你可能不知道的轴承发展史——做机械的进来了解一下

上期我们讲了关于齿轮的历史发展故事，今天我们继续介绍第二位重要机械零件成员——轴承。

尽管轴承只作为各种主机支承元件，但由于品种繁多、加工精密、尺寸范围大，所以轴承工业是机械工业中一种特殊的独立产业，并已形成了完整的工业体系。到目前为止，全世界已生产轴承品种5万种以上，规格多达15万种以上。最小的轴承内径已小到0.15~1.0mm，重量为0.003g，最大的轴承外径达40m，重340t。

1997年世界轴承总产量超过100亿套，总销售额约300亿美元，其中北美、日本、西欧占世界轴承产量的78%，美国、日本、德国已形成世界三大轴承市场。

一些世界著名的轴承公司，如瑞典的SKF公司、德国的FAG公司、日本的NSK公司、美国的TORRINGTON公司等，在世界500家大公司中均榜上有名。

(据美国《财福》杂志1994年报道，在世界500家大企业中，SKF排387位、NSK排404位、TORRINGTON公司的母公司英格索尔·兰德公司排在369位)。

中国轴承的发展历史

首先我们来讲讲中国的轴承发明以及应用。

为什么先讲中国的轴承发展，因为中国古代的轴承和现在的轴承材料加工等各方面区别很大，但是在思维上面是至今我们都要向老祖宗好好学习的。

我们先来看这幅图，将中国轴承的发展的代表性物品根据年代的先后进行了排序。我们接下来就根据这个排序来一一叙说。

学过世界机械发展历史的同学，应该都知道最好的轴承雏形，出土于跨湖桥文化遗址——陶轮。划重点：跨湖桥的慢轮是人类第一次用轮轴机械制陶，也是目前考古发现的第一次利用轴承。

8000年前的陶轮

陶轮是一个装有直立转轴的圆盘，把和好的陶土或粗坯放在陶轮的中央，使陶轮转动，同时用手捏陶土或用工具使陶土成形并使坯面光洁。

陶轮就其旋转速度又分为快轮和慢轮，快轮是在慢轮的基础上发展起来的。根据最新的考古记录，8000年前慢轮就已经诞生了，或者说已经进化了一阶段了。2010年3月跨湖桥文化遗址发现木质陶轮底座，证实了我们老祖宗的陶轮技术先于西亚两河流域2000多年，也就是说中国比西亚更早开始利用轴承，或者说是利用轴承的原理。

陶轮运转机制示意图

上图木质陶轮底座像个梯形圆台，上台面中心位置有一个凸起小圆柱，它就是陶轮转盘用的轴。如果制一件转盘放在木质陶轮底座上台面，那么一个完整的陶轮就被复原了。陶轮制作完成后，只要将未干的陶胎置于转盘上，并仔细对中，用一手转动转盘，另一手用木器、骨器或石器接触要修整的胎体，经过多次转动后，就可以在胎体上留下所需的环状弦纹了。这里涉及到转盘，而且有一个轴来支撑，这就是轴承的原型。

上图是唐代快轮的复原示意图。比最开始的快轮进步了不少，但是原理不变，变得是材料和工艺。

接下来就聊聊古代中国的车子。轩辕黄帝造车，公元前2697～前2599。

《诗经》约公元前1100-600前记载出现轴承的润滑

滑动轴承的出现，提出了润滑的需要或者说促进了摩擦学的发展。现已知道，润滑普遍用于古车上，但由于润滑的出现远不如车的出现那样赫然易见。所以要确切论述润滑出现的时间，是一件十分困难的事，经过翻阅和查找资料，得到关于润滑最早的记载是见于诗经。

在《《诗经•邶风•泉水》篇中，有“载脂载辖，还车言迈。遄臻于卫，不瑕有害？”辖在古代解释为“车轴端键”。用于古车上，它相当于我们现在所说的销钉，穿过轴端，可以将车轮“辖”住，使车轮轴向固定；而“脂”当然是润滑剂，“还”即回家，“迈”就是快。这几句诗译成现代汉语，就是：用油脂，将车轴润滑，在轴端，把销钉检查，驱车远行，送我回家。快快地赶到家乡卫啊！切莫让我问心有愧。

这里就要提到两个古代对于轴承应用的命名：軎（wei第四声）与辖

軎：是古代车套在车轴两端的加固件。形如圆筒，一段粗一端细。粗的套接在车轴。軎上有孔，可插入辖与车轴固定。

辖：是车轴的两端的键（销钉），扁平长条，上粗下细。上有辖首，一般有兽头装饰。将辖插在轴端的孔内，防止车轮脱出。

到秦汉朝时期具有雏形结构的轴承及轴承文字形式.

由于周、秦、汉朝对轴承技术发明和应用的实践，到秦汉时代的一些重要文化典籍中，已记载并经常使用涵明确，书写成熟的有关轴承专用词语，其中比较常见的有“轴”“釭”“锏”等单词以及“轴受”等主谓词（见《说文解字》）。当代日本的轴承文字表达仍为“轴受”，秦代文字书写小篆中，就有轴、承、釭、锏。汉代文字本义解释，“轴”持轮也，“承”奉也，受也，“釭”车毂中铁也，“锏”车轴铁也，可见秦汉时代已确立了轴承文化理念和文字形式。

元朝(1206～1367)简仪开始使用圆柱滚动支承技术

简仪是由浑仪简化而来的。浑仪是主要用于天象观测的伩器，它的零部件可以分成支撑 零件和运动零件两部分。

支撑零件包括水趺、龙柱、天经双环、赤道单环，还有水趺中心的天柱等。下图形象地显示了浑仪的主要支撑装饰零件。

再发展到清朝生产的滚子轴承。

清末的洋务运动对中国机械工业的发展起了一定的作用，对轴承制造也有影响。2002年12月，中国轴承技术考察团前往欧洲考察，在瑞典SKF轴承展览馆里发现了一套中国清代的轴承。这是一套滚子轴承，制造精细，套圈、保持架、滚子都和现代的轴承极为相似。据产品说明介绍，这套轴承是“19世纪某个时候，中国制造的滚动轴承”。

图片来源SKF中国轴承陈列馆

最后，近代中国第一套国产轴承的诞生。

1937年初，王瑞宝与马根宝从无锡带来了“1511”轴承内外圈及保持架、钢球等样品来找秦福兴五金摊主秦福荣，提出合伙制造轴承的思想。秦福荣看到样品与日本货NSK相仿，又听王、马两人讲，用铁路钢锻打的钢圈，成本只有日本货的三分之一，认为有利可图，于是就在满庭坊的支弄“月桂里”48号开设秦福兴机械厂，并由王瑞宝、马根宝担任技术指导。当时的设备只有两台皮带车床、两台脚踏手扳冲床、一台钻床，车床又代作磨床。除钢球进口外，套圈由高顺太铁铺锻打，材料用铁路钢，并用氢化钠淬火，保持器用铁皮，用硝酸钾发兰，同时用塞规、钢皮尺作为量具，上海第一套国产“1308”双列调心球轴承就在这样的简陋条件下诞生了。这也是中国第一套国产轴承，产品品牌为SRF。

世界轴承发展史

接下来我们来讲讲世界轴承近代的发展历程

世界轴承工业兴起于十九世纪末期到二十世纪初期。

总体上讲，世界轴承工业的形成与发展大致经历了三个阶段：

第一阶段，即世界轴承工业的初创阶段，时间是十九世纪末期至二十世纪初期。

当时，轴承发明、应用虽然已有一段时间，而轴承的工业化生产则从无到有，刚刚起步，相当幼稚。

主要特点是：

1、生产规模极小，一个大厂也只有十几人到几百人，日产量不过几套到几百套，属于手工作坊式生产；

2、设备简陋，技术落后，多是凭经验生产；

3、材料以碳钢为主，精度不高，价格却昂贵；

4、品种极少，用途十分有限。当时轴承生产技术只掌握在英国、德国、瑞典、美国等少数企业手中。

第二阶段，即世界轴承工业的成长阶段，时间大约是在第一次世界大战结束至第二次世界大战以后。

两次世界大战刺激了军事工业的发展，轴承在军事工业中的地位日益提高，加之科学技术飞速发展，一战后的短暂稳定和二战中的军火急需，促使世界轴承工业迅速发展。

主要特点是：1、生产规模急剧扩大，产量迅速提高，主要轴承生产国家年产量超过3500万套；

2、生产设备完善，技术手段先进，普遍采用了机群式批量生产；

3、轴承材料发展到以铬钢等合金钢为主，产品质量大为提高；

4、轴承品种增加，广泛用于汽车、飞机、坦克、装甲车、机床、仪器、仪表、缝纫机等众多领域。

在这时期，人们对轴承的认识和重视升华到了空前的高度。

第三阶段，即世界轴承工业的发展阶段，时间是二十世纪五十年代至今。经过二次世界大战以后，人们迎来了和平时代，国际经济复苏繁荣，使人类开创了和平发展的新纪元。

伴随航空航天、核能工业、电子计算机、光电磁仪器、精密机械等高新技术的飞速发展，体现当代科学技术水平的世界轴承工业进入一个全面革新制造技术，迅速发展品种，轴承精度、性能、寿命日益成熟完善的历史新时期。

这个时期的特点是：1、轴承企业规模超级化、集团化，形成了超千逾万人的大型企业集团和跨国公司，如日本的NSK、NTN、N MB，瑞典的SKF，美国的TIMKEN、德的FAG等；

2、轴承产量猛增。五十年代初期，世界轴承总产量不过9亿套，六十年代初已达18亿套，七十年代初为40亿套，八十年代初上升到70亿套，九十年代后期已超过100亿套；

3、轴承品种繁多，用途日益广泛。既有传统的单列、双列、多列球轴承，圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承等，又有万向节轴承、超薄壁轴承、空气轴承，各种在高速、高温、低温、防磁、耐腐蚀等特殊工况下使用的专用轴承等等；

4、设备先进，自动化程度高，测试手段完善，工序间电脑管理，少人无人操作，技术水平高，生产效率高。如日本NTN公司的盘田制作所球轴承厂有自动线35条，每条生产线仅5人管理，日产40万套，年产1.68亿套；

5、轴承材料高级化、复合化、多样化，因而轴承质量有较大提高。轴承材料不仅包括高碳铬钢、渗碳钢、不锈钢、耐热钢、工具钢等金属材料，而且还有陶瓷、塑料、石墨和碳纤维等非金属材；

6、轴承国际贸易空前发展。可以说世界轴承工业促使所有使用轴承的工业、行业，领域发展繁荣起来，对于整个世界经济和人类社会进步做出了巨大贡献。

SKF占世界轴承市场16%、日本五大公司占33%、德国FAG、INA占 16%、TIMKEN、TORRINGTON占13%。

科普小知识‖有关三种不同材料所制轴承的优势和区别？

轴承作为现代化机械设备中一种重要的零部件，属于精密产品，常被人们称为机械的“关节”。在工农业、国防军科、家电等领域中，轴承的精度、性能、寿命、可靠性及各项经济指标都直接或间接的影响着主机设备的运行，同时轴承工业的发展还密切关系着我国重大技术装备的制造水平和机械设备的出口能力。近几年我国的轴承出口贸易额呈逐年攀升趋势，轴承出口也成为拉动国内轴承工业快速发展的重要因素之一。轴承材料的发展也呈现高级化、复合化、多样化，其中金属轴承材料就包括高碳铬钢、渗碳钢、不锈钢、耐热钢、工具钢等材料，非金属材料有陶瓷、工程塑料、石墨和碳纤维等。轴承材质的种类逐渐丰富，其成品优势各有不同，本文就金属、工程塑料、陶瓷这三种种材质的轴承特性做逐一介绍。

轴承发展的时间轴

（世界轴承工业兴起于19世纪末到20世纪初）

1880年，最早的轴承由英国在开始生产

1883年，德国建立了世界首家轴承企业（FAG乔治沙佛公司）

1889年，美国开办ND轴承厂（现为通用汽车轴承公司）

1910年，瑞典SKF向日本提供轴承样品

1914年，日本NSK成立

1918年，日本NTN成立

1.陶瓷轴承

（1）优势：

①陶瓷材料耐腐性强，因此陶瓷轴承几乎不怕腐蚀，可以在布满腐蚀性介质的特殊恶劣环境下作业。

②陶瓷滚动轴承上由于陶瓷滚动小球的密度比钢低，所以重量更轻，转动时对外圈的离心作用可降低40%，从而产品的使用寿命可以大大延长。

③陶瓷材料受热胀冷缩的影响比金属小，合理安排各个陶瓷轴承间的间隙可以将轴承应用在温差变化起伏较大的环境中运作。

④全陶瓷轴承的疲劳寿命比全钢轴承长10~50倍，混合陶瓷轴承寿命则比全钢轴承的寿命高3~5倍左右，在使用寿命上陶瓷轴承远远高于金属轴承。

⑤陶瓷轴承的耐磨性、弹性模量高于金属轴承，摩擦系数低所以添加润滑油运转的陶瓷轴承在油变稀或缺少的情况下，润滑性能仍不会低于传统钢轴承常用的传统润滑剂。

（2）劣势：

制备陶瓷轴承成品的加工方法要求高，成本高，这在很大程度阻碍了陶瓷轴承的普及性应用。

2.金属轴承

（1）优势：

金属轴承的最大优势在于加工方便、相对于陶瓷、工程塑料轴承来说加工成本，价格优势明显；其次耐冲性能好，金属材料品种多样，适用于大部分常规轴承设备的应用需求。

（2）劣势：

使用寿命短，运行时所需润滑油消耗较大。

3.工程塑料轴承

（1）优势：

①成品密度低，体积轻，高速运转时的起动力矩小，还能减低转动的能耗，适合应用于现代化的轻量型结构产品设计中。

②其制备方式为开模注塑成型法，成品的生产周期短，速度快，制造成本低，且设计产品的灵活性大，可被设计成较为复杂的结构形式，整体上经济性好，便于大批量、规模化生产，能够提升生产效率，节约制造成本。

③工程塑料轴承本身具备出色的自润滑作用，可满足不能够使用润滑油的工程状态（例如：食品、包装、医疗机械等），产品维护成本低。

④具有耐磨、低摩擦、抗咬合性等特点，可以根据所需成本的需要加入耐磨元素，将摩擦系数降到更低，由此摩擦热的降低能够维持更好的使用性能。

⑤基于自身的材质特性工程塑料轴承拥有缓震减振的使用性能，运行中可大幅度减少运转噪音的出现，能被应用至特殊环境中。

⑥具有稳定的高耐热性和稳定的规格尺寸，温差区间一般在-250℃~+320℃，可满足多数工程状态的运行温度。

⑦工程塑料轴承的制备灵活性高，能按照不同性能所需选取不一样的原材料来增强韧性，由此加大韧性来增强产品的抗冲击、抗断裂性，同理也可以加大刚度提升硬度标准。

（2）劣势：

工程塑料轴承的劣势在于机械性能差，转速较低、载荷低，并且不耐高温，高温承受上限低。

相比于国外，我国对工程塑料轴承的研发使用起步时间较晚，在原料生产、产品应用方面都比较欠缺。但据有关方面的不完全统计，近五年来，国内通用的PC、POM、PA、热塑性树脂、改性聚苯醚等五大工程塑料和市场需求量一直保持30.3%的高速增长，不过我国对轴承用工程塑料的原材料进口依赖性强，相关塑料企业若能把握住市场良机，洞察行情，大力开发相关轴承产品，前景可观。

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