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經濟參考網讀書頻道
旋轉的力量
現代社會依賴旋轉運動的機械設備數量相當龐大。汽車內部有上百種復雜的、隱藏的旋轉設備,包括齒輪、發(fā)動機和驅動系統(tǒng)。如果沒有這些設備,汽車將無法行駛。機床、冰箱壓縮機、圓鋸也是如此。現代的風車(現在稱為風力機械)以及大多數發(fā)電機等提供能量的設備都依賴旋轉運動。輪子之所以得到普遍應用,一方面是因為它們的實用性強,另一方面是因為它們能有效利用能量。輪子旋轉時,它能沿著其表面所有接觸點持續(xù)傳輸能量。如果可以用軸、帶子或齒輪齒把旋轉的輪子連接起來,這些輪子產生的力量可以傳遞的距離遠大于單個輪子的直徑。橫向運動(比如滑動梁)或縱向運動(比如泵的活塞)的特點是先向一個方向運動,再向相反方向運動。旋轉運動則是通過不斷的先加速后減速循環(huán)過程消耗能量。與旋轉運動相比,橫向運動浪費更多的能量。 公元前3500 年左右,美索不達米亞出現了世界上最早的輪子。這些輪子起初用于制陶,相當于“陶輪”。幾百年后,輪子被應用于運輸以及原始的戰(zhàn)車。公元前1000 年,歐洲第一次出現了對輪子的書面記載。公元前500 年,英國第一次出現對輪子的書面記載,當時輪子應用于牛車或馬車。在中世紀的歐洲,輪子(或者旋轉裝置)出現在很多機械中,比如犁、時鐘和滑輪。所有這些機械都需要在輪輻、輪緣和輪軸的生產中逐步進行改良。這些創(chuàng)新需求觸發(fā)了其他技術的發(fā)展,比如金屬生產、切割系統(tǒng)以及計量學。歷史學家劉易斯·芒福德提到:“從橫向運動向旋轉運動的發(fā)展突出體現了現代社會的技術進步! 輪子促進了工業(yè)軸承這一重要“使能技術”的誕生,工業(yè)軸承對很多機器都至關重要。大多數輪子和旋轉裝置都需要某種形式的軸承。軸承占據輪子的連桿和輪軸之間的空間,并把二者平滑地連接起來,使摩擦最小化。德國18 世紀機械工程師雅各布·利奧波德(Jakob Leupold )認為摩擦是能量的“主要搶奪者”,他的思想對詹姆斯·瓦特影響很大。早期的軸承是簡單的金屬或木質襯圈。1 世紀,羅馬皇帝卡里古拉的輪船里就安裝了這樣的木質襯圈。這個襯圈用來旋轉船上的餐桌,防止在巨浪來襲時影響用餐。1500 年前后,達·芬奇設計了使用金屬滾珠和滾筒的工業(yè)軸承,但是當時的冶金業(yè)還不能制造出符合達·芬奇要求硬度的金屬。19 世紀的煉鋼技術取得了發(fā)展,人們制造出新形式的堅硬金屬,可以作為滾珠軸承或滾筒軸承的主要部件。 19 世紀,人們對自行車運動的狂熱推動了軸承技術的發(fā)展。1867 年,埃內斯特·薩克斯(Ernst Sachs )在科布倫茨出生,他是一個自行車運動愛好者,熱衷于自行車比賽,然而一次意外斷送了他的自行車生涯。從那以后,他移居到法蘭克福東部的施韋因富特。在那里,他找了一份機械師的工作。一年后,他和卡爾·菲希特爾(Karl Fichtel )共同創(chuàng)立了一家公司,利用當時煉鋼業(yè)的新技術制造自行車滾珠軸承。 該公司成為全球領先的軸承制造者,并進入汽車部件等多個領域。該公司于1987 年被德國工業(yè)集團曼內斯曼(Mannesmann )接管,后又于2001 年被德國另一家大公司采埃孚接管。采埃孚公司現在名為采埃孚薩克斯,施韋因富特仍是該公司的重要軸承制造中心。施韋因富特還匯聚了多家軸承制造企業(yè),包括斯凱孚的德國子公司。斯凱孚是一家成立于1879 年的瑞典工業(yè)集團,是世界最大的軸承制造商。 1885 年,戈特利布·戴姆勒制造了世界上第一臺內燃機。內燃機產生往復運動,然后通過曲柄軸將往復運動轉換成旋轉運動。內燃機的出現促成了汽車業(yè),同時拉動了對應用于汽車內部旋轉裝置的軸承的需求。2010 年,軸承業(yè)的總銷售收入達到300 億美元,為其做出貢獻的大公司包括德國斯凱孚、德國INA 軸承公司、日本NTN 軸承公司以及美國鐵姆肯公司。這些公司都認同一個理念,那就是通過利用其他領域(包括電子控制、耐磨性和化學潤滑劑)技術的發(fā)展改善軸承生產技術,從而生產物美價廉、性能優(yōu)越且使用壽命長的軸承。
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