無磨損裝備制造技術

摘? 要：裝備制造的技術瓶頸包括2點。1）有運動必然有磨損。2）軸心線重合是不可能的。為了解決技術瓶頸，筆者對現有的理論進行了真實性與科學性的調查、分析與論證，證明了機械磨損來自于軸心線的重合是不可能的理論，而消除機械磨損的關鍵技術是軸心線重合的技術應用。為此，筆者提出了無磨損旋轉運動副的機械原理與軸心線重合技術相結合的無磨損裝備制造新技術。本技術將成為所有應用滾動軸承的機械裝備都能夠獲得最長的使用壽命，最低的動能消耗，而造福人類。

關鍵詞：運動;磨損;同心圓;中心高相等

中圖分類號：U463? ? ? ? ? 文獻標志碼：A

在機械領域中，有2條理論。1）有運動就有摩擦，有摩擦就必然有磨損。2）任何機械加工的形式都不可避免地會產生一定的誤差，所以軸心線的重合是不可能的。筆者認為，就是這2條傳統理論是當前機械領域理論與技術的瓶頸，稱為瓶頸理論和瓶頸技術。這是因為不能在裝配圖紙上注明2條相交的軸心線交點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，提供科學依據，為其在現代裝備制造中的應用做出詮釋，設計無磨損旋轉運動副新技術，為制造無磨損機械裝備提供新技術通道。沒有比較就沒有鑒別，沒有鑒別就不能識別真偽。筆者在對現有的機械瓶頸進行了真實性與科學性的調查與分析后，提出了以下不同的見解。

1“有運動就有摩擦，有摩擦就必然有磨損”，所以磨損就成為機械運動的必然

1.1 運動接觸產生磨損

筆者提出了“有運動，不接觸，無摩擦即無磨損”的無磨損旋轉運動副的機械原理的定義。

無磨損旋轉運動副機械原理的定義為：在旋轉運動副中，當軸與套的軸心線重合時，軸與套不產生摩擦，即無磨損。

無磨損旋轉運動副的存在證明：在特定條件下“磨損不是機械運動的必然，運動接觸才是摩擦的起因。”簡而言之，運動接觸產生磨損。

這一論據證明了“有運動就有摩擦，有摩擦就必然有磨損”這一理論的不準確性。取而代之的理論應該是：“磨損不是機械運動的必然，接觸才是摩擦的起因，運動接觸產生磨損”。

2 軸心線的重合不可能的

如果上述理論是真實的，科學的，為什么在所有機械圖上沒有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。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出來。只有車鏜2種方式，與軸心線重合有關而不是任何機械加工形式。

中心線的定義是能把一物體切分成2個對稱的半體的直線，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。其共同點是都用相同的點劃線表示。只有兩線不分的人才會認為所有的加工形式都與軸心線有關。

2.2 機械加工可以生產出公差相同的零件

此系機械制造常識，無需另加說明。生產實踐證明，任何形式的機械加工，無論是車銑刨還是鉆磨鏜都能生產出2個以上的具有相同公差的零件。這樣的應用實例在機械加工車間里比比皆是，無須贅述。

2.3 常用機械名詞應為公差

此系機械制造常識，無需另加說明。“誤差”非機械加工用詞，筆者現訂正為公差。機械加工只能有公差，不可有誤差。

2.4 無磨損旋轉運動副的機械結構

筆者為論證軸心線重合的真實性、科學性，設計應用滾動軸承，在應用上可視為無磨損旋轉運動副機械結構，如圖1所示，其特征如下：這是由一個具有兩端支撐的非懸臂旋轉軸。【1】和2個軸心線重合的端支撐座[K1]、[K2]在支撐座內，裝有向心滾動軸承（3）的組合，這樣的設計在裝備制造中，可獲得如下3點效果。1）可消除因軸端的徑向的跳動而產生的撞擊與摩擦。2）可消除因軸心線達不到重合而產生的摩擦。3）選用向心滾動軸承可將摩擦系數降低到K≈0.001∽0.005。

2.4.1 軸心線重合的技術關鍵是2個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個端支撐座[K1、K2]的軸心線是同一條重合的點畫線，且與底座平面F平行，根據平行線法則：2條平行線間距離相等，所以Y1=Y2。由此我們可以推論：若2個支撐座孔的中心高相等，2個支撐座的軸心線就會重合。這就是軸心線重合的科學存在。

2.4.2 軸心線重合的3個特征

據此該文提出軸心線重合的3個特征。1）只出現在機械裝配圖上。2）在軸的軸心線與兩端支承座孔的中心連線。3）其技術條件是兩端支承座孔的中心高相等。通過圖1說明，應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

為了證明軸心線重合與機械加工的公差無關，筆者提出了同心圓理論。這是因為在重合的軸心線上（亦是中心等高線）所有任意點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，而同心圓是不產生摩擦的。由此可以證明，產生磨損的根源在于機械瓶頸理論：軸心線的重合是不可能的。消除磨損的技術在于應用軸心線重合。軸心線的重合與公差無關，為了解決軸心線重合這一技術瓶頸，為消除機械制造中的磨損，提供了理論及技術支撐。同時也證明了軸心線重合與公差無關。在機械裝備圖中，軸心線重合的畫法源于軸心線重合技術。鏜床的應用為保證軸心線重合技術提供了可靠的設備。

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實踐中的可行性，筆者設計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的解釋。利用該工藝可在通用機床（無需精密機床）上完成保證支承座的軸心線重合的產品的加工制造。

端支承座軸心線重合整體加工工藝是這樣實現的：

根據不同的技術要求，設計合理的工裝工藝設施，將端支座按技術要求固定在工裝設施上。

依次鏜2個軸承孔，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。

筆者總結生產實踐經驗，將用無磨損旋轉運動副技術，為老設備的技術改造、升級換代、新產品的設計與制造，從食品機械到能源設備，從民用到軍工等，為所有應用向心滾動軸承的機械裝備都能獲得最長的使用壽命，最低的動能消耗，提供了技術保障。

3 科技實例

3.1 無磨損擠壓式膨化機

這是我們首次應用無磨損裝備制造技術對老產品擠壓式膨化機的技術改造項目，改造后的膨化機主要易損件螺桿與套筒不再產生金屬摩擦，為推廣應用膨化技術提供了可應用于釀造、發酵、生物制藥等工業的工業化生產的設備。

擠壓式膨化機的工作原理，如圖2所示。

如圖2所示，這是常規擠壓式膨化機簡圖。物料（糧食）進入機筒時是粉狀，在螺桿的推動下被擠壓前進，進入高溫區（外加熱圈）被繼續推進直到噴出。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的工作原理。

圖2簡圖這是一個一端支承的懸臂螺桿，與機筒組成了一個常規旋轉運動副的組合，常規旋轉運動副的組合是有缺陷的：無支承的一端在旋轉下會產生徑向跳動，懸臂愈是跳動量愈大，轉速愈高跳動量愈大，懸臂旋轉運動副所產生的離心力愈大。所以很多食品機械不能空轉。因此本發明人不提倡使用如圖2的設計還有一個明顯的缺陷：由于螺桿的不等深，靠近尖端部分的重量遠大于根部，這種大頭沉的設計更加大了螺桿的徑向跳動，這種跳動不斷撞擊機筒，當物料填入之后，便消除了撞擊與摩擦的聲音，這就是常規的擠壓式膨化機造成螺桿與機筒的磨損太快，因其摩擦力加大了能耗，因其摩擦使膨化物中鐵含量超標。所以擠壓式膨化機至今沒有應用于工藝化生產的擠壓式膨化機。我們要創新的無磨損擠壓機就是要應用于工業化生產的膨化機，為推廣應用膨化技術造福人類。

3.1.1 機械結構創新

本發明人應用無磨損旋轉運動副新技術設計了螺桿直徑分別為75 mm和150 mm 2種無磨損擠壓式膨化機，其機械結構創新如圖3所示。改一端支承為兩端支承，兩端支承座的軸心線重合，消除了因螺桿跳動引起的與機筒的摩擦和撞擊。

3.1.2 改中心擠出為圓周擠出

被動軸的動力來源于螺桿前端與被動軸的項尖連接。在150 mm螺桿內部設計了旋轉軸內封閉區環式電熱自動控溫裝置，使物料在高溫區同時受到來自機筒與螺桿的雙向加熱，有效地提高單機產量。該項目已完成全部圖紙設計與風險實驗，可進行技術轉讓等合作方式。

3.2 無磨損轉子機械制造工藝

該發明提出了一種機械加工工藝，使轉子與定子的軸心線重合，消除電壓波動，所以稱為無磨損轉子不涉及電機制造技術。

以電動機為例，從有電機以來，轉子的兩端都是通過兩端蓋被吊掛在機殼兩端的凸臺上，由于兩凸臺在機械加工產生的不等公差，這樣的裝配結果，必然是一端高一端低的裝配效果，轉子與定子的軸心線就不能重合，在工作中產生電壓波動。如果我們把轉子比作轉動的軸，定子比作是固定的套，轉子與定子就組成一旋轉運動副，應用無磨損旋轉運動副技術，重新尋找其加工與安裝基準，就能達到轉子與定子的軸心線重合。

3.3 無磨損旋轉運動副新技術在曲軸發動機制造中的應用

在曲軸發動機制造中有一技術瓶頸叫作側切，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，這說明活塞軸心線的運動軌跡與缸體孔的軸心線是不重合的，即活塞軸心線的運動軌跡偏離了汽缸孔的軸心線。所造成的連鎖反應，使所有活塞與汽缸內磨損同一倒向。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，產生了交角，應用無磨損旋轉運動副新技術可以解決曲軸兩端軸承座軸心線重合，就可以消除側切的發生。

在這3個實用項目中，第一項中所有結構設計的創新，都來自生產實踐經驗的總結。第二、第三項則是觸類旁通，舉一反三的技術延伸。

4 結論

磨損來自于機械瓶頸理論：軸心線的重合是不可能的，消除磨損的關鍵是軸心線重合技術的應用。

用平行線法則挖掘軸心線重合的技術關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，與機械加工的公差無關。

用生產實踐經驗設計軸心線重合加工工藝，為軸心線重合技術在現代機械裝備中的應用做出詮釋。設計無磨損旋轉運動副的機械結構。將為老產品的技術改造新產品的設計與制造，為所有應用向心滾動軸承的機械裝備特別是大、中、重型裝備都能獲得最長的使用壽命，最低的動能消耗提供了技術保障，為制造無磨損裝備提供新技術。這些創新組成了無磨損裝備制造技術。制造無磨損裝備造福人類。

參考文獻

[1]唐武生，唐爾海.無金屬磨損擠壓式膨化機的設計與制造[J].食品與機械，2014（1）：98-99.

作者地址：吉林省長春市南關區大馬路2239號227棟4門311號。