天天看點

達芬奇是軸承之父?揭秘軸承的驚人曆史!

作者:世界先進制造技術論壇

想知道軸承如何成為機器中的“不老傳說”嗎?今天,我們就來一起探索軸承的“長壽秘籍”!

軸承最早用于古代

自古以來,人類已經開發出多種減少摩擦的方法。現在讓我們看看埃及金字塔的例子。

金字塔是用巨大的、沉重的石頭一塊一塊地疊起來建造的。這些巨石之大令人吃驚:古人究竟是如何搬動如此重的石頭的?研究古埃及壁畫便可猜出答案。

有許多描繪金字塔結構的壁畫,其中我們可以看到原木在巨大的石頭下滾動。學者們認為,通過滾動這些原木,可以減少摩擦,進而允許相對較小的力來移動這些極重的石頭。

古往今來,人類減少摩擦的記錄因時間段和方法的不同而不同,但在世界各地都可以看到。這證明了在整個人類曆史上減少摩擦以實作更順暢運動的重要性。

第一個想到使用帶保持架軸承的人

達芬奇是來自意大利的傑出藝術家,也是典型的“文藝複興人”之一。稱他為現代軸承“之父”,一點也不為過。

達芬奇對一切都充滿熱情和好奇,不僅在藝術界而且在機械設計領域人都留下了深刻的印象。在他的一本筆記本中可以找到軸承的草圖,這是機械不可或缺的部件。這種無與倫比的獨創性催生了大大減少摩擦的軸承。

結構是上下兩個環(座圈)和夾在環之間的滾動球(滾動元件)的結構。令人驚訝的是,這個草圖甚至包括一個“籠子”,這樣球就不會互相接觸。

這與我們今天繼續使用的軸承結構幾乎相同。這種由滾道、滾動元件(“球”或“滾子”)和保持架組成的“基本軸承結構”大約在500年前就被提出來了。正是因為達芬奇,軸承才得以實作這一裡程碑式的飛躍。但就算他能夠發現這種基本的承載結構,真正建造并量産這樣的裝置又是另外一回事了。軸承廣泛應用于機械,要到工業革命時期。

軸承的普及

工業革命大緻從 18 世紀中葉持續到 19 世紀。鋼鐵大量生産,這使得高強度鋼軸承首次實作量産。這意味着軸承可用于廣泛的工業領域。使用軸承的車軸是工業時代的一個特别重要的發現。

第一步是滾珠軸承,用于自行車的車軸,它使用“球”作為滾動元件。這變得廣泛流行。後來開發了滾子軸承。它使用“滾子”作為滾動元件,并用于馬車的車軸。基于軸承的車軸的出現使運輸和運動有了巨大的飛躍。

幾乎同時,軸承開始應用于各種工業機械,為工業化做出了巨大貢獻。在工業革命的程序中,軸承一直在暗處為工業發展助力,成為人類離不開的存在。

日本軸承的曆史

據說,日本制造的第一個軸承是在 1916 年為滿足帝國海軍的訂單而生産的。捷太格特的前身 Koyo Seiko(後來的 Koyo Seiko Co., Ltd.)在短短五年後的 1921 年開始生産和銷售軸承。

随着日本國内對自行車的需求穩步增長,以及汽車的出現,日本軸承行業似乎将穩步推進和普及。前途一片光明。但是後來第二次世界大戰發生了。日本各地的工廠都遭受了巨大的戰争破壞,軸承行業受到了重大打擊。

但日本的軸承制造商不肯讓步,開發出了高品質軸承的制造技術。日本制造的軸承的精度和性能不僅能夠恢複,而且比以往任何時候都更加出色。

随着機動化程度的提高,越來越多旨在提高汽車耐用性和可靠性的軸承不斷開發,導緻日本國内對軸承的需求激增。軸承在這個時代日本奇迹般的經濟增長中發揮了關鍵作用。最終日本軸承的精度和性能得到了全世界的認可,使他們得以進入國際市場。現在,随着日本軸承享譽全球,地球上大約 30% 的軸承都是日本軸承制造商的作品。

軸承的進化史就是人類文明的發展史

如果沒有開發出軸承,人類今天可能仍在努力施加巨大的力量來移動重物,更不用說我們幾乎肯定不會擁有機器提供的所有現代便利和舒适了。

軸承的誕生和演變對人類文明的發展産生了不可估量的巨大影響。

軸承是我們遠古祖先智慧的産物,在工業化史上發揮了關鍵作用,即使是隐藏的。

軸承的發展曆程

軸承是機械傳動軸的支承,是實作主機性能、功能與效率的重要保證,被譽為機器的“關節”。其主要功能是傳遞力和運動,減少摩擦損失。

相信很少有人知道軸承最早起源地是中國,而且已經有數千年的曆史。

// 中國軸承起源 //

根據最新的考古記錄,8000年前慢輪就已經誕生了,或者說已經進化了一階段了。2010年3月跨湖橋文化遺址發現木質陶輪底座,證明了中國的陶輪技術先于西亞兩河流域2000多年,也就是說中國比西亞更早開始利用軸承,或者說是利用軸承的原理。

達芬奇是軸承之父?揭秘軸承的驚人曆史!

跨湖橋文化遺址出土的木質陶輪底座

這個木質陶輪底座像個梯形圓台,上台面中心位置有一個凸起小圓柱,它就是陶輪轉盤用的軸。轉盤通過圓台上的軸來支撐旋轉,這就是軸承的原型。

達芬奇是軸承之父?揭秘軸承的驚人曆史!

跨湖橋文化遺址陶輪工作示意圖

跨湖橋的慢輪是人類第一次用輪軸機械制陶,也是目前考古發現的第一次利用軸承。

達芬奇是軸承之父?揭秘軸承的驚人曆史!

山西大同市北魏慢輪裝置複原示意圖

1車坑 2車樁 3車筒 4輪盤 5輪盤圓心位點

後來人們發現用直徑大的木輪運輸速度更快,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。當然,車輪也是我們中華民族的發明。

距今4700年的黃帝時期,人類曆史上第一部車輛駛上曆史舞台。黃帝造車,故稱軒轅氏。軒是古代一種有圍棚的車,轅是車的基本構件。滑動軸承的出現,提出了潤滑的需要或者說促進了摩擦學的發展。

《詩經》是中國最早的詩歌總集。是以詩歌大概産生于周初到春秋中期之間,即公元前11世紀到公元前6世紀。在《詩經•邶風•泉水》篇中,有“載脂載轄,還車言邁。遄臻于衛,不瑕有害?”轄在古代解釋為“車軸端鍵”。用于古車上,它相當于我們現在所說的銷釘,穿過軸端,可以将車輪“轄”住,使車輪軸向固定;而“脂”當然是潤滑劑,“還”即回家,“邁”就是快。這幾句詩譯成現代漢語,就是:用油脂,将車軸潤滑,在軸端,把銷釘檢查,驅車遠行,送我回家。快快地趕到家鄉衛啊!切莫讓我問心有愧。

達芬奇是軸承之父?揭秘軸承的驚人曆史!

軎與轄

達芬奇是軸承之父?揭秘軸承的驚人曆史!
達芬奇是軸承之父?揭秘軸承的驚人曆史!

秦(公元前221-206)、 漢朝具有雛形結構的軸承及軸承文字形式

由于周、秦、漢朝對軸承技術發明和應用的實踐,到秦漢時代的一些重要文化典籍中,已記載并經常使用,書寫成熟的有關軸承專用詞語,其中比較常見的有“軸”“釭”“锏”等單詞以及“軸受”等主謂詞(見《說文解字》)。當代日本的軸承文字表達仍為“軸受”,秦代文字書寫小篆中,就有軸、承、釭、锏。漢代文字本義解釋,“軸”持輪也,“承”奉也,受也,“釭”車毂中鐵也,“锏”車軸鐵也,可見秦漢時代已确立了軸承文化理念和文字形式。

達芬奇是軸承之父?揭秘軸承的驚人曆史!

在中國陝西農村發現的具有内腔的環形青銅制品

(公元前2世紀)

元朝(1206~1367)簡儀使用圓柱滾動支承技術

簡儀是由渾儀簡化而來的。渾儀是主要用于天象觀測的伩器,它的零部件可以分成支撐零件和運動零件兩部分。支撐零件包括水趺、龍柱、天經雙環、赤道單環,還有水趺中心的天柱等。下圖形象地顯示了渾儀的主要支撐裝飾零件。

達芬奇是軸承之父?揭秘軸承的驚人曆史!

渾儀簡化模型及其部件示意圖

// 近代軸承發展 //

近代中國第一套國産軸承的誕生

1937年初,王瑞寶與馬根寶從無錫帶來了“1511”軸承内外圈及保持架、鋼球等樣品來找秦福興五金攤主秦福榮,提出合夥制造軸承的思想。秦福榮看到樣品與日本貨NSK相仿,又聽王、馬兩人講,用鐵路鋼鍛打的鋼圈,成本隻有日本貨的三分之一,于是就在滿庭坊的支弄“月桂裡”48号開設秦福興機械廠,并由王瑞寶、馬根寶擔任技術指導。

當時的裝置隻有兩台皮帶車床、兩台腳踏手扳沖床、一台鑽床,車床又代作磨床。除鋼球進口外,套圈由高順太鐵鋪鍛打,材料用鐵路鋼,并用氫化鈉淬火,保持器用鐵皮,用硝酸鉀發蘭,同時用塞規、鋼皮尺作為量具,上海第一套國産“1308”雙列調心球軸承就在這樣的簡陋條件下誕生了。這也是中國第一套國産軸承,産品品牌為SRF。

達芬奇是軸承之父?揭秘軸承的驚人曆史!

秦福興五金軸領鐵工廠

從1937到1945年,秦福興五金号、上海金昌鐵工廠、榮泰新機器廠、秦福興機器廠、金興鐵工廠、元興昌機器廠、金城機器廠等十餘家作坊開始制造軸承,進而奠定了上海民族軸承生産的基礎。

中國的軸承走過了漫長的曆史,但是在做大做強方面還有很長的路要走。

// 世界軸承發展史 //

講到國外軸承的起源,這個得追溯到古埃及時期了。

早期的直線運動軸承形式,就是一排在撬闆下放置一排木杆。這個技術或許可以追溯到修建吉薩大金字塔的時候,雖然還沒有明确的證據。現代直線運動軸承使用的是用一種工作原理,隻不過有時用球代替滾子。

達芬奇是軸承之父?揭秘軸承的驚人曆史!

初創期

從重載車輪軸和機床主軸到精密的鐘表零件,很多場合都需要旋轉軸承。

最簡單的旋轉軸承是軸套軸承,它隻是一個夾在車輪和輪軸之間的襯套。

這種設計随後被滾動軸承替代,就是用很多圓柱形的滾子替代原先的襯套,每個滾動體就像一個單獨的車輪。最早投入使用的帶有保持架的滾動軸承是鐘表匠約翰·哈裡森于1760年為制作H3計時計而發明的。

17世紀,伽利略對“固定球”的,或者“籠裝球”的球軸承做過最早的描述。

随後相當長的時間裡,在機器上安裝軸承一直沒有實作。第一個關于球溝道的專利是1794年,威爾士卡馬森的一個叫菲利普·沃恩的鐵器制造商用滾珠軸承作為四輪馬車的車軸軸承,直到19世紀的50年代和60年代,人們将滾珠軸承廣泛使用在兒童玩的旋轉木馬,螺旋槳軸,軍艦上的機槍轉塔,扶手椅和自行車等器械的軸上。

達芬奇是軸承之父?揭秘軸承的驚人曆史!

1883年,FAG創始人弗裡德裡希·費舍爾提出了使用合适的生産機器磨制大小相同、圓度準确的鋼球的主張。奠定了建立獨立的軸承工業的基礎。

達芬奇是軸承之父?揭秘軸承的驚人曆史!

弗裡德裡希·費舍爾設計的球磨機

1895年,亨利·鐵姆肯設計出第一個圓錐滾子軸承,三年後獲得了專利并成立Timken(鐵姆肯)公司。

1907年,SKF軸承工廠的斯文·溫奎斯特設計了最早的現代自調心球軸承。

當時,軸承發明雖然已有一段時間,而軸承的工業化生産則從無到有,剛剛起步,相當幼稚。

達芬奇是軸承之父?揭秘軸承的驚人曆史!

斯文·溫奎斯特于1907年繪制的自調心球軸承原圖

成長期

兩次世界大戰刺激了軍事工業的發展,軸承軍事工業中的地位日益顯著,加之科學技術飛速發展,促使世界軸承工業迅速成長,軸承品種增加,廣泛用于汽車、飛機、坦克裝甲車、機床、儀器、儀表、自行車和縫紉機等衆多領域。

第二次世界大戰時期,随着戰争手段的現代化,以及人們對軸承的認識和重視,各個國家都急需軸承,急盼建立軸承工業,一大批軸承廠在各國先後出現。

發展期

随着航空航天、電子計算機、光電磁儀器、精密機械等高新技術的飛速發展,展現當代科技水準的世界軸承工業進入一個全面革新制造技術,迅速發展品種,大力提高性能、精度,日益成熟完善的曆史新時期。

這個時期軸承品種應有盡有,用途包羅萬象,目前軸承品種數以萬計,特大型軸承大到38米,微型軸承小到零點幾毫米,即有傳統單列、雙列、多列球軸承、滾子軸承、滾針軸承、圓錐軸承、更有無潤滑軸承、自潤滑軸承、角接觸軸承、傳器軸承、萬向節軸承、超薄壁軸承、輪毂單元軸承、空氣軸承、直線軸承、超導軸承、磁浮軸承等。

軸承工業已經大成氣候,作為零部件的小小軸承已經擁有獨占一隅、頗具規模、不容小視的一方市場,軸承貿易迎來了鼎盛時期。如果沒有軸承的發明,人類現在恐怕還在為搬運重物耗費巨大力氣。并且,我們的生活中恐怕也不會有這麼多的機器為我們提供便捷、舒适的服務。軸承的誕生和進步對文明的發展産生了巨大影響。可以說,軸承是前人智慧和技術的結晶,是推動“工業化發展史”的幕後英雄。

繼續閱讀