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经济参考网读书频道
旋转的力量
现代社会依赖旋转运动的机械设备数量相当庞大。汽车内部有上百种复杂的、隐藏的旋转设备,包括齿轮、发动机和驱动系统。如果没有这些设备,汽车将无法行驶。机床、冰箱压缩机、圆锯也是如此。现代的风车(现在称为风力机械)以及大多数发电机等提供能量的设备都依赖旋转运动。轮子之所以得到普遍应用,一方面是因为它们的实用性强,另一方面是因为它们能有效利用能量。轮子旋转时,它能沿着其表面所有接触点持续传输能量。如果可以用轴、带子或齿轮齿把旋转的轮子连接起来,这些轮子产生的力量可以传递的距离远大于单个轮子的直径。横向运动(比如滑动梁)或纵向运动(比如泵的活塞)的特点是先向一个方向运动,再向相反方向运动。旋转运动则是通过不断的先加速后减速循环过程消耗能量。与旋转运动相比,横向运动浪费更多的能量。 公元前3500 年左右,美索不达米亚出现了世界上最早的轮子。这些轮子起初用于制陶,相当于“陶轮”。几百年后,轮子被应用于运输以及原始的战车。公元前1000 年,欧洲第一次出现了对轮子的书面记载。公元前500 年,英国第一次出现对轮子的书面记载,当时轮子应用于牛车或马车。在中世纪的欧洲,轮子(或者旋转装置)出现在很多机械中,比如犁、时钟和滑轮。所有这些机械都需要在轮辐、轮缘和轮轴的生产中逐步进行改良。这些创新需求触发了其他技术的发展,比如金属生产、切割系统以及计量学。历史学家刘易斯·芒福德提到:“从横向运动向旋转运动的发展突出体现了现代社会的技术进步。” 轮子促进了工业轴承这一重要“使能技术”的诞生,工业轴承对很多机器都至关重要。大多数轮子和旋转装置都需要某种形式的轴承。轴承占据轮子的连杆和轮轴之间的空间,并把二者平滑地连接起来,使摩擦最小化。德国18 世纪机械工程师雅各布·利奥波德(Jakob Leupold )认为摩擦是能量的“主要抢夺者”,他的思想对詹姆斯·瓦特影响很大。早期的轴承是简单的金属或木质衬圈。1 世纪,罗马皇帝卡里古拉的轮船里就安装了这样的木质衬圈。这个衬圈用来旋转船上的餐桌,防止在巨浪来袭时影响用餐。1500 年前后,达·芬奇设计了使用金属滚珠和滚筒的工业轴承,但是当时的冶金业还不能制造出符合达·芬奇要求硬度的金属。19 世纪的炼钢技术取得了发展,人们制造出新形式的坚硬金属,可以作为滚珠轴承或滚筒轴承的主要部件。 19 世纪,人们对自行车运动的狂热推动了轴承技术的发展。1867 年,埃内斯特·萨克斯(Ernst Sachs )在科布伦茨出生,他是一个自行车运动爱好者,热衷于自行车比赛,然而一次意外断送了他的自行车生涯。从那以后,他移居到法兰克福东部的施韦因富特。在那里,他找了一份机械师的工作。一年后,他和卡尔·菲希特尔(Karl Fichtel )共同创立了一家公司,利用当时炼钢业的新技术制造自行车滚珠轴承。 该公司成为全球领先的轴承制造者,并进入汽车部件等多个领域。该公司于1987 年被德国工业集团曼内斯曼(Mannesmann )接管,后又于2001 年被德国另一家大公司采埃孚接管。采埃孚公司现在名为采埃孚萨克斯,施韦因富特仍是该公司的重要轴承制造中心。施韦因富特还汇聚了多家轴承制造企业,包括斯凯孚的德国子公司。斯凯孚是一家成立于1879 年的瑞典工业集团,是世界最大的轴承制造商。 1885 年,戈特利布·戴姆勒制造了世界上第一台内燃机。内燃机产生往复运动,然后通过曲柄轴将往复运动转换成旋转运动。内燃机的出现促成了汽车业,同时拉动了对应用于汽车内部旋转装置的轴承的需求。2010 年,轴承业的总销售收入达到300 亿美元,为其做出贡献的大公司包括德国斯凯孚、德国INA 轴承公司、日本NTN 轴承公司以及美国铁姆肯公司。这些公司都认同一个理念,那就是通过利用其他领域(包括电子控制、耐磨性和化学润滑剂)技术的发展改善轴承生产技术,从而生产物美价廉、性能优越且使用寿命长的轴承。
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