人類歷史上最偉大的發明之一：揭秘小小軸承裡面暗藏的乾坤世界
在現代生活中，人人都離不開各類便捷的交通工具。雖然大家對火車、飛機等很熟悉，但對支撐其運行的重要零件——軸承可能就不那麼了解了。事實上在國民經濟中軸承被稱為「工業的關節」。在國防事業上滾動軸承是必備的軍備物資。從技術地位來說軸承鋼是各種合金鋼中要求技術指標最多而且最嚴的鋼種。
■文｜阮有
■來源｜ 撲克投資家（puoketrader）
指尖陀螺無疑是2017年開始流行的最火的小玩具了，它甚至被當做是治療多動症、焦慮以及自閉症的良方。
指尖陀螺是一種一個軸承對稱結構、可以在手指上空轉的小玩具，它是由一個雙向或多向的對稱體作為主體，在主體中間嵌入一個軸承的設計組合，整體構成一個可平面轉動的新型物品，這種物品的基本原理相似於傳統陀螺，但是需要利用幾個手指進行把握和撥動才能讓其旋轉。轉動的慣性使得陀螺在指尖舞蹈，提供了一種奇妙的、前所未有的愉悅感，你無法描述那種感覺，彷彿它能旋轉著帶你升天。
那你在旋轉指尖陀螺的時候，亦或者當你騎著自行車穿梭在城市的大街小巷的時候；坐著火車，縱情暢遊名山大川的時候；乘坐著噴氣式飛機，翱翔藍天的時候，你是否想過，指尖陀螺、自行車也好，火車，飛機也罷，靠什麼順利前行？
這都得益於人類歷史上最偉大的發明之一：軸承。
軸承，幾乎存在於我們生活的每一個角落：從滿地都是的共享單車、到掠過頭頂的民航客機，從魚翔淺底的核潛艇，到巡天遙看的空間站，再到電冰箱、洗衣機、電腦散熱風扇、抽油煙機、手機里的振動馬達……總之，軸承無處不在。
一、小小軸承，暗藏乾坤
軸承是機器中的基礎元件，廣泛應用於各行各業的機械產品中，被譽為機器的「關節」。再高大上的機器，只要一個小小的軸承出了問題，就可能導致機毀人亡的慘劇。
以航空發動機主軸承為例：航空發動機的關鍵的指標之一就是高可靠性。要想保證可靠性，前提之一，就是要保證發動機內的主軸承具備長壽命，軍機航空發動機要求在3000小時以上，民機航空發動機要求更高，要達到數萬小時。
而航空發動機中軸承工作環境完全可以用「煉獄」來形容，它們不僅要以每分鐘上萬轉的速度長時間高速運轉，還要承受著各種形式的應力擠壓、摩擦與超高溫。真可謂是身經百戰。
另外，對於一些精度不高的結構部件來說，即便出現輕度裂紋也可以保證安全使用（專業上稱為損傷容限），而航空發動機主軸承這樣關鍵傳動部件，不存在損傷容限一說，其在使用過程中絕不允許出現裂紋等形式的損傷，因而對其的加工精度、以及材料強度要求是非常苛刻的。
正因如此，高端軸承被譽為「機械工程的高山」，而航空發動機更是被譽為「高山中的喜馬拉雅」。高端軸承的製造水平，體現的是一個國家的綜合工業實力。
正如征服喜馬拉雅山的只能是極少數勇士一樣，高端軸承的製造也融合了當今頂尖的工程技術：不僅涉及材料、油脂及潤滑、製造、設計、軸承製造裝備、檢測與試驗等一系列技術難題，還涉及接觸力學、潤滑理論、摩擦學、疲勞與破壞、熱處理與材料組織等基礎科學研究和交叉學科。如此集大成，其難度絕非弱國有實力染指。
二、軸承最難加工的部件之一：鋼珠
雖然軸承的種類千千萬，但都遵循相同的機械原理和力學規律。按照力傳導方式的不同，可以將軸承分為滑動軸承和滾動軸承兩大類，前者依靠滑動傳導力，後者依靠滾動傳導力。
即使一個人的中學物理是體育老師教的，憑藉生活直覺也可以知道，滾動摩擦遠遠小於滑動摩擦。如果需要省力，毫無疑問應該是首選滾動軸承，因而滾動軸承的使用場合遠遠多於滑動軸承，因而下文只將滾動軸承作為討論對象。
滾動軸承一般由內圈、外圈、滾動體和保持架組成，而所謂的滾動體，又是個什麼玩意呢？
可能你已經猜到了，軸承之所以能滾動，靠的就是圖中的滾動體：一顆顆飽滿剔透、銀光閃閃、的粒滾圓的鋼珠！這一顆顆鋼珠，是軸承賴以滾動的基礎，並包裹在保持架里，被眾星捧月般嚴密保護著。
雖然也有這樣的：
其中，軸承中的鋼珠必須大小相同、表面極度光滑（能像鏡子一樣，清晰照出人影來），還需要在一定的壓力下保持穩定工作，且表面不能有明顯磨損，可以說鋼珠製造對材質、加工精度等要求非常之高。
首先，用於製造滾珠的鋼材就「身手不凡」：它可不是普通的鋼，而是含有金屬鉻（Chromium）的高鉻鋼。
加了鉻以後的鋼材，一改其容易生鏽，容易斷裂的「嬌氣」，變得堅強起來：非但不易變形，耐磨性高，還耐腐蝕，用來製作每天和高壓高磨打交道的滾珠無疑是最佳選擇，簡直可以說是量身定做！
但是光有了好的材料還不夠，從鋼材變成滾珠，還需要經歷一段長途的旅行，其艱難程度堪比唐僧師徒西天取經。下面我們就一起來看看，從鋼材到滾珠，經歷了怎樣的九九八十一難！
三、制胚
滾珠的原料，當然是線狀鋼材了。不同的滾珠要求的線材寬度不同，這些都有行業標準的規定，且標準全球通用，所以不用擔心美國製造的滾珠放到中國的軸承上無法使用的問題。
滾珠生產的第一步是制胚：將線材剪成一定的長度，再在鍛造機上被壓縮成粗糙球狀。
是不是已經有滾珠的樣子了？可是這時的產品只是一個胚子，既大小不一，且表面粗糙，距離大小相同，如鏡般光滑的標準還差得很遠，活脫脫一個「醜小鴨」。因而進入下一步：粗磨。
四、粗磨——去除毛刺
將滾珠在粗磨機上把壓縮成形的粗胚夾在兩個帶有凹槽的磨盤之間，其中一個轉動並施加壓力，這兩塊板上都加工有凹槽，可引導滾珠沿著環形的路徑滾動。其中一塊板的某一部分被切斷了，這就是滾珠進槽和出槽的口。
當機器在運行時，槽內布滿了滾珠。當一粒滾珠從一條凹槽滾出來後，會落入板的開口處，滾珠在這裡翻滾片刻，然後進入另一條凹槽。確保每一粒滾珠從許多不同的槽通過，這樣即使槽的尺寸有所不同，出來的滾珠的大小都是一樣的，並且除去了表面毛刺，打磨成了一個個滴里滾圓的球。
另外需要指出的是，擠壓滾珠的過程壓縮了金屬，會產生許多熱量，因此必須給球和板澆水來冷卻它們，避免過熱而發生事故。
但是這個時候出來的鋼珠還是不夠「球」，怎麼辦？千錘百鍊，根據需要，粗磨可以有多道，直到磨圓為止，「專治各種不服」！
五、熱處理——讓內心更強大
經過了這兩步「非人」的折磨，生產出來的鋼珠能叫滾珠了么？
抱歉，目前的產品還屬於「老弱病殘」狀態，空有圓圓的外表，而無堅韌不拔的內心，如果把這樣的滾珠裝到航空發動機上，恐怕乘飛機的人就要「慌得一批」了。
只有經歷了最為嚴酷的考驗，才能鍛造出一顆堅實的內心。軸承中的滾珠必須能夠承受一定的重量，還必須耐磨。這就需要對鋼珠做進一步加工，即熱處理。
將鋼珠放進油中，經過淬火、回火等工藝流程，可提高鋼球的強度和耐磨性。經過熱處理得到的滾珠，主要是由馬氏體、殘留奧氏體以及殘留炭化物構成。
（下圖展示了對鋼珠進行熱處理的過程。上文中所提及的材料學名詞限於篇幅，就不展開解釋了，總而言之，經過熱處理的鋼球，也會擁有一顆鋼鐵俠般的內心）
下面是經過熱處理後的鋼球，在經歷了多重風霜的吹打後，顯得韶華已逝，飽經滄桑。這怎麼行？一定要讓她本來美麗動人的容顏重見天日！
六、精磨——返老還童
把經過熱處理的滾珠用專用的精磨機進行精磨，以此來提高形狀精度和光滑度，還其閉月羞花之貌，甚至比原來更加楚楚動人。
精磨與粗磨原理上大致相同，只是這次在冷卻液中添加了一種研磨劑。滾珠再次從凹槽內通過後，表面被打磨光滑了，大小也被壓縮成最終的尺寸。至於能做到多精細，就取決於各國的工藝製造水平了。目前，一流的「美容師」——精磨機依然被美日德等少數國家把持，中國在這方面還有相當大的改善空間。
同樣，精磨拋光也可以進行多次。經過精磨拋光後得到的鋼珠表面極為光滑，去除了表面的「皺紋」，不用敷面膜，也實現了「今年三十二，明年二十三」的逆生長。
七、清洗和檢查——白富美需要保養
正如沒有美女不注重保養皮膚一樣，精磨後的鋼珠還需要用超聲波洗去滾珠表面的磨屑等附著物，才能保持外觀的清潔。
最後一道工序是用光學自動外觀選別機，檢查滾珠的表面，檢出並去除表面有傷痕的滾珠。當然肉眼檢查也是很重要的，雖然小編並不清楚肉眼到底是怎樣做到的（也許這就是傳說中的「匠人精神」吧）。
就這樣，經歷了九九八十一難後，「土肥圓」的線材就變成了「白富美」的滾珠。
但千萬不要以為這是「花瓶」，事實上，她是美貌與心靈並重的女神：一個直徑10毫米的滾珠誤差通常都小於0.1微米，卻能承受30噸以上的重量。
本文為作者獨立觀點，且不構成投資建議。
--全文完--
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