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發(fā)表于 2007-10-23 21:01:54
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自1880年英國率先生產(chǎn)軸承至今,,世界軸承工業(yè)已經(jīng)走過了漫長的122年的歷程。隨著人類文明的不斷進(jìn)化和科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展,,世界軸承工業(yè)從弱小起步,,艱難創(chuàng)業(yè),激烈競爭,,曲折發(fā)展,,由昔日少數(shù)幾家小廠發(fā)展到現(xiàn)今遍布全球、年銷量額達(dá)300億美元的規(guī)模,,取得了驚人的成就,�,?梢院敛焕⑸卣f,世界軸承工業(yè)在不斷自我完善和壯大中,,為世界的工業(yè),、農(nóng)業(yè)、國防和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展以及為人類生產(chǎn)的改善和提高都做出了巨大的貢獻(xiàn),。 ' y- ]$ B$ t. t G5 D8 e$ n9 d c! a' X
, j, T* h! A; U5 l0 ?* k4 \ 在人類邁進(jìn)二十一世紀(jì)的激動(dòng)人心的時(shí)刻,,回顧世界軸承工業(yè)的形成、發(fā)展以及對(duì)未來的預(yù)測,,對(duì)于振興軸承工業(yè),、推動(dòng)世界經(jīng)濟(jì)建設(shè)和科技的發(fā)展都具有重大的意義。 8 E$ j0 T' e2 R; }( D8 P% y2 A
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一,、國外軸承工業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀 0 P3 r" }0 u2 k: ^0 t. U
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�,。ㄒ唬﹪廨S承工業(yè)在國民經(jīng)濟(jì)中的地位和作用 7 J4 Z: S3 Q. h' R8 F
軸承(西方人寫作“Bearing”,日本人稱“軸受”)是當(dāng)代機(jī)械設(shè)備中一種舉足輕重的零部件,,它的主要功能是支承旋轉(zhuǎn)軸或其它運(yùn)動(dòng)體,,引導(dǎo)轉(zhuǎn)動(dòng)或移動(dòng)運(yùn)動(dòng)并承受由軸或軸上零件傳遞而來的載荷。按運(yùn)動(dòng)元件摩擦性質(zhì)的不同,,軸承可分為滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承兩類,。本文主要闡述與滾軸承有關(guān)的內(nèi)容,并約定簡稱為“軸承”,。 ) U p8 u: ~' x- o5 @$ }
滾動(dòng)軸承是采用滾動(dòng)摩擦原理工作的支承件,,具有摩擦力小、易于啟動(dòng),、升速迅速,、結(jié)構(gòu)緊湊、“三化”(標(biāo)準(zhǔn)化,、系列化,、通用化)水平高,、適應(yīng)現(xiàn)代各種機(jī)械要求的工作性能和使用壽命以及維護(hù)保養(yǎng)簡便等特點(diǎn),。它廣泛應(yīng)用于工業(yè)(機(jī)床、礦山,、冶金,、石化、輕紡,、電機(jī),、醫(yī)療、工程等機(jī)械和各類儀器,、儀表上),、農(nóng)業(yè)(拖拉機(jī)等農(nóng)業(yè)機(jī)械),、交通運(yùn)輸(鐵路機(jī)車、汽車,、摩托車,、船舶、飛機(jī)等),、國防(艦船,、坦克、導(dǎo)彈等),、航空航天(衛(wèi)星,、火箭、宇宙飛船等),、家用電器(電風(fēng)扇,、洗衣機(jī)、吸塵器,、錄像機(jī)等),、辦公機(jī)械(復(fù)印機(jī)、電腦硬盤驅(qū)動(dòng)器等)和高科技(原子能,、核反應(yīng)堆等)等領(lǐng)域,,與國計(jì)民生息息相關(guān)。全世界大約有80%的軸承應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)機(jī)械,、汽車,、火車、飛機(jī)等運(yùn)輸設(shè)備中,。各類主機(jī)的工作精度,、性能、壽命,、可靠性和各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)指標(biāo),,都與軸承有著密切的關(guān)系;尤其是學(xué)技術(shù)的發(fā)展,,各類主機(jī)對(duì)軸承提出了很多特殊的要求,,這些要求反過來又促進(jìn)了軸承工業(yè)的發(fā)展,研制和生產(chǎn)出許多特殊種類的軸承,。軸承在國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國防建設(shè)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(shù)代表著世界整個(gè)工業(yè)的發(fā)展水平。
* } C" \9 f, T �,。ǘ┛傮w情況
3 g/ Y0 a% \/ H 軸承有多種結(jié)構(gòu)類型,,可以采用各種方法分類。但通常按軸承中滾動(dòng)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(dòng)運(yùn)動(dòng)(直線運(yùn)動(dòng)或曲線運(yùn)動(dòng))的軸承和支承,,見表1-1,。
8 z; Q) _. a% i1 _0 F8 u- ` 表1-1 滾軸承的詳細(xì)分類
+ L5 `. T% j- m1 n2 f; n ---------------------------------------------
: l% U8 N, e( ~, C3 q6 ?+ M 用 深溝球軸承
S# k. a; [* z# M 于 向心球軸承 角接觸球軸承
- q% y# ]# `9 p9 I4 k 轉(zhuǎn) 球 調(diào)心球軸承 3 z6 n5 K ?& G" v8 q5 h
動(dòng) 軸 --------------------------------------
6 V2 ^4 g# C. W- h: X" s 運(yùn) 承 . ^7 q* n2 A4 O; U4 [5 q. @
動(dòng) 推力球軸承 推力球軸承# D. u0 }" U! B* V8 L8 E: {
的 推力角接觸球軸承
" |" y) s4 U% x( g6 w* a 軸 1 w$ l4 j5 E# R6 Z) J
承 7 E, \0 F: h2 i$ l) Y, e
--------------------------------------------- " d5 M% F: g: X+ j
圓柱滾子軸承
# h6 C0 h& {! b6 _ 向心滾子軸承 調(diào)心滾子軸承 , T. T h$ S1 U5 U5 |& a
滾 滾 滾針軸承
( G( N! y8 j* l, q" O2 D 動(dòng) 子 圓錐滾子軸承 V0 G: D4 u8 |- T( P
軸 軸 --------------------------------------
( V7 h6 m' I8 V: x! J9 _: a 承 承 推力圓錐滾子軸承
, r0 o2 c8 S! J. ~- A0 b 推力滾子軸承 推力滾針軸承
, z( K' a% ^# ^8 x$ Q 推力圓柱滾子軸承 1 ?4 Y; S' f1 y B8 s- B( m
推力調(diào)心滾子軸承
/ D2 t4 \8 ^, }3 ~ --------------------------------------------- ' L6 t4 f1 T% S. g) f" j
組合軸承
. }4 J# b3 ^( f7 }; d/ x( Y- c ---------------------------------------------
% y+ ^4 M. O# t' L2 ?: s 用 P% C; n3 H$ n7 A: b
于 直線運(yùn)動(dòng)軸承 球軸承
7 Y) {$ S( N- \' X2 ]1 Z6 |6 ~2 X 移 滾子軸承
8 C; a9 w o* ?$ W 動(dòng)
; N9 h9 r+ I: X' q2 `; n 運(yùn) ------------------------------------------
% m1 E4 c$ I z3 E2 @+ E 動(dòng)
$ _0 _1 N! H/ \) m# ]% X( I6 e 的 曲線運(yùn)動(dòng)軸承 滾針軸承
: j6 Q z) P' }7 D 軸 滾輪軸承
) }+ [ X2 j1 ?1 l/ [& w 承 + K' }# l7 {: S9 s- O, S
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* S. Q1 i2 J$ E 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(chǎn)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(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)品之一,。
0 q2 [9 d% a0 x! Y- D 1、主要技術(shù)與經(jīng)濟(jì)指標(biāo) ( N) E n0 F$ Q6 ^3 B) R4 M
盡管軸承只作為各種主機(jī)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(yè)是機(jī)械工業(yè)中一種特殊的獨(dú)立產(chǎn)業(yè),,并已形成了完整的工業(yè)體系。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�,!冯s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)。
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0 V( S) Z* \) H8 y6 O3 h; O7 }% e+ G 2,、產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)水平
. u U# U' C# x3 y 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,。
: B- Q$ U: o9 ^/ U+ h$ t �,。�1)基礎(chǔ)理論
4 u9 q; ~+ Y! |& H 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,。 . i& G5 L! q% L$ Q7 u/ N# B# E
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(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,。 / x( h; b2 Q! c+ r; s- w9 S
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(duì)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,。
' i$ O3 A. K$ C8 |! u; c, D 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(duì)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。
4 `8 C( p$ v- }% j e �,。�2)設(shè)計(jì)理論 3 Y6 S, t4 ^ h
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,。
5 _, Z5 }# v* f0 A �,。�3)通用軸承的結(jié)構(gòu)改進(jìn) 4 m$ l" L4 T) t# \ G% C! W5 o* B
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(duì)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),。 + M6 C& Y% w8 T
(4)軸承產(chǎn)品技術(shù) 5 ^: ]2 ~# x! [
國外軸承產(chǎn)品的發(fā)展當(dāng)今具有五個(gè)顯著的特征: + M$ p' h. J3 ^2 A/ f
A,、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),。
, U4 _ ~5 L6 `, K: f B、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,。
9 E6 H* E. M- n. \$ ? C、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。
4 X% T- P# ^/ K v5 U D,、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)。 $ W0 E9 W) c0 e" _( S/ `$ p. @
E,、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)。
0 q- y m3 ~* }* [8 c. d 上述五個(gè)特征具體表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面:
) e% O; H( a. [' g# J; T" B 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“三化”水平,。
m Y5 {, _) M, `- c3 l' g 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)工作輥軸承可保證思輥徑向擺動(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。 |
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