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滚动轴承制造中被子封锁了的理论揭示

滚动轴承制造中被子封锁了的理论揭示

滚动轴承的使用和制造领域我国都已进入世界大国的行列了,但是我们却是一个很大的弱国!因为一个很重要的核心理论对我们已经封锁了,高端产品已被垄断。与热处理技术一样没有地方去学去取经,只有我们自身来探研了。

众所周知,旦凡用于高速或重载的轴承,只有选用进口的,因为国产的不行,这种价值也不算太高,但很关键的产品,核心技术没有掌握在自已手中,可以说是非常可悲!也可以看到先进国家对我们是多么的欺压啊。多年来一直不停的问自已,为什么不能自已提出问题自已解决呢,国外不也解决了吗。其实这是个知识隔裂的问题,它跨学科了,专业人员太专,沟壑跨不过去,没有很好的多学科组合。本文只对一个问题进行揭示,就是动力分析,对一个运动起来就看不清楚的过程进行动力分析,揭示一个高速下影响很大的作用力。

滚动轴承运动时内、外钢圈作相对转动,中间的钢球作在内外钢圈的沟道内作无磨擦滚动并参加公转,而自身作更高速的自转。这个过程天下公知,而且还知道,好的轴承的精度是很高的,材料是好的。但是,我们的材料技术上来了,加工精度也上来了,润滑油功能也完善了,但就是生产出来的轴承不如人家的好。

现只用向心球轴承作分析,因这是个原型,也是代表型。轴承在负载轴旋转时一般要受到三种力的作用:径向力、轴向力和滚动磨擦阻力,这是滚动轴承的主要功能所要承担的力。我们知道,旋转时钢球的自转线速度这与内、外沟道的相对线速度相等,而钢球直径比沟

道直径小得多,所以钢球的自转速度是非常高的,几倍至数十倍于主转速。钢球的高速或超高速旋转是滚动轴承的固有状态,而高速旋转的钢球是在做复杂运动,就是它自已的旋转轴在运动。本文就对这个复杂运动作分析问题就出来了,只要能建立一个条件,让这个运动只作平动或是近平动,这一切的问题就解决了。

一个高速旋转的物体,它的旋转轴如果发生转动,这个系统就要受到一个附加力,是哥氏加速度产生的力,也称科氏力(哥·科里奥利在解力学微分方程时发现一个角速度不为零的时候就不能忽略的余项,并作了这个余项的物理意义解释:是一个有复杂受力运动就存在的力)。哥氏加速度的产生的条件就是旋转物体的轴发生了转动,它的作用力方向随旋转轴的旋转方向以及主旋转方向而定,可遵循右手螺旋法则来判断。轴承里的钢球自转的方向在理想条件下是沿公转方向旋转的,这时它的旋转轴垂直地沿公转方向作圆形平动,这时没有附加力,这个理想条件就是系统内没有丝毫轴向力,只有径向力。假设如果系统产生一个稳定的轴向力作用在系统轴上,这时钢球受到的滚动压力方向发生偏移,已经不是作用在旋转平面上了,内、外沟道发生轴向偏移,沟道与钢球的接触点偏离旋转平面,钢球旋转轴马上发生偏移而产生转动,旋转轴在空间作一个圆锥摆的运动,这时的哥氏力作用方向斜向作用于内或外钢圈。但如果这个轴向力不稳定,方向和大小都随机在变化,这时它的旋转轴就在不停地来回乱摆动,则这个钢球在沟道内滚动运动的同时还作了不规则地对周边物体进行的敲击运动,而且多个钢球各自为战,各吹各打,噪音和震动都来

了,特定条件下还会产生周期性共震,钢球在高速旋转下这个力是很大的(公式为:,非专业人员自行查阅),在这种受力工况下工作的钢球,在轴承里运行情况能好吗?不能,精度提得再高也没有用。这种动态特性不好的轴承,在哥氏力作用下产生的破坏首先是打破润滑油油膜,进而产生钢球与沟道的直接碰撞,最终加大滚动磨擦,表面疲劳剥落而损坏。

由于物体存在转动惯量,原来的轴向力在旋转起来后会出现不稳定状态,就是惯性产生的波动。轴向力在客观上是不能完全克服的,所以这个力的存在也是固有的。只需设计时在微观角度内,在材料弹性范围内给钢球有个微观的空间暂时不发生转轴偏移,问题就解决了。说穿了就是对内、外沟道轮廓几何尺寸进行优化,使内外沟道轴向发生微观偏移时钢球的接触点还能保持在转动平面上。这种改变的动作不大,但目的性比较明确,是有理论知识支撑的改变。由于物质惯性的存在,高速下它们都力争不发生改变,只要留给钢球必要的空间就能延缓波动,这就给我们提供了良好的机会,只是这个机会先给了发达国家,我们现在认识了用起来也不晚。我们的加工设备与别人比并不差,差的是理论依据的探索。国外一些有名的轴承厂家规模上并不大,可他们就用这么一小点关键知识在盘剥我们,该改变了!

八十年代初笔者曾经作过实际测量,拿国产与进口同型号轴承进行测量对比,结果是内外径精度国产的比进口的精度要高一点,总的说不比国外的低。但滑动的感觉就有大的区别了,滑动时进口的明显的有润感;到了九十年代末再拿国产的轴承看滑动润感已经没有明显

的差距了,说明国产轴承的沟道精度也跟上来了,差距在减小,低端产品已经全面替代进口产品。反映在静态特性已经跟上先进产品,低速环境使用已没有什么问题。但到了现在,高端轴承还是没办法替代,也就是说国产轴承的动态性能还没有跟上国际先进水平。集中反映在高转速、噪音、寿命的问题上了。汽车工业用的轴承国产率是很低的,算是中高端的用途了吧,国产的不过关,完作依赖进口产品,再高的就不说了,跟本无法提及。泱泱大国,用量之巨,却没有国产的一席之地,追吧!潜心地改进轴承的动态特性,与国际间的差距就这么一小步。

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