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世界軸承發(fā)展史
% Q8 U, m j, @* K# e: E4 x6 \到目前為止，全世界已生產(chǎn)軸承品種5 萬種以上，規(guī)格多達(dá)15 萬種以上。最小的軸承內(nèi)徑已小到0.15～1.0mm，重量為0.003g，最大的軸承外徑達(dá)40m，重340t。1997 年世界軸承總產(chǎn)量超過100 億套，總銷售額約300 億美元，其中北美、日本、西歐占世界軸承產(chǎn)量的78%，美國、日本、德國已形成世界三大軸承市場。一些世界著名的軸承公司，如瑞典的SKF 公司、德國的FAG 公司、日本的NSK公司、美國的TORRINGTON 公司等，在世界500 家大公司中均榜上有名。(據(jù)美國幸福雜志1994 年報(bào)道，在世界500 家大企業(yè)中，SKF 排387 位、NSK 排404位、TORRINGTON 公司的母公司英格索爾·蘭德公司排在369 位)。軸承的整體技術(shù)水平，在近30 年來取得了令人矚目的進(jìn)步。高精度、高轉(zhuǎn)速、高可靠性、長壽命、免維護(hù)保養(yǎng)以及標(biāo)準(zhǔn)化、單元化、通用化已成為軸承的基本技術(shù)標(biāo)志。特別在軸承基礎(chǔ)技術(shù)進(jìn)步、通用產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)改進(jìn)、專用軸承單元化和陶瓷軸承的開發(fā)等方面成效最為顯著。軸承基礎(chǔ)理論主要指壽命理論、額定靜載荷和極限轉(zhuǎn)速等有關(guān)的理論。百余年來軸承壽命理論的研究經(jīng)歷了四個(gè)階段：第一階段1945 年以前的Stribeek 的載荷分布理論。第二階段1945～1960 年間Lundberg 和Palmgren 軸承疲勞失效理論。第三階段是1960～1980 年間的壽命修正理論，第四階段是1980～1998 年Loannides 和Harris 為代表的新壽命理論。1962 年，國際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 將經(jīng)典的L-P 公式作為軸承額定動(dòng)載荷與壽命計(jì)算方法標(biāo)準(zhǔn)列入ISO/R281 中。近年來，由于材料技術(shù)、加工技術(shù)、潤滑技術(shù)的進(jìn)步和使用條件的精確化，使軸承壽命有較大提高，ISO 適時(shí)地給出了含有可靠性、材料、運(yùn)轉(zhuǎn)條件和性能等修正系數(shù)的壽命計(jì)算公式。八十年代以來Harris 等學(xué)者在大量試驗(yàn)的基礎(chǔ)上提出接觸疲勞極限的新理論，將壽命理論又向前推進(jìn)了一步，使軸承壽命計(jì)算方法不斷完善。允許軸承發(fā)生相當(dāng)于萬分之一滾動(dòng)體直徑的永久變形，一直是ISO額定靜載荷標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)。最新的額定靜載荷理論的貢獻(xiàn)是給出了對應(yīng)于這個(gè)永久變形的各類軸承的最大滾動(dòng)體接觸應(yīng)力。軸承極限轉(zhuǎn)速研究也取得了新進(jìn)展。當(dāng)前世界上較有影響的軸承公司如瑞典的SKF、德國INA、FAG、日本NTN等公司對極限轉(zhuǎn)速的定義、限定范圍與使用條件都作出了較科學(xué)的規(guī)定，使極限轉(zhuǎn)速的研究更加深入。傳統(tǒng)的軸承設(shè)計(jì)以其應(yīng)用的理論和方法而言，多采用靜力學(xué)和擬靜力學(xué)設(shè)計(jì)方法。近五十年來，軸承設(shè)計(jì)理論有很大發(fā)展，先后提出和應(yīng)用了有限差分法、有限元法、動(dòng)力學(xué)及擬動(dòng)力學(xué)、彈性流體動(dòng)力潤滑理論，有力地促進(jìn)了軸承產(chǎn)品設(shè)計(jì)和應(yīng)用技術(shù)的研究與發(fā)展。與此相適應(yīng)，電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)已在各國軸承設(shè)計(jì)計(jì)算中廣泛應(yīng)用，從而把軸承設(shè)計(jì)計(jì)算推向了一個(gè)新階段。量大面廣的通用軸承產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)一直圍繞著提高軸承載荷、延長使用壽命、增加強(qiáng)度與剛性、減少摩擦磨損、降低噪聲、減小體積、減輕重量、采用新材料及免除維護(hù)保養(yǎng)作為不懈努力的目標(biāo)。經(jīng)過近三十年的努力，國外通用軸承已全部實(shí)現(xiàn)了更新?lián)Q代，形成了新一代的加強(qiáng)型產(chǎn)品。通用軸承內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，主要通過減小套圈壁厚、加大滾動(dòng)體直徑與長度、采用對數(shù)母線凸度滾子、改變保持架結(jié)構(gòu)與參數(shù)、改變引導(dǎo)方式、增充軸承內(nèi)密封及改善檔邊接觸來實(shí)現(xiàn)。國外軸承產(chǎn)品的發(fā)展當(dāng)今具有五個(gè)顯著的特征：堅(jiān)持產(chǎn)品的“三化”方向，以最少的品種滿足不同產(chǎn)業(yè)的多樣化需求，并有利于產(chǎn)品規(guī)?；a(chǎn)。產(chǎn)品向輕量化、功能組件化、單元化、智能化發(fā)展，以滿足主機(jī)產(chǎn)品更新?lián)Q代要求。產(chǎn)品向高速度、高精度、高可靠性、低摩擦、低振動(dòng)、低噪聲發(fā)展。采用和發(fā)展了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)以及計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)/信息管理系統(tǒng)(CIMS/IMS)技術(shù)。在軸承產(chǎn)品上采用現(xiàn)代高新技術(shù)，如新鋼種、新型工程陶瓷材料、表面改性技術(shù)及新的設(shè)計(jì)理論等，以發(fā)展軸承可靠性技術(shù)。- O# L% j; ]6 D7 C9 `
上述五個(gè)特征具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：國際標(biāo)準(zhǔn)化組織滾動(dòng)軸承第四委員會(huì)(ISO/TC4)現(xiàn)頒布正式軸承
8 u* p2 h# L6 M2 s# J, N標(biāo)準(zhǔn)44 項(xiàng)、技術(shù)報(bào)告3 項(xiàng)，世界各國都等同、等效采用國際標(biāo)準(zhǔn)，確保軸承“三6 l% V7 v% L4 F% Z4 ]2 |
化”水平。軸承精度：國外在八十年代就提出了“集中裝配設(shè)計(jì)”的概念，即通過軸承
2 q0 o' _/ _ P# }, Z在設(shè)計(jì)和工藝階段的相關(guān)公差設(shè)計(jì)，使之控制在一定的公差范圍內(nèi)，經(jīng)過最少組別的選配，就可實(shí)現(xiàn)批量化集中裝配，裝配后的軸承游隙，裝配高等均完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。經(jīng)檢測發(fā)現(xiàn)國外名牌產(chǎn)品的尺寸精度一致性較好，基本集中在公差帶- Y/ }4 {+ u1 k( B, b
的某一范圍內(nèi)，且離散度較小。如國外精密機(jī)床主軸軸承的軸、徑向跳動(dòng)在0.5μm 以下；薄板軋機(jī)工作輥軸承可保證軋輥徑向擺動(dòng)量在板厚的3%以下；日本NMB公司研制成功的硬磁盤驅(qū)動(dòng)器高精度小型整體球軸承的重復(fù)精度在0.1μm 以下。軸承性能：主要表現(xiàn)在用于航空航天工業(yè)配套和高技術(shù)所需的專用軸承高速、高靈敏、高可靠性及耐高溫、耐低溫、耐腐蝕、耐輻射和耐真空度的能力；通用軸承的轉(zhuǎn)速、溫升、振動(dòng)、噪聲和密封等性能兩方面。專用軸承中的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主軸軸承的速度參數(shù)dn 值已達(dá)到(2.25-2.5)×106mm.r/min，耐高溫能力達(dá)250-300℃，壽命1000h。dn 值3×106mm.r/min 的軸承國外正在研制；陀螺儀
0 t+ K( W" ~6 h5 @! [! t' M軸承精度達(dá)ABEC9 級(P2 級)、摩擦力矩僅為0.001~0.002mNm；火箭發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪泵軸承，耐低溫能力達(dá)-253℃(液氫)~-183℃(液氧)，轉(zhuǎn)速20000~40000r/min，壽命7h；原子能反應(yīng)堆的軸承溫度高達(dá)650℃；迄今美國已研制出能耐133.3×(10-11~10-13)Pa 高真空度軸承。通用軸承中機(jī)床主軸軸承為適應(yīng)CNC 機(jī)床的需求發(fā)展很快。如數(shù)控車床主軸轉(zhuǎn)速可3500~10000r/min，比普通車床提高1/3 至3 倍；磨床主軸軸承，SKF 公司推出大接觸角60°的角接觸球軸承，國外主要軸承公司已系列生產(chǎn)，此類軸承與雙列向心圓柱滾子軸承組合使用，可顯著提高速度性能；法國GAMET 公司推出的空心滾子圓錐軸承，改善了軸承溫升，是現(xiàn)今機(jī)床主軸軸承精品。工業(yè)機(jī)器人精密薄壁軸承國外已有常溫環(huán)境下、大于150℃高溫環(huán)境下和在腐蝕、輻射、污染工況下使用的各種類型，有的已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)人，并正向精密化、小型化和智能化方面發(fā)展。近年來，隨著機(jī)電產(chǎn)品的發(fā)展，一些精密機(jī)械和高檔家電對軸承的音質(zhì)控制提出了相當(dāng)嚴(yán)格的要求。為降低軸承振動(dòng)、改善軸承間質(zhì)，提高軸承的無異音合格率，國外在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、加工工藝、工裝設(shè)備、潔凈度控制、鋼球加工及保持架改進(jìn)等諸多方面都取得了有益的經(jīng)驗(yàn)。如日本NSK 的6202“靜音”軸承噪聲值僅26dB 左右。除加工工藝外，潤滑脂對軸承的振動(dòng)和噪聲有較大影響。國外一些著名軸承公司均采用軸承專用脂來降低軸承的振動(dòng)和噪聲，如SKF 公司按照不同的溫度、轉(zhuǎn)速、載荷等使用條件以及軸承尺寸大小來選用不同的軸承專用脂；NSK 公司相繼開發(fā)了AV2、NS7 和NSC 等低噪聲軸承專用脂，較好地控制了噪聲，延長了軸承的噪聲壽命。目前國外常見的軸承異音在線檢測主要有兩種方法，一是測量軸承振動(dòng)的峰值，用峰值因子來判別軸承是否有異音。另一種方法是在測振儀上接示波器，通過示波器上的波形幅值及波的形狀來控制。這兩種方法都取得了較好的效果。密封軸承的密封特性是衡量軸承性能的一個(gè)重要指標(biāo)。全世界密封軸承的產(chǎn)量約占軸承總產(chǎn)量的70%，各類通用軸承都有密封軸承系列。九十年代日本KOYO公司的輕接觸密封、SKF 公司推出的雙唇非接觸式橡膠密封、FAG 公司的高速主軸軸承密封、INA 公司滿滾子軸承聚脂密封、TIMKEN 公司的通用圓錐滾子軸承密封、FAG 公司的軋機(jī)軸承密封等，都代表了當(dāng)代密封軸承技術(shù)的最新成果。軸承壽命和可靠性：國外深溝球軸承的臺(tái)架試驗(yàn)壽命一般為計(jì)算壽命的8倍甚至十幾倍以上，可靠度高達(dá)98%以上，甚至達(dá)99.9%；圓錐滾子軸承一般為計(jì)算壽命的4～6 倍，甚至8 倍以上，可靠度達(dá)98%以上。一些為重點(diǎn)主機(jī)配套的軸承壽命亦較長。如鐵路貨車軸承壽命達(dá)150～200 萬公里，可實(shí)現(xiàn)十年無更換；鐵路客車軸承如日本、意大利的高速列車速度可達(dá)350km/h，行駛壽命為150～300 萬公里，可靠度80 萬里達(dá)90%。載重汽車輪轂軸承行駛壽命達(dá)25 萬公里。軋機(jī)軋輥軸承扎制壽命可達(dá)60～80 萬噸鋼等等。軸承新結(jié)構(gòu)、新產(chǎn)品：首先是軸承單元化技術(shù)方興未艾。軸承行業(yè)為了方便用戶的裝拆、免除維持和減輕結(jié)構(gòu)件重量，已越來越注重開發(fā)軸承單元，比較典型的軸承單元有汽車輪轂單元、自調(diào)心汽車離合器軸承單元、汽車水泵軸連軸承單元、帶座外球面軸承單元、軋機(jī)軸承單元、鐵路軸承單元、計(jì)算機(jī)磁盤驅(qū)動(dòng)器主軸軸承單元、氣流紡杯軸承單元、鉆銑床高速主軸軸承單元等。SKF 近年來開發(fā)了一種很有發(fā)展前途的CARB 專利軸承產(chǎn)品。它是一種單列、長腰鼓形調(diào)心滾子軸承，既具有圓柱滾子軸承的承載能力，又具有雙列調(diào)心滾子軸承的調(diào)心性能，還具有這兩類軸承所不具備的軸向位移調(diào)節(jié)能力，是圓柱滾子軸承、雙列調(diào)心滾子軸承、調(diào)心球軸承、滾針軸承等的理想換代產(chǎn)品。SKF1998 年CARB 軸承銷售額達(dá)到2.5 億克朗，約為年銷售額的1%。陶瓷軸承是近三十年來興起、不為發(fā)展并逐步走向工程應(yīng)用的一種高性能軸承產(chǎn)品?，F(xiàn)有全陶瓷軸承(套圈、滾動(dòng)休均為陶瓷)和混合陶瓷軸承(僅滾動(dòng)體為陶瓷)兩種。陶瓷軸承具有高速(dn 值達(dá)300 萬)、長壽命(約為鋼制軸承的3～5倍)、耐摩擦、高剛度、重量輕(只有鋼制軸承的60%)、防磁、絕緣和承受缺油潤滑等等優(yōu)點(diǎn)，在航空、兵器、機(jī)床、汽車等領(lǐng)域使用陶瓷軸承或陶瓷球都取得了滿意的效果。直線運(yùn)動(dòng)支承組件已廣泛應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床、加工中心、工業(yè)機(jī)器人、自動(dòng)生產(chǎn)線上，并實(shí)現(xiàn)專業(yè)化生產(chǎn)。這種組件系指直線導(dǎo)軌和滾珠絲杠，與滑動(dòng)系統(tǒng)相比，具有結(jié)構(gòu)剛性高、定位精度高、摩擦阻尼小、精度保持性好等優(yōu)點(diǎn)，也是一種有廣泛應(yīng)用前途的產(chǎn)品。非滾動(dòng)化軸承產(chǎn)品的應(yīng)用引起很大關(guān)注，如磁懸浮軸承是可能替代滾動(dòng)軸承的一種機(jī)電一體化產(chǎn)品，它的最突出優(yōu)點(diǎn)是磨耗小，如在汽車中使用磨耗量僅為滾動(dòng)軸承的千分之一，且轉(zhuǎn)速可達(dá)3×105r/min。這種產(chǎn)品已用于陀螺轉(zhuǎn)子、節(jié)能電機(jī)、計(jì)算機(jī)磁盤傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和電主軸支承中。
' ^. x0 [0 M6 L' C在眾多影響軸承壽命和可靠性的因素中，材料是一個(gè)重要項(xiàng)目。1905 年德國使用SAE52100 高碳鉻鋼制造滾動(dòng)軸承后，到1920 年已被廣泛用于滾動(dòng)軸承制造，這是世界滾動(dòng)軸承工業(yè)所用的第一代專用軸承鋼。五十年代末真空脫氣鋼問世，八十年代推廣了真空脫氣鋼和鋼包精煉，使軸承鋼的純度大為提高。如最近的日本“Z 級”軸承鋼含氧是僅為7PPM 左右，最近的“EP 級”軸承鋼的夾雜物更為細(xì)小和均勻。美國的ASTMA295-94 和SKF 的D33-95 標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定真空脫氣含氧量小于或等于15PPM。值得注意的是，國外一些大的軸承集團(tuán)公司本身就生產(chǎn)軸承鋼，如SKF 公司1997 年精煉軸承鋼達(dá)44 萬噸、銷售額為33.9 億克朗，占年銷售額的8.6%。該公司在瑞典的Ovako 鋼鐵公司是歐洲軸承鋼的主要供應(yīng)者，占其市場份額的40%，是目前世界上淬透軸承鋼的最大生產(chǎn)者。美國TIMKEN 公司的軸承鋼的年銷售額占總銷售額的比例高達(dá)32%。此外，日本和德國在耐熱鋼的研究上也取得重大進(jìn)展。非金屬材料用于滾動(dòng)軸承制造中，主要是陶瓷和塑料。FAG、SKF、KOYO 等公司都推出了陶瓷軸承新品種，世界陶瓷軸承年度貿(mào)易額超過4 億美元。塑料被廣泛用于軸承的保持架，如德國SKF 子公司有70%的圓柱滾子軸承和85%的新一代圓錐軸承采用了塑料保持架；FAG 公司塑料保持架軸承占其軸承總產(chǎn)量的30%。加工、測試、專業(yè)化和自動(dòng)化水平軸承是批量生產(chǎn)的精密產(chǎn)品，只有用先進(jìn)的制造技術(shù)和相應(yīng)的設(shè)備，才能保證產(chǎn)品的精度、性能、壽命、可靠性和成本等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在工業(yè)發(fā)達(dá)的國家里，對批量較大的標(biāo)準(zhǔn)軸承，通常都采用高效、高精度的自動(dòng)化設(shè)備加工制造，對批量更大的則組織自動(dòng)生產(chǎn)線、自動(dòng)化車間甚至自動(dòng)化工廠進(jìn)行生產(chǎn)。如毛坯生產(chǎn)中采用高速鐓鍛機(jī)、多工位壓力機(jī)和冷輾技術(shù)；車加工中采用多軸自動(dòng)車床；熱處理已開始采用激光淬火技術(shù)；磨超加工一直以高速、高效為發(fā)展方向，國外套圈內(nèi)表面磨削速度已達(dá)60-80m/s，外表面80-120m/s，同時(shí)大力開發(fā)了磨削-超精研自動(dòng)生產(chǎn)線，應(yīng)用CBN 砂輪磨削、自適應(yīng)磨削，在線測量技術(shù)和故障自動(dòng)診斷等新技術(shù)，并配以軸承自動(dòng)裝配生產(chǎn)線，確保生產(chǎn)效率，穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量；納米級(10-3μm)軸承加工與測量技術(shù)已取得進(jìn)展；伴隨計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，在鐵路軸承、航空軸承、汽車軸承等試驗(yàn)中，采用了仿真試驗(yàn)技術(shù)，開發(fā)了不同類型的軸承模擬試驗(yàn)機(jī)。美國、日本、法國等軸承工業(yè)發(fā)達(dá)的國家，生產(chǎn)集中度和專業(yè)化水平都較高。 |
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發(fā)表于 2009-6-1 17:06:41
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