋼企具備軸承鋼生產(chǎn)能力，以興澄特鋼為例，其軸承鋼已連續(xù)九年位列世界軸承鋼產(chǎn)銷量第一，且大量出口瑞典SKF、德國SCHAEFFLER（FAG）、日本NTN等世界知名軸承企業(yè)。說明我國軸承鋼產(chǎn)品質(zhì)量是得到國際認(rèn)可的，甚至達(dá)到了世界先進(jìn)水平。但也有相當(dāng)數(shù)量的企業(yè)，軸承鋼產(chǎn)品質(zhì)量差強(qiáng)人意，甚至還有一些劣質(zhì)產(chǎn)品渾水摸魚，擾亂了軸承鋼市場(chǎng)環(huán)境。 這就是軸承鋼材產(chǎn)業(yè)目前所的問題所在。 2 精密制造技術(shù) 國外知名軸承公司成形加工技術(shù)的先進(jìn)水平體現(xiàn)在： 自動(dòng)化程度高，普遍采用自動(dòng)生產(chǎn)線，并配有在線檢測(cè)、自動(dòng)分選，以減少人為誤差 產(chǎn)品一致性高，熱處理后的硬度均勻性高 注重表面微觀形貌 精密技術(shù)考驗(yàn)了企業(yè)的硬件設(shè)備、人工技術(shù)、企業(yè)匠心等等，我國在制造技術(shù)上的差距主要表現(xiàn)在高精度加工裝備及工藝穩(wěn)定性，檢測(cè)與試驗(yàn)技術(shù)，數(shù)據(jù)的處理和積累，數(shù)字化建模與仿真分析等方面。 ▲《高端軸承技術(shù)路線圖》中國軸承工業(yè)協(xié)會(huì)
文章來源：微信公眾號(hào)：新材道（id:MatDao）
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