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你可能不知道的轴承发展史——做机械的进来了解一下

日期:2020-11-02

你可能不知道的轴承发展史——做机械的进来了解一下


尽管轴承只作为各种主机支承元件,但由于品种繁多、加工精密、尺寸范围大,所以轴承工业是机械工业中一种特殊的独立产业,并已形成了完整的工业体系。到目前为止,全世界已生产轴承品种5万种以上,规格多达15万种以上。最小的轴承内径已小到0.15~1.0mm,重量为0.003g,最大的轴承外径达40m,重340t。

1997年世界轴承总产量超过100亿套,总销售额约300亿美元,其中北美、日本、西欧占世界轴承产量的78%,美国、日本、德国已形成世界三大轴承市场。

一些世界著名的轴承公司,如瑞典的SKF公司、德国的FAG公司、日本的NSK公司、美国的TORRINGTON公司等,在世界500家大公司中均榜上有名。

(据美国《财福》杂志1994年报道,在世界500家大企业中,SKF排387位、NSK排404位、TORRINGTON公司的母公司英格索尔·兰德公司排在369位)。

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中国轴承的发展历史

首先我们来讲讲中国的轴承发明以及应用。

为什么先讲中国的轴承发展,因为中国古代的轴承和现在的轴承材料加工等各方面区别很大,但是在思维上面是至今我们都要向老祖宗好好学习的。

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我们先来看这幅图,将中国轴承的发展的代表性物品根据年代的先后进行了排序。我们接下来就根据这个排序来一一叙说。

学过世界机械发展历史的同学,应该都知道最好的轴承雏形,出土于跨湖桥文化遗址——陶轮。划重点:跨湖桥的慢轮是人类第一次用轮轴机械制陶,也是目前考古发现的第一次利用轴承。

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8000年前的陶轮

陶轮是一个装有直立转轴的圆盘,把和好的陶土或粗坯放在陶轮的中央,使陶轮转动,同时用手捏陶土或用工具使陶土成形并使坯面光洁。

陶轮就其旋转速度又分为快轮和慢轮,快轮是在慢轮的基础上发展起来的。根据最新的考古记录,8000年前慢轮就已经诞生了,或者说已经进化了一阶段了。2010年3月跨湖桥文化遗址发现木质陶轮底座,证实了我们老祖宗的陶轮技术先于西亚两河流域2000多年,也就是说中国比西亚更早开始利用轴承,或者说是利用轴承的原理。

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陶轮运转机制示意图

上图木质陶轮底座像个梯形圆台,上台面中心位置有一个凸起小圆柱,它就是陶轮转盘用的轴。如果制一件转盘放在木质陶轮底座上台面,那么一个完整的陶轮就被复原了。陶轮制作完成后,只要将未干的陶胎置于转盘上,并仔细对中,用一手转动转盘,另一手用木器、骨器或石器接触要修整的胎体,经过多次转动后,就可以在胎体上留下所需的环状弦纹了。这里涉及到转盘,而且有一个轴来支撑,这就是轴承的原型。

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上图是唐代快轮的复原示意图。比最开始的快轮进步了不少,但是原理不变,变得是材料和工艺。

接下来就聊聊古代中国的车子。轩辕黄帝造车,公元前2697~前2599。

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《诗经》约公元前1100-600前记载出现轴承的润滑

滑动轴承的出现,提出了润滑的需要或者说促进了摩擦学的发展。现已知道,润滑普遍用于古车上,但由于润滑的出现远不如车的出现那样赫然易见。所以要确切论述润滑出现的时间,是一件十分困难的事,经过翻阅和查找资料,得到关于润滑最早的记载是见于诗经。

在《《诗经•邶风•泉水》篇中,有“载脂载辖,还车言迈。遄臻于卫,不瑕有害?”辖在古代解释为“车轴端键”。用于古车上,它相当于我们现在所说的销钉,穿过轴端,可以将车轮“辖”住,使车轮轴向固定;而“脂”当然是润滑剂,“还”即回家,“迈”就是快。这几句诗译成现代汉语,就是:用油脂,将车轴润滑,在轴端,把销钉检查,驱车远行,送我回家。快快地赶到家乡卫啊!切莫让我问心有愧。

这里就要提到两个古代对于轴承应用的命名:軎(wei第四声)与辖

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軎:是古代车套在车轴两端的加固件。形如圆筒,一段粗一端细。粗的套接在车轴。軎上有孔,可插入辖与车轴固定。

辖:是车轴的两端的键(销钉),扁平长条,上粗下细。上有辖首,一般有兽头装饰。将辖插在轴端的孔内,防止车轮脱出。

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到秦汉朝时期具有雏形结构的轴承及轴承文字形式.

由于周、秦、汉朝对轴承技术发明和应用的实践,到秦汉时代的一些重要文化典籍中,已记载并经常使用涵明确,书写成熟的有关轴承专用词语,其中比较常见的有“轴”“釭”“锏”等单词以及“轴受”等主谓词(见《说文解字》)。当代日本的轴承文字表达仍为“轴受”,秦代文字书写小篆中,就有轴、承、釭、锏。汉代文字本义解释,“轴”持轮也,“承”奉也,受也,“釭”车毂中铁也,“锏”车轴铁也,可见秦汉时代已确立了轴承文化理念和文字形式。

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元朝(1206~1367)简仪开始使用圆柱滚动支承技术

简仪是由浑仪简化而来的。浑仪是主要用于天象观测的伩器,它的零部件可以分成支撑 零件和运动零件两部分。

支撑零件包括水趺、龙柱、天经双环、赤道单环,还有水趺中心的天柱等。下图形象地显示了浑仪的主要支撑装饰零件。

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再发展到清朝生产的滚子轴承。

清末的洋务运动对中国机械工业的发展起了一定的作用,对轴承制造也有影响。2002年12月,中国轴承技术考察团前往欧洲考察,在瑞典SKF轴承展览馆里发现了一套中国清代的轴承。这是一套滚子轴承,制造精细,套圈、保持架、滚子都和现代的轴承极为相似。据产品说明介绍,这套轴承是“19世纪某个时候,中国制造的滚动轴承”。

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图片来源SKF中国轴承陈列馆

最后,近代中国第一套国产轴承的诞生。

1937年初,王瑞宝与马根宝从无锡带来了“1511”轴承内外圈及保持架、钢球等样品来找秦福兴五金摊主秦福荣,提出合伙制造轴承的思想。秦福荣看到样品与日本货NSK相仿,又听王、马两人讲,用铁路钢锻打的钢圈,成本只有日本货的三分之一,认为有利可图,于是就在满庭坊的支弄“月桂里”48号开设秦福兴机械厂,并由王瑞宝、马根宝担任技术指导。当时的设备只有两台皮带车床、两台脚踏手扳冲床、一台钻床,车床又代作磨床。除钢球进口外,套圈由高顺太铁铺锻打,材料用铁路钢,并用氢化钠淬火,保持器用铁皮,用硝酸钾发兰,同时用塞规、钢皮尺作为量具,上海第一套国产“1308”双列调心球轴承就在这样的简陋条件下诞生了。这也是中国第一套国产轴承,产品品牌为SRF。



世界轴承发展史

接下来我们来讲讲世界轴承近代的发展历程

世界轴承工业兴起于十九世纪末期到二十世纪初期。

  • 1880年英国开始生产轴承;
  • 1883年德国建立了世界上首家轴承公司(FAG乔治沙佛公司);
  • 1889 年美国开办了ND轴承厂(现为通用汽车轴承公司新第泊桥海特轴承部),欧美其它大型轴承企业基本上都在二十世纪初叶奠定了今天的基础。日本轴承工业形成于欧美之后;
  • 1910年瑞典SKF公司向日本提供样品,使"轴承"第一次单独在日本露面。其后,日本NSK、NTN等轴承公司先后于1914年和1918年建立。
  • 第三世界国家的轴承工业起步更晚,与其整个科学技术和机械工业一样,处于相对落后的局面。

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总体上讲,世界轴承工业的形成与发展大致经历了三个阶段:

第一阶段,即世界轴承工业的初创阶段,时间是十九世纪末期至二十世纪初期。

当时,轴承发明、应用虽然已有一段时间,而轴承的工业化生产则从无到有,刚刚起步,相当幼稚。

主要特点是:

1、生产规模极小,一个大厂也只有十几人到几百人,日产量不过几套到几百套,属于手工作坊式生产;

2、设备简陋,技术落后,多是凭经验生产;

3、材料以碳钢为主,精度不高,价格却昂贵;

4、品种极少,用途十分有限。当时轴承生产技术只掌握在英国、德国、瑞典、美国等少数企业手中。

第二阶段,即世界轴承工业的成长阶段,时间大约是在第一次世界大战结束至第二次世界大战以后。

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两次世界大战刺激了军事工业的发展,轴承在军事工业中的地位日益提高,加之科学技术飞速发展,一战后的短暂稳定和二战中的军火急需,促使世界轴承工业迅速发展。

主要特点是:1、生产规模急剧扩大,产量迅速提高,主要轴承生产国家年产量超过3500万套;

2、生产设备完善,技术手段先进,普遍采用了机群式批量生产;

3、轴承材料发展到以铬钢等合金钢为主,产品质量大为提高;

4、轴承品种增加,广泛用于汽车、飞机、坦克、装甲车、机床、仪器、仪表、缝纫机等众多领域。

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在这时期,人们对轴承的认识和重视升华到了空前的高度。

第三阶段,即世界轴承工业的发展阶段,时间是二十世纪五十年代至今。经过二次世界大战以后,人们迎来了和平时代,国际经济复苏繁荣,使人类开创了和平发展的新纪元。

伴随航空航天、核能工业、电子计算机、光电磁仪器、精密机械等高新技术的飞速发展,体现当代科学技术水平的世界轴承工业进入一个全面革新制造技术,迅速发展品种,轴承精度、性能、寿命日益成熟完善的历史新时期。

这个时期的特点是:1、轴承企业规模超级化、集团化,形成了超千逾万人的大型企业集团和跨国公司,如日本的NSK、NTN、N MB,瑞典的SKF,美国的TIMKEN、德的FAG等;

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2、轴承产量猛增。五十年代初期,世界轴承总产量不过9亿套,六十年代初已达18亿套,七十年代初为40亿套,八十年代初上升到70亿套,九十年代后期已超过100亿套;

3、轴承品种繁多,用途日益广泛。既有传统的单列、双列、多列球轴承,圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承等,又有万向节轴承、超薄壁轴承、空气轴承,各种在高速、高温、低温、防磁、耐腐蚀等特殊工况下使用的专用轴承等等;

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4、设备先进,自动化程度高,测试手段完善,工序间电脑管理,少人无人操作,技术水平高,生产效率高。如日本NTN公司的盘田制作所球轴承厂有自动线35条,每条生产线仅5人管理,日产40万套,年产1.68亿套;

5、轴承材料高级化、复合化、多样化,因而轴承质量有较大提高。轴承材料不仅包括高碳铬钢、渗碳钢、不锈钢、耐热钢、工具钢等金属材料,而且还有陶瓷、塑料、石墨和碳纤维等非金属材;

6、轴承国际贸易空前发展。可以说世界轴承工业促使所有使用轴承的工业、行业,领域发展繁荣起来,对于整个世界经济和人类社会进步做出了巨大贡献。

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SKF占世界轴承市场16%、日本五大公司占33%、德国FAG、INA占 16%、TIMKEN、TORRINGTON占13%。

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