自1880年英國率先生產軸承至今,世界軸承工業已經走過了漫長的122年的歷程。隨著人類文明的不斷進化和科學技術的高速發展,世界軸承工業從弱小起步,艱難創業,激烈競爭,曲折發展,由昔日少數幾家小廠發展到現今遍布全球、年銷量額達300億美元的規模,取得了驚人的成就。可以毫不愧色地說,世界軸承工業在不斷自我完善和壯大中,為世界的工業、農業、國防和科學技術的發展以及為人類生產的改善和提高都做出了巨大的貢獻。
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在人類邁進二十一世紀的激動人心的時刻,回顧世界軸承工業的形成、發展以及對未來的預測,對于振興軸承工業、推動世界經濟建設和科技的發展都具有重大的意義。
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一、國外軸承工業發展現狀 * I; h4 y* l7 Y4 O
3 D% O" V+ y8 X6 t0 |1 D8 w (一)國外軸承工業在國民經濟中的地位和作用 $ s6 n G* ~% h
軸承(西方人寫作“Bearing”,日本人稱“軸受”)是當代機械設備中一種舉足輕重的零部件,它的主要功能是支承旋轉軸或其它運動體,引導轉動或移動運動并承受由軸或軸上零件傳遞而來的載荷。按運動元件摩擦性質的不同,軸承可分為滾動軸承和滑動軸承兩類。本文主要闡述與滾軸承有關的內容,并約定簡稱為“軸承”。 6 d& F; j! u p _+ D5 f
滾動軸承是采用滾動摩擦原理工作的支承件,具有摩擦力小、易于啟動、升速迅速、結構緊湊、“三化”(標準化、系列化、通用化)水平高、適應現代各種機械要求的工作性能和使用壽命以及維護保養簡便等特點。它廣泛應用于工業(機床、礦山、冶金、石化、輕紡、電機、醫療、工程等機械和各類儀器、儀表上)、農業(拖拉機等農業機械)、交通運輸(鐵路機車、汽車、摩托車、船舶、飛機等)、國防(艦船、坦克、導彈等)、航空航天(衛星、火箭、宇宙飛船等)、家用電器(電風扇、洗衣機、吸塵器、錄像機等)、辦公機械(復印機、電腦硬盤驅動器等)和高科技(原子能、核反應堆等)等領域,與國計民生息息相關。全世界大約有80%的軸承應用于工農業機械、汽車、火車、飛機等運輸設備中。各類主機的工作精度、性能、壽命、可靠性和各項經濟指標,都與軸承有著密切的關系;尤其是學技術的發展,各類主機對軸承提出了很多特殊的要求,這些要求反過來又促進了軸承工業的發展,研制和生產出許多特殊種類的軸承。軸承在國民經濟發展和國防建設中正起著越來越突出的作用,因此可以毫不夸張地說:軸承技術代表著世界整個工業的發展水平。 $ |! f( V* d* Z
(二)總體情況 * w2 G' I; a5 _
軸承有多種結構類型,可以采用各種方法分類。但通常按軸承中滾動體種類的不同,將其分為球軸承和滾子軸承,并按軸承所能承受載荷的主要作用方向分為向心軸承和推力軸承。此外,還有適用于移動運動(直線運動或曲線運動)的軸承和支承,見表1-1。 0 G6 u; N: ]* { X( R; V. s
表1-1 滾軸承的詳細分類 / V3 Q6 E: D- H& A$ [- Z: V
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2 ]$ _( U, c% d. W: m- J 用 深溝球軸承 . W7 q' G- s8 d) k1 k, F# N% b
于 向心球軸承 角接觸球軸承
7 f1 G) n# y. x" G' V 轉 球 調心球軸承
; Q) d$ ?" L2 I0 `. E 動 軸 --------------------------------------
) }$ j" y. ?5 X& S% s% a, @$ v 運 承 A U" t6 ~3 B! x
動 推力球軸承 推力球軸承+ d# S- G' t: ]
的 推力角接觸球軸承
' `' Z' O, b: z* c2 J5 I: p 軸 1 F' H- ~ f( ]8 K! b6 [: i
承 0 c' b# ]9 n) r9 {1 K
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! c8 f4 X5 e V, S 圓柱滾子軸承
" O0 Z7 d4 g- U1 _+ ~0 k$ h 向心滾子軸承 調心滾子軸承
F. f% z2 x R) l; i 滾 滾 滾針軸承
0 j& V; m. o7 y9 Z1 v 動 子 圓錐滾子軸承
0 I; [2 e O5 | 軸 軸 -------------------------------------- * z' z, c0 p4 y D% q: {7 h
承 承 推力圓錐滾子軸承
+ u7 ]7 a% f/ ~) S8 G; W 推力滾子軸承 推力滾針軸承 * o) O# ~$ T2 ]9 h
推力圓柱滾子軸承
( n0 p, V) Q0 I1 Z! h" n% z 推力調心滾子軸承 & ?2 W/ _+ L* A- K$ r" g1 d1 {) S
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! j3 Y1 T/ c6 ?* ~; v& ^6 [ 組合軸承 5 w" G4 m+ }0 W6 c) r
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, \( J* i3 d6 s$ j# ^1 X6 Y 用
4 Y* b0 n) f: e8 S; [" g 于 直線運動軸承 球軸承
6 _: [% j$ j; s! \, Y# M 移 滾子軸承
& Y( i8 N% A: z4 Z7 j& N! z' N 動 7 s; W- g" ?/ @& j' _. H m& r
運 ------------------------------------------; a. f6 [) V5 ]* O
動 / ?" q! L3 L! l& l% E
的 曲線運動軸承 滾針軸承 ( [, H) f; ^9 \3 ]
軸 滾輪軸承 . h! T9 T8 g$ X) g/ `8 K
承 ( |' \4 }3 Q I2 Q9 L8 y
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( S0 g& `& j# T: c 各類軸承所占比重在不同的國家中有所不同。如日本1994年共生產各類軸承26.6萬套,5440億日元,其中球軸承17.5億套,占65.8%;滾子軸承8.9億套,占33.5%;其它軸承僅0.2億套,占0.7%。總體情況顯示,球軸承是世界軸承工業的主導產品之一。
/ |1 H& n& ]$ N* z5 ^ 1、主要技術與經濟指標
( j! {$ K) o& _ 盡管軸承只作為各種主機支承元件,但由于品種繁多、加工精密、尺寸范圍大,所以軸承工業是機械工業中一種特殊的獨立產業,并已形成了完整的工業體系。到目前為止,全世界已生產軸承品種5萬種以上,規格多達15萬種以上。最小的軸承內徑已小到0.15~1.0mm,重量為0.003g,最大的軸承外徑達40m,重340t。1997年世界軸承總產量超過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。(據美國《幸福》雜志1994年報道,在世界500家大企業中,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)。* J; e- t% q1 P2 n
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2、產品及相關技術水平 # H, n1 B: O- I. Q- ^$ g h, M2 F
軸承的整體技術水平,在近30年來取得了令人矚目的進步。高精度、高轉速、高可靠性、長壽命、免維護保養以及標準化、單元化、通用化已成為軸承的基本技術標志。特別在軸承基礎技術進步、通用產品的結構改進、專用軸承單元化和陶瓷軸承的開發等方面成效最為顯著。 $ @9 N1 Z$ I Y4 ^" k
(1)基礎理論
2 d5 s3 k2 m/ V6 I% p( n, Z 軸承基礎理論主要指壽命理論、額定靜載荷和極限轉速等有關的理論。
9 ^' n+ _7 t z6 L1 V4 J 百余年來軸承壽命理論的研究經歷了四個階段:第一階段是1945年以前的Stribeek的載荷分布理論,第二階段是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年間以Loannides和Harris為代表的新壽命理論。1962年,國際標準化組織ISO將經典的L-P公式作為軸承額定動載荷與壽命計算方法標準列入ISO/R281中。近年來,由于材料技術、加工技術、潤滑技術的進步和使用條件的精確化,使軸承壽命有較大提高,ISO適時地給出了含有可靠性、材料、運轉條件和性能等修正系數的壽命計算公式。八十年代以來Harris等學者在大量試驗的基礎上提出接觸疲勞極限的新理論,將壽命理論又向前推進了一步,使軸承壽命計算方法不斷完善。 + a% k7 E( y) v4 h6 k5 Y' W4 `
允許軸承發生相當于萬分之一滾動體直徑的永久變形,一直是ISO額定靜載荷標準的基礎。最新的額定靜載荷理論的貢獻是給出了對應于這個永久變形的各類軸承的最大滾動體接觸應力。
! J* @1 I! _/ f: S) H( g" j 軸承極限轉速研究也取得了新進展。當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等公司對極限轉速的定義、限定范圍與使用條件都作出了較科學的規定,使極限轉速的研究更加深入。 $ X2 x8 A; Q R2 U6 k' F% L
(2)設計理論
: _7 M6 b! ?* i. k 傳統的軸承設計以其應用的理論和方法而言,多采用靜力學和擬靜力學設計方法。近五十年來,軸承設計理論有很大發展,先后提出和應用了有限差分法、有限元法、動力學及擬動力學、彈性流體動力潤滑理論,有力地促進了軸承產品設計和應用技術的研究與發展。與此相適應,電子計算機輔助設計(CAD)已在各國軸承設計計算中廣泛應用,從而把軸承設計計算推向了一個新階段。
3 p' [+ q: h' C. N7 L' V' l (3)通用軸承的結構改進
/ ]2 j# g( p# x8 I% K 量大面廣的通用軸承產品的結構一直圍繞著提高軸承載荷、延長使用壽命、增加強度與剛性、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保養作為不懈努力的目標。經過近三十年的努力,國外通用軸承已全部實現了更新換代,形成了新一代的加強型產品。通用軸承內部結構的改進,主要通過減小套圈壁厚、加大滾動體直徑與長度、采用對數母線凸度滾子、改變保持架結構與參數、改變引導方式、增充軸承內密封及改善檔邊接觸來實現。 6 Q1 G& t/ x) I H' m) _3 J, x
(4)軸承產品技術
: t! R6 N0 Y# h; U. E& n# M% l9 X a 國外軸承產品的發展當今具有五個顯著的特征:
, R# ]' ], r5 l+ F& u A、堅持產品的“三化”方向,以最少的品種滿足不同產業的多樣化需求,并有利于產品規模化生產。
, h! ~7 g6 F/ P B、產品向輕量化、功能組件化、單元化、智能化發展,以滿足主機產品更新換代要求。 1 {" f% \/ U" u3 T
C、產品向高速度、高精度、高可靠性、低摩擦、低振動、低噪聲發展。
+ m* F) ^+ H; p! L0 w- M5 X9 ~, O D、采用和發展了計算機輔助設計(CAD)、計算機輔助制造(CAM)以及計算機集成制造系統/信息管理系統(CIMS/IMS)技術。
. \ o' @3 h4 _/ N! g; w" j0 D: V E、在軸承產品上采用現代高新技術,如新鋼種、新型工程陶瓷材料、表面改性技術及新的設計理論等,以發展軸承可靠性技術。
/ ^) P9 a- P/ K4 z 上述五個特征具體表現在如下幾個方面: ; y: J) S) f' Z( Z P% `' B, _
技術標準:國際標準化組織滾動軸承第四委員會(ISO/TC4)現頒布正式軸承標準44項、技術報告3項,世界各國都等同、等效采用國際標準,確保軸承“三化”水平。 # B o8 B5 g' C" R+ k0 J' ]* l
軸承精度:國外在八十年代就提出了“集中裝配設計”的概念,即通過軸承在設計和工藝階段的相關公差設計,使之控制在一定的公差范圍內,經過最少組別的選配,就可實現批量化集中裝配,裝配后的軸承游隙,裝配高等均完全符合標準要求。經檢測發現國外名牌產品的尺寸精度一致性較好,基本集中在公差帶的某一范圍內,且離散度較小。如國外精密機床主軸軸承的軸、徑向跳動在0.5μm以下;薄板軋機工作輥軸承可保證思輥徑向擺動量在板厚的3%以下;日本NMB公司研制成功的硬磁盤驅動器高精度小型整體球軸承的重復精度在0.1μm以下。 |