軸承是機(jī)械設(shè)備中不可或缺的核心零部件，主要功能是支撐機(jī)械旋轉(zhuǎn)體，降低摩擦系數(shù)并保證回轉(zhuǎn)精度。它是數(shù)學(xué)物理等理論加上材料科學(xué)、熱處理技術(shù)、精密加工和數(shù)控技術(shù)等多學(xué)科的產(chǎn)物。無論飛機(jī)、汽車、高鐵還是高精密機(jī)床，凡是旋轉(zhuǎn)的部分，一般都需要軸承。

當(dāng)其他機(jī)件在軸上彼此產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，用來保持軸的中心位置及控制該運(yùn)動(dòng)的機(jī)件，稱為軸承。它可用于轉(zhuǎn)軸的互相滾動(dòng)，使轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦力減至最低。

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早期的直線運(yùn)動(dòng)軸承，是在撬板下放置一排木桿。這個(gè)技術(shù)可以追溯到修建卡夫拉金字塔的時(shí)候，雖然還沒有明確的證據(jù)?，F(xiàn)代直線運(yùn)動(dòng)軸承使用的是同一種工作原理，只不過是用滾球代替滾子。

從重載車輪軸和機(jī)床主軸到精密鐘表零件，很多場合都需要旋轉(zhuǎn)軸承，最簡單的旋轉(zhuǎn)軸承是軸套軸承。這種設(shè)計(jì)隨后被滾動(dòng)軸承替代，就是用很多圓柱形的滾子替代原先的襯套。最早投入使用的滾動(dòng)軸承是鐘表匠約翰·哈里遜于1760年為制作H3計(jì)時(shí)器而發(fā)明的。

按照相對(duì)運(yùn)動(dòng)的接觸形式軸承分為： 滾珠軸承、滾針軸承、圓錐滾柱軸承、滑動(dòng)軸承、撓性軸承、空氣軸承、磁懸浮軸承、寶石軸承和含油軸承等。

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雖然軸承結(jié)構(gòu)簡單，很多小作坊都能做出來，但軸承具有很高的技術(shù)含量，甚至可作為衡量一個(gè)國家科技、工業(yè)實(shí)力的重要標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)今世界科技工業(yè)強(qiáng)國無一例外都是軸承研發(fā)制造強(qiáng)國。

當(dāng)前，國產(chǎn)軸承的設(shè)計(jì)和制造技術(shù)基本上是模仿，產(chǎn)品開發(fā)能力低，在某些核心技術(shù)的研發(fā)領(lǐng)域甚至還是空白。雖然對(duì)國內(nèi)主機(jī)的配套率達(dá)到80%，但高速鐵路客車、中高檔轎車、計(jì)算機(jī)、空調(diào)、高水平軋機(jī)等重要主機(jī)的配套和維修軸承，基本上依靠進(jìn)口。

國產(chǎn)軸承制造工藝和工藝裝備技術(shù)發(fā)展緩慢，車加工數(shù)控率低，磨加工自動(dòng)化水平低，全國僅有200多條自動(dòng)生產(chǎn)線。對(duì)軸承壽命和可靠性至關(guān)重要的先進(jìn)熱處理工藝和裝備，如控制氣氛保護(hù)加熱、雙細(xì)化、貝氏體淬火等覆蓋率低，許多技術(shù)難題攻關(guān)未能取得突破。

軸承鋼新鋼種的研發(fā)，鋼材質(zhì)量的提高，潤滑、冷卻、清洗和磨料磨具等相關(guān)技術(shù)的研發(fā)，尚不能適應(yīng)軸承產(chǎn)品水平和質(zhì)量提高的要求。

以最常見的深溝球軸承為例，國外先進(jìn)產(chǎn)品的實(shí)際壽命一般為計(jì)算壽命的8倍以上，最高可達(dá)30倍以上，可靠性為98%以上。

而國產(chǎn)軸承的壽命一般為計(jì)算壽命的3~5倍，可靠性為96%左右，差距還是很顯著的。這對(duì)于普通的運(yùn)動(dòng)機(jī)械來說，問題不算太大。但是在高端領(lǐng)域就很難接受了，因此國內(nèi)航空軸承、高鐵軸承、機(jī)器人軸承等基本以進(jìn)口軸承為主。

03

高鐵、大飛機(jī)、重載型武器等高端裝備上都有高端軸承的使用需求，而要滿足高端軸承在精度、性能、壽命和可靠性等方面的要求，軸承材料的高質(zhì)量和可靠性是決定性因素。

▲維護(hù)F110發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇軸承

由于物體的高速旋轉(zhuǎn)，軸承的各個(gè)部位要承受變應(yīng)力、高頻的作用，一般單位面積壓力高達(dá)每平方毫米1500到5000N在這些因素的作用下，軸承很容易產(chǎn)生應(yīng)力疲勞，進(jìn)而造成疲勞剝落，使得軸承失去其作用，與此同時(shí)滾動(dòng)軸承還需承受離心力、摩擦力、高溫、腐蝕等因素，這也使得要造好軸承，就得用好鋼。

在滾動(dòng)軸承的四大組成部分中，除保持器外，內(nèi)、外套圈、滾動(dòng)體（滾珠、滾柱或滾針）都是由軸承鋼組成，而軸承鋼素有“鋼中之王”的稱號(hào)，是鋼鐵生產(chǎn)中要求最嚴(yán)的鋼種。

軸承鋼的質(zhì)量主要取決于以下四個(gè)因素：一是鋼中的夾雜物含量、形態(tài)、分布和大小；二是鋼中的碳化物含量、形態(tài)、分布和大??；三是鋼中的中心疏松縮孔和中心偏析；四是軸承鋼產(chǎn)品性能的一致性。這四個(gè)因素可以歸納為純凈度和均勻性指標(biāo)。

▲高端軸承鋼中均勻細(xì)小的碳化物組織和熱處理后均勻分布的細(xì)小碳化物

其中，純凈度要求材料中的夾雜物盡量少，純凈度的好壞對(duì)軸承的疲勞壽命有直接影響；而均勻性則要求材料中的夾雜物和碳化物顆粒細(xì)小、彌散，這會(huì)影響到軸承制造中熱處理后的變形、組織均勻性等。

我們國家制軸工藝已經(jīng)接近世界頂尖水平，但材質(zhì)——也就是高端軸承用鋼幾乎全部依賴進(jìn)口。

“PPM”在煉鋼中是氧含量的單位，意指百萬分率或百萬分之幾。一般而言，在鋼鐵行業(yè)，8個(gè)PPM的鋼屬于好鋼；5個(gè)PPM的鋼屬于頂級(jí)鋼，正是高端軸承所需要的。

煉鋼過程中加入稀土，就能使原本優(yōu)質(zhì)的鋼變得更加“堅(jiān)強(qiáng)”。但怎么加，這是世界軸承巨頭們的核心秘密。