为什么使用滚珠轴承？
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普通油膜轴承已经证明了它们在摩托车发动机中的价值，取代了 1970 年前广泛用作曲轴主轴承和连杆轴承的滚动轴承（二冲程继续使用滚动轴承，直到 80 年代中期排放驱动的下降来自恩典）。 尽管滑动轴承取得了成功，但一个重要的事实仍然存在。滚动轴承的启动摩擦比滑动轴承低得多。这使它们成为 1895 年左右自行车在大众市场取得成功的必要条件。在配备滚珠轴承的自行车上，您可以非常轻松地从静止状态踩踏板，而不必过度运动。1905 年在美国进行的实验表明，使用滚动轴承可以节省有轨电车持续走走停停所需能源的一半以上。
一、滚动轴承的低启动摩擦很容易实现必要的持续轻微转向运动。球头或滚轮自行车或摩托车转向头的低摩擦力对于灵敏控制至关重要，因为对某些无叉前端最常见的反对意见是它们的许多球形接头中的摩擦力使转向沉重且不灵敏。滚动轴承的低启动摩擦很容易实现必要的持续轻微转向运动。 从概念上讲，滚动轴承可以追溯到人们发现在滚轮上移动重物比在地面上拖动重物更容易。五百年前，艺术家兼工程师列奥纳多·达·芬奇绘制了带有分离器或保持架的滚动轴承，以防止相邻球之间的双速摩擦。工业革命（现在受到环保主义者的谴责）最终提供了材料——坚硬、形状精确的钢——以及推动这种轴承在 1885 年左右问世的应用。 德国 Schweinfurt 的Friedrich Fischer (1849–1899) 提出了一种研磨工艺，用于生产精确的圆形硬钢球。到 1896 年，他的工厂每周可以运送 500 万个球。 如果您将组装好的 Conrad 型滚珠轴承拿在手中并观察它，它是如何组装的还远非显而易见。许多球（通常是七个）被莱昂纳多的保持架隔开，并被它们的轨道所限制：内圈和外圈中的凹槽（也由硬化和研磨的钢制成。因为球在凹槽中运行，所以它们无法从轴承中逸出。他们是怎么到那儿的？如果你拆下球保持架（通常用薄钢带冲压而成）并将所有球挤在一起，就可以将内圈从球上滑开，然后球掉出来。这样的轴承，正确润滑并防止磨损污染，可以承受相当大的径向载荷和一些轴向推力载荷。 二、用于低速应用的滚动轴承（例如车轮轴承）可以采用脂润滑，但对于高速应用，油润滑具有优势。大多数 Conrad 滚珠轴承均采用钢带分离器制成。一位经验丰富的轴承工程师曾经向我解释说，在高速下，滚珠可能不仅会顺畅地沿着内圈和外圈沟槽滑动，而且可能会快速地左右移动，从而对保持架施加相当大的循环载荷。在我重建二冲程曲轴的过程中，我能够看到这个阶段。 第一个可见阶段是小裂纹，通常起源于铆钉孔周围的应变材料，或每个压制成型的保持架口袋两端近乎直角的弯曲处。接下来，裂纹可能会扩展到隔板的整个宽度，但轴承可以继续发挥作用。车手有时会抱怨发动机在低转速时发出“刺耳的噪音”。最后， 其他保持架设计避免了这种故障。一个例子是雅马哈在 1972 年至 73 年间在其TZ250/350 量产公路赛车双胞胎上采用的一体式卡入式注塑成型塑料保持架作为内部主轴承。更昂贵的是两件式铆接酚醛塑料或青铜保持架——我听说这种类型被称为“磨床轴承”，因为它们通常在高转速下使用。 三、还有压制钢“带”分离器的变体。有些可以通过弯曲片或电阻焊接连接在球上房屋重建商的一个陷阱是轴承内部间隙。业界称其标准内部间隙为“C1”。如果将 C1 轴承压到轴上，其内圈会略微膨胀。如果外圈然后被压入垂直剖分曲轴箱的一半或夹在水平剖分箱体的上部和下部之间，则外圈会被轻微压缩。这会导致失去所有内部游隙，甚至会产生过大的预紧力，从而在使用后迅速损坏轴承。 补救措施是指定增加此类轴承的内部游隙。仔细观察轴承外圈端面上的信息代号，在尺寸和类型后面会看到“C3”，表明该轴承有额外的内部游隙。 四、最终，陶瓷球开始商业化……轴承精度按 ABEC 数字分级，因此另一个陷阱是假设您在购买轴承时指定 ABEC 5 或 ABEC 7 会从您的老式发动机获得更好的性能。las，C3 额外内部游隙通常无法提供更高的精度等级，因此故事可能会像上一段那样以糟糕的方式结束。 1971 年，当连杆大端滚针发生一连串故障时，我学到了很多关于轴承的知识。我梳了梳头，穿上粗花呢外套伪装自己，然后走进了麻省理工学院的巴克工程图书馆，在那里我花了一天时间阅读滚动轴承文献并做笔记。除其他事项外，我了解到支撑喷气发动机轴的滚珠轴承可能会从高速旋转引起的“离心力”中承受大部分载荷。 由于在早期，军用喷气发动机的寿命是以数十小时而不是数千小时来衡量的，因此人们迫切地寻求补救措施。一个明显的改进途径是通过将球做成空心来减轻球的重量。这是通过摩擦焊接完成的。因为那个又贵又费时，下一步就是用比钢更轻的材料，于是出现了蓝宝石球，密度大约是钢的一半（3.98 对 7.8）。最终，陶瓷球开始商业化，这让某类摩托车手认为，如果所有 52,100 个钢球轴承都被昂贵的氮化硅球轴承替代，他的自行车的性能将会“起飞”。人类的自我表达有多种形式。 滚动轴承的使用寿命在 20 世纪 60 年代中期大大延长，使用的轴承钢通过在真空下重熔（允许不需要的材料如氧化物蒸发）而特别不含裂纹成核夹杂物。字母名称“ VIM/VAR ”指的是真空感应熔炼和真空电弧重熔，此类材料还用于其他需要较长疲劳寿命的高应力应用（例如大型飞机的起落架支柱）。 尽管闪亮、精密的滚动轴承对我们很有吸引力，但它们实际上非常灵活，因为滚珠和座圈在负载下会相互变形。它们也缺乏轴阻尼。在我所知道的一个案例中，一家制造商在超过 12,000 rpm 时遇到过大且不断上升的发动机摩擦。系统研究将此归因于凸轮支撑滚珠轴承、气门操作杆和凸轮轴本身的弯曲导致的振动。加固零件并在自阻尼滑动轴承上支撑凸轮解决了这个问题。 |
