軸承在中國古代的歷史淵源揭秘
軸承是機(jī)械中支承軸的部件,軸可以在軸承上旋轉(zhuǎn)。中國是世界上最早發(fā)明滾動(dòng)軸承的國家之一,在中國古籍中,關(guān)于車軸軸承的構(gòu)造早有記載。
從考古文物與資料看,中國最古老的具有現(xiàn)代滾動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)雛形的軸承,出現(xiàn)于公元前221~207年(秦朝)的今山西省永濟(jì)縣薛家崖村。新中國成立后,特別是本世紀(jì)七十年代以來,在改革開放的強(qiáng)大推動(dòng)下,軸承工業(yè)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的高質(zhì)快速發(fā)展時(shí)期。在十七世紀(jì)末,英國的C.瓦洛設(shè)計(jì)制造球軸承,并裝在郵車上試用以及英國的P.沃思取得球軸承的專利。十八世紀(jì)末德國的H.R.赫茲發(fā)表關(guān)于球軸承接觸應(yīng)力的論文。在赫茲成就的基礎(chǔ)上,德國的R.施特里貝克、瑞典的A.帕姆格倫等人進(jìn)行了大量的試驗(yàn),對發(fā)展?jié)L動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)理論和疲勞壽命計(jì)算作出了貢獻(xiàn)。隨后,俄國的N.P.彼得羅夫應(yīng)用牛頓粘性定律計(jì)算軸承摩擦。英國的O.雷諾對托爾的發(fā)現(xiàn)進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析,導(dǎo)出了雷諾方程,從此奠定了流體動(dòng)壓潤滑理論的基礎(chǔ)。在建國五十年來,中國軸承工業(yè)已取得舉世矚目的成就。
據(jù)文獻(xiàn)記載,大約在夏代,中國發(fā)明了車。為了減小摩擦和磨損,大約在商周時(shí)代開始用動(dòng)物脂肪對車上的滑動(dòng)軸承進(jìn)行潤滑。戰(zhàn)國時(shí)期在車上應(yīng)用了金屬軸瓦,并出現(xiàn)了木材與金屬組合而成的滑動(dòng)軸承。在漢代古墓的壁畫上可以看到利用軸承原理制造的紡車,那紡車的軸承很簡單,圓圓的木軸就在支架的圓孔中轉(zhuǎn)動(dòng),由于軸與軸承間是滑動(dòng)摩擦,人搖起來比較費(fèi)力,還會(huì)發(fā)出吱吱呀呀的聲響。
1974年在河南澠池漢魏窖藏出土了一批鐵質(zhì)軸承,共480件。其中六角承445件。六角承的徑長不同,每差0.5厘米為一種規(guī)格,共出土了17種規(guī)格。軸孔上皆有不同程度的磨損痕跡。圓形承32件,軸孔已磨損,外圓直徑6~12厘米,可分為大、中、小3型。大型外面鑄有3個(gè)等距離的子榫,中、小型外面鑄有兩個(gè)等對稱的子榫。凹字型承3件,高11.5厘米,寬12厘米,外面鑄有子榫,軸孔呈半圓形,內(nèi)壁有磨損痕跡。軸承是常用的機(jī)械零件,磨損后需要更換,因此要求產(chǎn)品的規(guī)格化和系列化。澠池出土大批鐵質(zhì)軸承,顯示了當(dāng)時(shí)軸承產(chǎn)品已初步規(guī)格化和系列化。
滾動(dòng)軸承出現(xiàn)得比較晚,它是我國元代科學(xué)家郭守敬發(fā)明的。至元十三年(1276年),元朝政府決定改革歷法,調(diào)王恂、郭守敬主持其事。郭守敬認(rèn)為,要?jiǎng)?chuàng)制一部好的歷法,首先要進(jìn)行天文觀測,而觀測又離不開儀器,于是他首先主持了制造儀器的工作。經(jīng)過他的刻苦鉆研,先后設(shè)計(jì)、制造了近20種天文儀器,其中的簡儀是對傳統(tǒng)的渾儀進(jìn)行了革命性改革而成的。簡儀的設(shè)計(jì)和制造水平在世界上領(lǐng)先300多年,直至1598年歐洲天文學(xué)家第谷發(fā)明的儀器才能與之相比。簡儀的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了多項(xiàng)改革,整個(gè)儀器顯得簡單,觀測時(shí)方便。為了減少固定的百刻環(huán)與游旋的赤道環(huán)之間的摩擦阻力,郭守敬在兩環(huán)之間安裝了4個(gè)小圓柱體。這種結(jié)構(gòu)與近代滾柱軸承的原理相同。郭守敬的簡儀本放在元大都燕京,明太祖朱元璋平定燕京后,把元代天文儀器搬到江南雞鳴山觀象臺(tái)。清康熙年間才遷回北京??滴跷迨哪辏?715年),西洋人紀(jì)利安奏請制造地平經(jīng)緯儀,將元、明兩代舊儀充作廢銅使用,郭守敬的簡儀可能是此時(shí)被毀?,F(xiàn)陳列于南京紫金山天文臺(tái)的簡儀,系明正統(tǒng)年間按元代原儀仿制。單就滾柱軸承而言,我國的發(fā)明早于西方約200年。
軸承的種類繁多,但大致可分為兩大類,一類為“滑動(dòng)軸承”,另一類為“滾動(dòng)軸承”。在滑動(dòng)摩擦下工作的軸承稱為滑動(dòng)軸承,其軸被軸承支承的部分稱為軸頸,與軸頸相配的零件稱為軸瓦。軸承在液體潤滑條件下,滑動(dòng)表面被潤滑油分開而不直接接觸,可以減小摩擦損失和表面磨損。在支承零件和彼此相對運(yùn)動(dòng)的零件間作滾動(dòng)運(yùn)動(dòng)的軸承,稱為滾動(dòng)軸承,滾動(dòng)摩擦要比滑動(dòng)摩擦小得多。
究其作用來講應(yīng)該是支撐,即字面解釋用來承軸的,但這只是其作用的一部分,支撐其實(shí)質(zhì)就是能夠承擔(dān)徑向載荷。也可以理解為它是用來固定軸的。就是固定軸使其只能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng),而控制其軸向和徑向的移動(dòng)。電機(jī)沒有軸承的后果就是根本不能工作。因?yàn)檩S可能向任何方向運(yùn)動(dòng),而電機(jī)工作時(shí)要求軸只能作轉(zhuǎn)動(dòng)。從理論上來講不可能實(shí)現(xiàn)傳動(dòng)的作用,不僅如此,軸承還會(huì)影響傳動(dòng),為了降低這個(gè)影響在高速軸的軸承上必須實(shí)現(xiàn)良好的潤滑,有的軸承本身已經(jīng)有潤滑,叫做預(yù)潤滑軸承,而大多數(shù)的軸承必須有潤滑油,負(fù)載在高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí),由于摩擦不僅會(huì)增加能耗,更可怕的是很容易損壞軸承。把滑動(dòng)摩擦轉(zhuǎn)變?yōu)闈L動(dòng)摩擦的說法是片面的,因?yàn)橛蟹N叫滑動(dòng)軸承的東西。