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机械常识

轴承简史

时间:2018-04-30 22:05:06   作者:   来源:   阅读:34   评论:0

    产生摩擦的首要条件就是两个物体要接触。接触有两种方式,一种是面与面接触,一种是点与面接触。第一种方式就像搓手,摩擦阻力大,会产生大量的热量,这种方式被叫做滑动摩擦。第二种方式就像皮球在地面上滚,摩擦阻力小,滚动速度快,这种方式被叫做滚动摩擦。其次,接触面的材质及移动物体的重量也会对摩擦阻力产生影响,这个我们后面会谈。

    言归正传,前面的废话都是为要引出今天的主题,我们要说一说轴承的发展史。对于谁发明了第一个轴承,学术界各执一词,我不做评价。过去的事都是故事,听个乐就好,也不必过分纠结。

    首先,先民在生活中,逐渐摸索出了摩擦的规律。比如,在地面上拖拽猎物或大石头会非常费力,但是如果在猎物或石头下面排布圆木,则拖拽起来会非常轻松。这个看似简单的改进实则是人类发展史上的一大进步,说明人类已经发现了摩擦的秘密,可以将滑动摩擦转化为滚动摩擦,从而实现省力的目的。

    考古学家在对美索不达米亚平原上的尼尼微遗址进行考古发掘时,在一座墓葬里发现了一幅壁画(图1),画作描绘的是搬运巨大石像的场景。从中可以看到,巨大的石像似乎被放置在一艘“船”上,“船”的前后各有一处用来固定牵引绳,由众人拖拽牵引绳来移动石像。值得注意的是,在“船”的底下及四周散布着一些圆木。可以想见这些圆木实际上是作为枕轨来使用的,以此减小摩擦阻力。

轴承简史

图1 尼尼微壁画

    上面这种以圆木作为枕轨,运输重物的方法,类似于我们现在仍在使用的平面滚针轴承(图2)。所谓平面滚针轴承就是通过保持架将滚针固定,这种轴承通常置于两个平面之间,可以将面与面的滑动摩擦转化为点与面的滚动摩擦。

轴承简史

图2 平面滚针轴承

    但是,这种平面轴承与我们通常认知中的轴承还是有较大区别。一般人会认为轴承应该是圆形的,可以进行旋转运动。这种观点可能更加具有代表性,那么这种轴承最早又是什么时候出现的呢?这里又有几种不同观点,我简单的介绍一下。其一,认为最早的轴承应该是马车的车轴上使用的车轴轴承,这从一些考古发现上可以得到佐证。其二,认为古代的车轴轴承在结构上与现代意义上的轴承存在一定的差异,从结构的相似性来考虑,“简仪”中所使用的轴承更接近于现代轴承。“简仪”是我国古代的一种天文观测仪器,其发明人已不可考,但是制造者是郭守敬。在网上可以找到很详细的介绍,这里就不多说了。为了降低摩擦,“简仪”在“百刻环”和“赤道环”之间加入了四个“圆轴”(即圆柱滚子),从而形成了最早的圆柱滚子轴承,这一发明比达芬奇设计的滚筒轴承要早了200年。

    以上是工业革命之前,而到了工业革命时期。

    1794年,发明家Philip Vaughan获得球轴承专利,该球轴承被应用于马车的车轴部。

轴承简史

轴承简史

    1795年,世界上第一家专业生产轴承的企业-力士乐(Rexroth)在德国的Heimbuchenthal成立,时至今日这家公司仍然焕发着蓬勃的生命力。1987年,Rexroth收购了Deutsche Star GmbH公司,成功开拓了直线导轨领域的市场。2001年,Rexroth又与Robert Bosch GmbH达成了合并协议,两个公司合并后更名为Bosch Rexroth。

    1795年之后的近50年间,受工业革命进程缓慢的影响,轴承的发展也进入了一个停滞阶段。直到19世纪中期,随着轴承需求的激增,相关研究呈现出井喷趋势。下面罗列了这一时期的一些研究成果。

    (1849).《New research on the friction of solid bodies》,Comptes Rendus, 28, p.290

    (1855).《Studies on the main phenomena that are friction media and on the various ways of determining the value mechanics of the materials used in engine lubrication》,Bulletin de la Société Industrielle de Mulhouse, 26, p.202

    (1855). 《Notice on the laws of caloric output by friction media》,Bulletin de la Société Industrielle de Mulhouse, 26, p.238

    (1862). Mechanical Theory of Heat, (Paris, Lieber)

    (1863). Exhibition Analytical and Experimental Theory of Heat, (Paris, Mallet Bachelet)

    (1887).《The thermodynamics and the work of living beings》,Revue Scientifique,22,May (Paris, Bureau journals), p.673-684

    1869年,Michaux et Cie (Michaux and company)采用了发明家Jules Suriray的轴承专利,首次在自行车里安装了径向球轴承,并获得了世界首届自行车公路赛的冠军。

轴承简史

Pierre Michaux和他的自行车

    1881年德国科学家赫兹,提出了著名的赫兹接触理论(Hertzian Contact Stress Theory),开启了轴承力学分析的新篇章。

    1883年FAG公司正式成立。1912年,FAG公司率先推出了单列滚子轴承。2001年FAG、INA、FUK三家公司合并,更名为舍弗勒集团(Schaeffler Group)。

    1883年,N.P.彼得罗夫(N.P. Petrov)应用牛顿粘性定律(牛顿内摩擦定律)计算轴承摩擦《Friction in machines and the effect of the lubricant》,St.Prtersburg。

    1886年,Osborne Reynolds(O.Reynolds),提出雷诺方程(Reynolds equation),奠定了流体动压润滑理论的基础。

    1899年,Timken成立。该公司在1898年圆锥滚子轴承获得专利,时至今日仍是圆锥滚子轴承的龙头老大。

    1907年,SKF公司成立。推出了纺织机械上使用的自动调心双列球轴承。

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自动调心双列球轴承

    1916年,日本第一家生产球轴承的企业NSK成立。

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1916年NSK的工厂

    1923年,Schneeberger在瑞士成立,开发出世界第一根直线导轨。1945年又生产了世界第一台带有交叉滚子导轨的磨床。

    1924年,A. Palmgren发表寿命预测访法,1945年M.A. Miner将其扩展,最终形成了帕姆格伦—迈因纳定理(Palmgren-Miner rule)。

    1938年 瓦轴成立。

    1950年 哈轴成立(瓦轴北迁创立)。

    1954年 洛轴成立(瓦轴援建)

    此后,各国的轴承公司如雨后春笋般不断涌现,呈现出群雄逐鹿的局面,这里就不再一一详述了。


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