軸承入門
公元前8世紀左右的,古美索不達米亞人已經懂得利用現代滾動軸承的基本原理。下面的圖畫,來源於美索不達米亞浮雕。
其後,中世紀的天才畫家達芬奇設計出了與近代軸承結構非常相近的滾動軸承,而18世紀工業革命中誕生的機械文明,促進了軸承的發展。
1916年,日本精工(NSK)在日本率先生產出第一套滾動軸承,而日本的軸承技術取得巨大進步,則是在二戰以後。從1955年開始,洗衣機、電冰箱、空調等家電產品以及家用轎車逐步普及。這時,日本人對家電產品提出的一項重要性能指標就是「靜音」。而此時,國外公司並不重視軸承的「靜音」性能。因此,日本的軸承公司就以「製造世界上最靜音的軸承」作為產品研發目標。最後的結果是,具有卓越靜音性能的日本軸承開始出口到歐美地區。其後,日本軸承又具備了良好的「耐久性」。
軸承的規格,由ISO(國際標準化組織)制定了國際標準,日本軸承以其「高性能、高品質」的特點,深受全球用戶的喜愛。目前,日本每年生產軸承約30億套,其中40%以上為汽車用軸承,近30%出口海外。
軸承作為一個全球化的產品,其發展往往要超越時代的要求,今後仍要不斷進行降低摩擦的研究,同時,在輕量化、小型化、長壽命以及節能環保各方面,不斷迎接新的挑戰。
幾乎所有的機械設備中都裝有軸承,為滿足不同的用途及使用要求,軸承在不斷的發展進步。
每分鐘40萬轉
牙醫使用的牙鑽(俗稱牙科手機)中,裝有可超高速旋轉的軸承。這是2個內徑3.0mm×外徑6.0mm×寬度2mm,鋼球直徑為1.0mm的超精密軸承。它們能以「每分鐘40萬轉」的驚人速度旋轉,極大地降低了牙科手機的振動,從而大大減輕了病人在治療時的痛苦。
尺寸從2毫米到6米
軸承從小到大,尺寸千差萬別。世界上最小的「微型軸承」尺寸為內徑0.6mm×外徑2.0mm×厚度0.8mm,被用於微型電機。而大型軸承,外徑達6米,重量達15噸以上,這種軸承被用於挖掘隧道的大型盾構機中。連接英法兩國的多佛爾海峽下挖掘跨海隧道時,就使用了這種盾構機,其中就使用了這種大型軸承。
鋼球轉速每秒160米
國際航線客機的噴氣發動機V2500用主軸軸承,其滾動體的滾動速度達每秒160米,相當於時速580公里。正是由於使用了高性能高速軸承,發動機才能長期安全運轉,將乘客安全地送往世界各地。
100納米以下的振幅
「機械的精度取決於軸承的旋轉精度」,這毫不誇張。旋轉軸的兩端由兩個軸承支撐,如果軸心的晃動大,則機械性能無法提高。採用超精密軸承的電腦外存設備即「硬盤」,其軸心的振幅不到100納米(1納米=1/1000000毫米)。而達到如此超高精度的關鍵,是「鋼球」、「滾子」等滾動體的精度。
在太空可工作15年
宇宙開發也離不開軸承。天氣預報、衛星廣播電視信號、汽車衛星定位信息等,都由繞地球飛行的人造衛星提供。衛星上裝有保持衛星姿態和航向的陀螺儀,陀螺儀內裝有超精密軸承。這種軸承,可在太空中連續工作15年。
零下253度至零上500度的世界
宇航火箭的液體燃料泵中的軸承,是使用溫度最低的軸承。這種軸承在零下253℃的液態氫中工作。而在高溫環境中使用的軸承,以醫療用CT掃瞄儀內的專用高性能軸承為典型代表。在溫度高達300至500℃的X射線真空管中,軸承也能持續運轉,為保障我們的健康而發揮作用。
最後,介紹一下有關軸承發展所面臨的課題。
1.首先,是更「節能」。機械越小,構成機械的零部件也就越小。而且,機械越小、越精密,則微小的摩擦都可能引發故障。另外,從全球規模來看,不論機械如何小,能量損失的總量也是相當大的。因此,為了更加節能,軸承也必須朝進一步降低摩擦的方向發展。
2.其次,是更「環保」。軸承置於機械內,還可起到減少汽車等的廢氣排放的作用,從而達到環保效果。另外,大部分軸承由不含有害化學物質的鋼鐵材料製成,因此,可被循環再利用,且冶煉工藝相對簡單,因此,軸承是非常好的可再生及再利用的產品。
3.第三,是更舒適。製造機械的目的,是使人類的生活更加舒適。以前機械主要是用於提高生產效率,今後,在教育、醫療、娛樂等社會生活和個人生活中,機械將發揮更大的作用。為此,將會對軸承的功能和用途提出新的更高的要求。以上列舉的三個課題,是NSK為了「人類與地球」的和諧相處而長期致力研究開發的工作,也是NSK今後將一如既往不斷深入研究的工作。
在此列舉出以上三個課題,NSK為了「人類與地球」今後仍將繼續致力於研究開發工作。