探索 | 球磨機140周年：軸承滾珠的制造藝術

滾動能夠最大程度地減少摩擦，這也是滾動軸承的基本原理，簡單而巧妙。滾動軸承自被發明以來，其基本結構沒有太大變化：由一個外圈、一個內圈和一個保持架構成，保持架負責保持住滾珠并將其均勻地隔離開。1794年，英國發明家菲利普?沃恩（Philip Vaughan）獲得了球軸承的發明專利。在他的設計中，滾珠在深槽中滾動，并用塞子封住。可以說，這個現代球軸承的“鼻祖”與今天的球軸承在結構上并沒有什么不同。沃恩將其用在馬車車軸上，這在當時可謂一種別出心裁的設計。

今天，球軸承早已成為全球用量達到數十億的標準部件，大部分用于汽車、飛機、風力發電機、起重機等領域。牙科電鉆和電腦硬盤中也有球軸承的身影，這些尺寸極小的部件默默無聞，“不辭辛勞”地工作著。球軸承還廣泛應用于吸塵器、拉桿箱、轉盤或食品加工機中，確保設備實現精確穩定的旋轉運動。據專家估算，目前有超過10萬種不同設計和型號的球軸承。除此之外，還有許多不采用滾珠的軸承，如滾針軸承、調心滾子軸承、圓柱滾子軸承、滑動軸承、直線軸承和推力軸承等。簡而言之，沒有這些默默無聞的“幕后英雄”，世界將會停滯不前。

球軸承的核心部件是滾珠，在專業術語中，這些滾珠也被稱為滾動體。它們直接關系到軸承的運行穩定性。盡管沃恩發明的球軸承在馬車車軸應用中與以往滑動軸承相比是一項重大技術突破，但是，軸承采用手工磨制的鑄鐵鋼球，與精密制造的產品相比仍存在巨大差距。這些鋼球必須通過手工費力地去除毛邊，然后打磨成盡可能圓的形狀。

此外，與今天的球軸承相比，沃恩發明的球軸承在運行中往往吱嘎作響，很難算得上平穩運行。這一技術瓶頸的突破，要歸功于一位名為弗里德里希?費舍爾（Friedrich Fischer）的德國人的一項發明。1883 年，這位來自德國施韋因富特的鎖匠和車工在他的作坊里經過多年的修補之后，用他自己研制的球磨機，成功做出了第一個可實現工業化規模生產的淬火鑄鐵鋼球。這些鋼球不僅大小完全相同，而且達到了完美的圓形。

<<  滑動查看軸承滾珠生產工藝對比  >>

費舍爾采用了一種用于大理石打磨的工藝，在他的操作中實現了低至20微米的精度，這是以前從未達到過的水平。對比來看，中歐人的頭發直徑約為70-80微米。1890 年，球磨機獲得專利，為球軸承帶來了全球性的技術突破——采用費舍爾球磨機制造的精密滾動體，球軸承運轉起來更加平順，因為鋼球越接近理想的幾何形狀，產生的摩擦阻力就越小。

今天，舍弗勒生產的軸承滾珠甚至可以達到幾微米的精度。對于肉眼來說，這些銀光閃閃的鋼珠表面質量的微小差異是無法察覺的——這不僅是因為鋼珠的表面光滑無瑕，還因為生產速度實在是太快了：轟隆運轉的機器一秒鐘就可以噴出大量鋼珠。與滾珠生產領域的先驅費舍爾所處時代不同，鑄鐵技術在無處不在的滾動體生產中早已被淘汰。今天，滾珠作為軸承生產中最具挑戰性的部件，無論大小，都是通過七個步驟生產出來的：線切割、冷鐓、去毛刺、淬火、磨削、預研磨和后研磨。

電機軸承中的鋼球磨損相對較快，此類應用也開始采用陶瓷球。陶瓷球由陶瓷粉末制成，壓制成型后進行燒結。陶瓷是一種絕緣材料，

作者：Denis Dilba

摘自：舍弗勒集團技術期刊tomorrow