無磨損裝備制造技術(shù)

摘? 要：裝備制造的技術(shù)瓶頸包括2點(diǎn)。1）有運(yùn)動(dòng)必然有磨損。2）軸心線重合是不可能的。為了解決技術(shù)瓶頸，筆者對現(xiàn)有的理論進(jìn)行了真實(shí)性與科學(xué)性的調(diào)查、分析與論證，證明了機(jī)械磨損來自于軸心線的重合是不可能的理論，而消除機(jī)械磨損的關(guān)鍵技術(shù)是軸心線重合的技術(shù)應(yīng)用。為此，筆者提出了無磨損旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副的機(jī)械原理與軸心線重合技術(shù)相結(jié)合的無磨損裝備制造新技術(shù)。本技術(shù)將成為所有應(yīng)用滾動(dòng)軸承的機(jī)械裝備都能夠獲得最長的使用壽命，最低的動(dòng)能消耗，而造福人類。

關(guān)鍵詞：運(yùn)動(dòng);磨損;同心圓;中心高相等

中圖分類號：U463? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

在機(jī)械領(lǐng)域中，有2條理論。1）有運(yùn)動(dòng)就有摩擦，有摩擦就必然有磨損。2）任何機(jī)械加工的形式都不可避免地會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，所以軸心線的重合是不可能的。筆者認(rèn)為，就是這2條傳統(tǒng)理論是當(dāng)前機(jī)械領(lǐng)域理論與技術(shù)的瓶頸，稱為瓶頸理論和瓶頸技術(shù)。這是因?yàn)椴荒茉谘b配圖紙上注明2條相交的軸心線交點(diǎn)的位置及相交的夾角的幾何角度，所以在裝配圖上只有一條重合的軸心線。該文的目的是為挖掘論證軸心線重合這一技術(shù)，提供科學(xué)依據(jù)，為其在現(xiàn)代裝備制造中的應(yīng)用做出詮釋，設(shè)計(jì)無磨損旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副新技術(shù)，為制造無磨損機(jī)械裝備提供新技術(shù)通道。沒有比較就沒有鑒別，沒有鑒別就不能識(shí)別真?zhèn)?。筆者在對現(xiàn)有的機(jī)械瓶頸進(jìn)行了真實(shí)性與科學(xué)性的調(diào)查與分析后，提出了以下不同的見解。

1“有運(yùn)動(dòng)就有摩擦，有摩擦就必然有磨損”，所以磨損就成為機(jī)械運(yùn)動(dòng)的必然

1.1 運(yùn)動(dòng)接觸產(chǎn)生磨損

筆者提出了“有運(yùn)動(dòng)，不接觸，無摩擦即無磨損”的無磨損旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副的機(jī)械原理的定義。

無磨損旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副機(jī)械原理的定義為：在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副中，當(dāng)軸與套的軸心線重合時(shí)，軸與套不產(chǎn)生摩擦，即無磨損。

無磨損旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副的存在證明：在特定條件下“磨損不是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的必然，運(yùn)動(dòng)接觸才是摩擦的起因。”簡而言之，運(yùn)動(dòng)接觸產(chǎn)生磨損。

這一論據(jù)證明了“有運(yùn)動(dòng)就有摩擦，有摩擦就必然有磨損”這一理論的不準(zhǔn)確性。取而代之的理論應(yīng)該是：“磨損不是機(jī)械運(yùn)動(dòng)的必然，接觸才是摩擦的起因，運(yùn)動(dòng)接觸產(chǎn)生磨損”。

2 軸心線的重合不可能的

如果上述理論是真實(shí)的，科學(xué)的，為什么在所有機(jī)械圖上沒有2條相交的軸心線？而只有一條重合的軸心線？

2.1 軸心線是圓柱形，圓錐形零件的專有名詞

圓柱形、圓錐形零件只能用車鏜完成，銑刨的加工形式只與中心線有關(guān)。軸心線的定義是：通過圓柱形或圓錐形零件的兩端面圓心連接的一條直線。是看不見，摸不著的，只能畫在圖紙上。畫在零件圖上的是軸或者套的軸心線，畫在裝配圖上的軸心線便是重合的軸心線。圓柱形和圓錐形零件只能用車加工才能生產(chǎn)出來。只有車鏜2種方式，與軸心線重合有關(guān)而不是任何機(jī)械加工形式。

中心線的定義是能把一物體切分成2個(gè)對稱的半體的直線，是看得見，摸得著的。不僅能畫在圖紙上，而且能畫在實(shí)物的表面上。軸心線只有一條，重合的軸心線只有一條，而中心線則可以是多條。其共同點(diǎn)是都用相同的點(diǎn)劃線表示。只有兩線不分的人才會(huì)認(rèn)為所有的加工形式都與軸心線有關(guān)。

2.2 機(jī)械加工可以生產(chǎn)出公差相同的零件

此系機(jī)械制造常識(shí)，無需另加說明。生產(chǎn)實(shí)踐證明，任何形式的機(jī)械加工，無論是車銑刨還是鉆磨鏜都能生產(chǎn)出2個(gè)以上的具有相同公差的零件。這樣的應(yīng)用實(shí)例在機(jī)械加工車間里比比皆是，無須贅述。

2.3 常用機(jī)械名詞應(yīng)為公差

此系機(jī)械制造常識(shí)，無需另加說明?！罢`差”非機(jī)械加工用詞，筆者現(xiàn)訂正為公差。機(jī)械加工只能有公差，不可有誤差。

2.4 無磨損旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副的機(jī)械結(jié)構(gòu)

筆者為論證軸心線重合的真實(shí)性、科學(xué)性，設(shè)計(jì)應(yīng)用滾動(dòng)軸承，在應(yīng)用上可視為無磨損旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副機(jī)械結(jié)構(gòu)，如圖1所示，其特征如下：這是由一個(gè)具有兩端支撐的非懸臂旋轉(zhuǎn)軸?！?】和2個(gè)軸心線重合的端支撐座[K1]、[K2]在支撐座內(nèi)，裝有向心滾動(dòng)軸承（3）的組合，這樣的設(shè)計(jì)在裝備制造中，可獲得如下3點(diǎn)效果。1）可消除因軸端的徑向的跳動(dòng)而產(chǎn)生的撞擊與摩擦。2）可消除因軸心線達(dá)不到重合而產(chǎn)生的摩擦。3）選用向心滾動(dòng)軸承可將摩擦系數(shù)降低到K≈0.001∽0.005。

2.4.1 軸心線重合的技術(shù)關(guān)鍵是2個(gè)支撐座孔的中心高相等

通過封面圖1，我們看到軸1的軸心線與2個(gè)端支撐座[K1、K2]的軸心線是同一條重合的點(diǎn)畫線，且與底座平面F平行，根據(jù)平行線法則：2條平行線間距離相等，所以Y1=Y2。由此我們可以推論：若2個(gè)支撐座孔的中心高相等，2個(gè)支撐座的軸心線就會(huì)重合。這就是軸心線重合的科學(xué)存在。

2.4.2 軸心線重合的3個(gè)特征

據(jù)此該文提出軸心線重合的3個(gè)特征。1）只出現(xiàn)在機(jī)械裝配圖上。2）在軸的軸心線與兩端支承座孔的中心連線。3）其技術(shù)條件是兩端支承座孔的中心高相等。通過圖1說明，應(yīng)用古老的平行線法則，證明軸心線重合與否，只在支承座孔的中心高相等。

2.4.3 同心圓理論證明了軸心線重合與公差無關(guān)

為了證明軸心線重合與機(jī)械加工的公差無關(guān)，筆者提出了同心圓理論。這是因?yàn)樵谥睾系妮S心線上（亦是中心等高線）所有任意點(diǎn)為中心所做的圓在同一投影面上都是同心圓，直徑可以不同，公差可以不同，但都是同心圓，而同心圓是不產(chǎn)生摩擦的。由此可以證明，產(chǎn)生磨損的根源在于機(jī)械瓶頸理論：軸心線的重合是不可能的。消除磨損的技術(shù)在于應(yīng)用軸心線重合。軸心線的重合與公差無關(guān)，為了解決軸心線重合這一技術(shù)瓶頸，為消除機(jī)械制造中的磨損，提供了理論及技術(shù)支撐。同時(shí)也證明了軸心線重合與公差無關(guān)。在機(jī)械裝備圖中，軸心線重合的畫法源于軸心線重合技術(shù)。鏜床的應(yīng)用為保證軸心線重合技術(shù)提供了可靠的設(shè)備。

2.4.4 軸心線重合整體加工工藝和分體加工工藝

為保證軸心線重合在生產(chǎn)實(shí)踐中的可行性，筆者設(shè)計(jì)了端支撐座軸心線重合整體加工工藝和分體加工工藝。這就是筆者對軸心線重合技術(shù)的解釋。利用該工藝可在通用機(jī)床（無需精密機(jī)床）上完成保證支承座的軸心線重合的產(chǎn)品的加工制造。

端支承座軸心線重合整體加工工藝是這樣實(shí)現(xiàn)的：

根據(jù)不同的技術(shù)要求，設(shè)計(jì)合理的工裝工藝設(shè)施，將端支座按技術(shù)要求固定在工裝設(shè)施上。

依次鏜2個(gè)軸承孔，上述軸心線重合加工法是一種最直觀的整體加工方法。這樣加工后的2個(gè)端支承座的軸承孔的直徑尺寸上有不等的偏差，但中心高相等，其軸心線是重合的。

筆者總結(jié)生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，將用無磨損旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副技術(shù)，為老設(shè)備的技術(shù)改造、升級換代、新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造，從食品機(jī)械到能源設(shè)備，從民用到軍工等，為所有應(yīng)用向心滾動(dòng)軸承的機(jī)械裝備都能獲得最長的使用壽命，最低的動(dòng)能消耗，提供了技術(shù)保障。

3 科技實(shí)例

3.1 無磨損擠壓式膨化機(jī)

這是我們首次應(yīng)用無磨損裝備制造技術(shù)對老產(chǎn)品擠壓式膨化機(jī)的技術(shù)改造項(xiàng)目，改造后的膨化機(jī)主要易損件螺桿與套筒不再產(chǎn)生金屬摩擦，為推廣應(yīng)用膨化技術(shù)提供了可應(yīng)用于釀造、發(fā)酵、生物制藥等工業(yè)的工業(yè)化生產(chǎn)的設(shè)備。

擠壓式膨化機(jī)的工作原理，如圖2所示。

如圖2所示，這是常規(guī)擠壓式膨化機(jī)簡圖。物料（糧食）進(jìn)入機(jī)筒時(shí)是粉狀，在螺桿的推動(dòng)下被擠壓前進(jìn)，進(jìn)入高溫區(qū)（外加熱圈）被繼續(xù)推進(jìn)直到噴出。在常溫常壓下物料中的水份突然汽化，使物料形成多孔狀物料。這就是擠壓式膨化機(jī)的工作原理。

圖2簡圖這是一個(gè)一端支承的懸臂螺桿，與機(jī)筒組成了一個(gè)常規(guī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副的組合，常規(guī)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副的組合是有缺陷的：無支承的一端在旋轉(zhuǎn)下會(huì)產(chǎn)生徑向跳動(dòng)，懸臂愈是跳動(dòng)量愈大，轉(zhuǎn)速愈高跳動(dòng)量愈大，懸臂旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副所產(chǎn)生的離心力愈大。所以很多食品機(jī)械不能空轉(zhuǎn)。因此本發(fā)明人不提倡使用如圖2的設(shè)計(jì)還有一個(gè)明顯的缺陷：由于螺桿的不等深，靠近尖端部分的重量遠(yuǎn)大于根部，這種大頭沉的設(shè)計(jì)更加大了螺桿的徑向跳動(dòng)，這種跳動(dòng)不斷撞擊機(jī)筒，當(dāng)物料填入之后，便消除了撞擊與摩擦的聲音，這就是常規(guī)的擠壓式膨化機(jī)造成螺桿與機(jī)筒的磨損太快，因其摩擦力加大了能耗，因其摩擦使膨化物中鐵含量超標(biāo)。所以擠壓式膨化機(jī)至今沒有應(yīng)用于工藝化生產(chǎn)的擠壓式膨化機(jī)。我們要?jiǎng)?chuàng)新的無磨損擠壓機(jī)就是要應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)的膨化機(jī)，為推廣應(yīng)用膨化技術(shù)造福人類。

3.1.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新

本發(fā)明人應(yīng)用無磨損旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副新技術(shù)設(shè)計(jì)了螺桿直徑分別為75 mm和150 mm 2種無磨損擠壓式膨化機(jī)，其機(jī)械結(jié)構(gòu)創(chuàng)新如圖3所示。改一端支承為兩端支承，兩端支承座的軸心線重合，消除了因螺桿跳動(dòng)引起的與機(jī)筒的摩擦和撞擊。

3.1.2 改中心擠出為圓周擠出

被動(dòng)軸的動(dòng)力來源于螺桿前端與被動(dòng)軸的項(xiàng)尖連接。在150 mm螺桿內(nèi)部設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)軸內(nèi)封閉區(qū)環(huán)式電熱自動(dòng)控溫裝置，使物料在高溫區(qū)同時(shí)受到來自機(jī)筒與螺桿的雙向加熱，有效地提高單機(jī)產(chǎn)量。該項(xiàng)目已完成全部圖紙?jiān)O(shè)計(jì)與風(fēng)險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)，可進(jìn)行技術(shù)轉(zhuǎn)讓等合作方式。

3.2 無磨損轉(zhuǎn)子機(jī)械制造工藝

該發(fā)明提出了一種機(jī)械加工工藝，使轉(zhuǎn)子與定子的軸心線重合，消除電壓波動(dòng)，所以稱為無磨損轉(zhuǎn)子不涉及電機(jī)制造技術(shù)。

以電動(dòng)機(jī)為例，從有電機(jī)以來，轉(zhuǎn)子的兩端都是通過兩端蓋被吊掛在機(jī)殼兩端的凸臺(tái)上，由于兩凸臺(tái)在機(jī)械加工產(chǎn)生的不等公差，這樣的裝配結(jié)果，必然是一端高一端低的裝配效果，轉(zhuǎn)子與定子的軸心線就不能重合，在工作中產(chǎn)生電壓波動(dòng)。如果我們把轉(zhuǎn)子比作轉(zhuǎn)動(dòng)的軸，定子比作是固定的套，轉(zhuǎn)子與定子就組成一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副，應(yīng)用無磨損旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副技術(shù)，重新尋找其加工與安裝基準(zhǔn)，就能達(dá)到轉(zhuǎn)子與定子的軸心線重合。

3.3 無磨損旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副新技術(shù)在曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)制造中的應(yīng)用

在曲軸發(fā)動(dòng)機(jī)制造中有一技術(shù)瓶頸叫作側(cè)切，就是活塞與汽缸孔的磨損，不是均勻的圓周表面磨損，而是倒向某一側(cè)，這說明活塞軸心線的運(yùn)動(dòng)軌跡與缸體孔的軸心線是不重合的，即活塞軸心線的運(yùn)動(dòng)軌跡偏離了汽缸孔的軸心線。所造成的連鎖反應(yīng)，使所有活塞與汽缸內(nèi)磨損同一倒向。究其原因是裝配后的曲軸軸心線不能與缸體孔的軸心線垂直，產(chǎn)生了交角，應(yīng)用無磨損旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副新技術(shù)可以解決曲軸兩端軸承座軸心線重合，就可以消除側(cè)切的發(fā)生。

在這3個(gè)實(shí)用項(xiàng)目中，第一項(xiàng)中所有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的創(chuàng)新，都來自生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。第二、第三項(xiàng)則是觸類旁通，舉一反三的技術(shù)延伸。

4 結(jié)論

磨損來自于機(jī)械瓶頸理論：軸心線的重合是不可能的，消除磨損的關(guān)鍵是軸心線重合技術(shù)的應(yīng)用。

用平行線法則挖掘軸心線重合的技術(shù)關(guān)鍵是軸兩端支承座的中心高相等，中心高相等軸心線自然重合，與機(jī)械加工的公差無關(guān)。

用生產(chǎn)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)軸心線重合加工工藝，為軸心線重合技術(shù)在現(xiàn)代機(jī)械裝備中的應(yīng)用做出詮釋。設(shè)計(jì)無磨損旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)副的機(jī)械結(jié)構(gòu)。將為老產(chǎn)品的技術(shù)改造新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)與制造，為所有應(yīng)用向心滾動(dòng)軸承的機(jī)械裝備特別是大、中、重型裝備都能獲得最長的使用壽命，最低的動(dòng)能消耗提供了技術(shù)保障，為制造無磨損裝備提供新技術(shù)。這些創(chuàng)新組成了無磨損裝備制造技術(shù)。制造無磨損裝備造福人類。

參考文獻(xiàn)

[1]唐武生，唐爾海.無金屬磨損擠壓式膨化機(jī)的設(shè)計(jì)與制造[J].食品與機(jī)械，2014（1）：98-99.

作者地址：吉林省長春市南關(guān)區(qū)大馬路2239號227棟4門311號。