国外轴承工业发展现状

国外轴承工业发展现状（一）国外轴承工业在国民经济中的地位和作用轴承（西方人写作“8©2厂皿8”，日本人称“轴受”）是当代机械设备中一种举足轻重的零部件，它的主要功能是支承旋转轴或其它运动体，引导转动或移动运动并承受由轴或轴上零件传递而来的载荷。按运动元件摩擦性质的不同，轴承可分为滚动轴承和滑动轴承两类。本文主要阐述与滚轴承有关的内容，并约定简称为“轴承”。滚动轴承是采用滚动摩擦原理工作的支承件，具有摩擦力小、易于启动、升速迅速、结构紧凑、“三化”（标准化、系列化、通用化）水平高、适应现代各种机械要求的工作性能和使用寿命以及维护保养简便等特点。它广泛应用于工业（机床、矿山、冶金、石化、轻纺、电机、医疗、工程等机械和各类仪器、仪表上）、农业（拖拉机等农业机械）、交通运输（铁路机车、汽车、摩托车、船舶、飞机等）、国防（舰船、坦克、导弹等）、航空航天（卫星、火箭、宇宙飞船等）、家用电器（电风扇、洗衣机、吸尘器、录像机等）、办公机械（复印机、电脑硬盘驱动器等）和高科技（原子能、核反应堆等）等领域，与国计民生息息相关。全世界大约有80%的轴承应用于工农业机械、汽车、火车、飞机等运输设备中。各类主机的工作精度、性能、寿命、可靠性和各项经济指标，都与轴承有着密切的关系；尤其是学技术的发展，各类主机对轴承提出了很多特殊的要求，这些要求反过来又促进了轴承工业的发展，研制和生产出许多特殊种类的轴承。轴承在国民经济发展和国防建设中正起着越来越突出的作用，因此可以毫不夸张地说：轴承技术代表着世界整个工业的发展水平。（二）总体情况轴承有多种结构类型，可以采用各种方法分类。但通常按轴承中滚动体种类的不同，将其分为球轴承和滚子轴承，并按轴承所能承受载荷的主要作用方向分为向心轴承和推力轴承。此外，还有适用于移动运动（直线运动或曲线运动）的轴承和支承，各类轴承所占比重在不同的国家中有所不同。如日本1994年共生产各类轴承26.6万套，5,440亿日元，其中球轴承17.5亿套，占65.8%；滚子轴承8.9亿套，占33.5%；其它轴承仅0.2亿套，占0.7%。总体情况显示，球轴承是世界轴承工业的主导产品之一。1、主要技术与经济指标尽管轴承只作为各种主机支承元件，但由于品种繁多、加工精密、尺寸范围大，所以轴承工业是机械工业中一种特殊的独立产业，并已形成了完整的工业体系。到目前为止，全世界已生产轴承品种5万种以上，规格多达15万种以上最小的轴承内径已小到0.15至1.0毫米，重量为0.003克，最大的轴承外径达40米重340吨。1997年世界轴承总产量超过100亿套，总销售额约300亿美元，其中北美、日本、西欧占世界轴承产量的78%，美国、日本、德国已形成世界三大轴承市场。一些世界著名的轴承公司，如瑞典的SKF公司、德国的FAG公司、日本的NSK公司、美国的TORRINGTON公司等，在世界500家大公司中均榜上有名。2、产品及相关技术水平轴承的整体技术水平，在近30年来取得了令人瞩目的进步。高精度、高转速、高可靠性、长寿命、免维护保养以及标准化、单元化、通用化已成为轴承的基本技术标志。特别在轴承基础技术进步、通用产品的结构改进、专用轴承单元化和陶瓷轴承的开发等方面成效最为显著。（1）基础理论轴承基础理论主要指寿命理论、额定静载荷和极限转速等有关的理论。百余年来轴承寿命理论的研究经历了四个阶段：第一阶段是1945年以前的Stribeek的载荷分布理论，第二阶段是1945至1960年间Lundberk和Palmkren轴承疲劳失效理论，第三阶段是1960至1980年间的寿命修正理论，第四阶段是1980至1998年间以Loannides和Harris为代表的新寿命理论。1962年，国际标准化组织ISO将经典的L-P公式作为轴承额定动载荷与寿命计算方法标准列入ISO/R281中。近年来，由于材料技术、加工技术、润滑技术的进步和使用条件的精确化，使轴承寿命有较大提高，ISO适时地给出了含有可靠性、材料、运转条件和性能等修正系数的寿命计算公式。八十年代以来Harris等学者在大量试验的基础上提出接触疲劳极限的新理论，将寿命理论又向前推进了一步，使轴承寿命计算方法不断完善。允许轴承发生相当于万分之一滚动体直径的永久变形，一直是ISO额定静载荷标准的基础。最新的额定静载荷理论的贡献是给出了对应于这个永久变形的各类轴承的最大滚动体接触应力。轴承极限转速研究也取得了新进展。当前世界上较有影响的轴承公司如瑞典的SKF、德国小人、了轴承的噪声寿命。目前国外常见的轴承异音在线检测主要有两种方法，一是测量轴承振动的峰值，用峰值因子来判别轴承是否有异音。另一种方法是在测振仪上接示波器，通过示波器上的波形幅值及波的形状来控制。这两种方法都取得了较好的效果。密封轴承的密封特性是衡量轴承性能的一个重要指标。全世界密封轴承的产量约占轴承总产量的70%，各类通用轴承都有密封轴承系列。九十年代日本KOYO公司的轻接触密封、SKF公司推出的双唇非接触式橡胶密封、FA克公司的高速主轴轴承密封、INA公司满滚子轴承聚脂密封、TIMKEN公司的通用圆锥滚子轴承密封、FA克公司的轧机轴承密封等，都代表了当代密封轴承技术的最新成果。轴承寿命和可靠性：国外深沟球轴承的台架试验寿命一般为计算寿命的8倍甚至十几倍以上，可靠度高达98%以上，甚至达99.9%；圆锥滚子轴承一般为计算寿命的4至6倍，甚至8倍以上，可靠度达98%以上。一些为重点主机配套的轴承寿命亦较长。如铁路货车轴承寿命达150至200万公里，可实现十年无更换；铁路客车轴承如日本、意大利的高速列车速度可达350千米/小时，行驶寿命为150至300万公里，可靠度80万里达90%。载重汽车轮毂轴承行驶寿命达25万公里。轧机轧辊轴承扎制寿命可达60至80万吨钢等等。轴承新结构、新产品：首先是轴承单元化技术方兴未艾。轴承行业为了方便用户的装拆、免除维持和减轻结构件重量，已越来越注重开发轴承单元，比较典型的轴承单元有汽车轮毂单元、自调心汽车离合器轴承单元、汽车水泵轴连轴承单元、带座外球面轴承单元、轧机轴承单元、铁路轴承单元、计算机磁盘驱动器主轴轴承单元、气流纺杯轴承单元、钻铣床高速主轴轴承单元等。（2）、SKF近年来开发了一种很有发展前途的CARB专利轴承产品。它是一种单列、长腰鼓形调心滚子轴承，既具有圆柱滚子轴承的承载能力，又具有双列调心滚子轴承的调心性能，还具有这两类轴承所不具备的轴向位移调节能力，是圆柱滚子轴承、双列调心滚子轴承、调心球轴承、滚针轴承等的理想换代产品。SKF1998年CARB轴承销售额达到2.5亿克朗，约为年销售额的1%。（3）、陶瓷轴承是近三十年来兴起、不为发展并逐步走向工程应用的一种高性能轴承产品。现有全陶瓷轴承（套圈、滚动体均为陶瓷）和混合陶瓷轴承（仅滚动体为陶瓷）两种。陶瓷轴承具有高速（dn值达300万）、长寿命（约为钢制轴承的3至5倍）、耐摩擦、高刚度、重量轻（只有钢制轴承的60%）、防磁、绝缘和承受缺油润滑等等优点，在航空、兵器、机床、汽车等领域使用陶瓷轴承或陶瓷球都取得了满意的效果。（4）、直线运动支承组件已广泛应用于数控机床、加工中心、工业机器人、自动生产线上，并实现专业化生产。这种组件系指直线导轨和滚珠丝杠，与滑动系统相比，具有结构刚性高、定位精度高、摩擦阻尼小、精度保持性好等优点，也是一种有广泛应用前途的产品。第五、非滚动化轴承产品的应用引起很大关注，如磁悬浮轴承是可能替代滚动轴承的一种机电一体化产品，它的最突出优点是磨耗小，如在汽车中使用磨耗量仅为滚动轴承的千分之一，且转速可达3乘105r/min。这种产品已用于陀螺转子、节能电机、计算机磁盘传动机构和电主轴支承中。（5）材料应用技术在众多影响轴承寿命和可靠性的因素中，材料是一个重要项目。1905年德国使用SAE52100高碳铬钢制造滚动轴承后，到1920年已被广泛用于滚动轴承制造，这是世界滚动轴承工业所用的第一代专用轴承钢。五十年代末真空脱气钢问世，八十年代推广了真空脱气钢和钢包精炼，使轴承钢的纯度大为提高。如最近的日本“Z级”轴承钢含氧是仅为7PPM左右，最近的“EP级”轴承钢的夹杂物更为细小和均匀。美国的ASTMA295-94和SKF的D33-95标准均规定真空脱气含氧量小于或等于15PPM。值得注意的是，国外一些大的轴承集团公司本身就生产轴承钢，如SKF公司1997年精炼轴承钢达44万吨、销售额为33.9亿克朗，占年销售额的8.6%。该公司在瑞典的Ovako钢铁公司是欧洲轴承钢的主要供应者，占其市场份额的40%，是目前世界上淬透轴承钢的最大生产者。美国的TIMKEN公司的轴承钢的年销售额占总销售额的比例高达32%。此外，日本和德国在耐热钢的研究上也取得重大进展。非金属材料用于滚动轴承制造中，主要是陶瓷和塑料。FA克、SKF、KOYO等公司都推出了陶瓷轴承新品种，世界陶瓷轴承年度贸易额超过4亿美元。塑料被广泛用于轴承的保持架，如德国SKF子公司有70%的圆柱滚子轴承和85%的新一代圆锥轴承采用了塑料保持架；FA克公司塑料保持架轴承占其轴承总产量的30%。（6）加工、测试、专业化和自动化水平轴承是批量生产的精密产品，只有用先进的制造技术和相应的设备，才能保证产品的精度、性能、寿命、可靠性和成本等技术经济指标的实现。在工业发达的国家里，对批量较大的标准轴承，通常都采用高效、高精度的自动化设备加工制造，对批量更大的则组织自动生产线、自动化车间甚至自动化工厂进行生产。如毛坯生产中采用高速镦锻机、多工位压力机和冷辗技术；车加工中采用多轴自动车床；热处理已开始采用激光淬火技术；磨超加工一直以高速、高效为发展方向，国外套圈内表面磨削速度已达60至80米/秒，外表面80至120米/秒，同时大力开发了磨削-超精研自动生产线，应用CBN砂轮磨削、自适应磨削，在线测量技术和故障自动诊断等新技术，并配以轴承自动装配生产线，确保生产效率，稳定产品质量；纳米级（10-3微米）轴承加工与测量技术已取得进展；伴随计算机技术的发展与广泛应用，在铁路轴承、航空轴承、汽车轴承等试验中，采用了仿真试验技术，开发了不同类型的轴承模拟试验机。美国、日本、法国等轴承工业发达的国家，生产集中度和专业化水平都较高。如德国三大公司轴承产量占全国总产量的96%，美国四大公司占56%，而日本五大公司占有率高达99.2%。国外较大的轴承公司的厂、点都按品种类型、尺寸段、零件以至加工工序组织专业化生产，不存在产品重复现象，更没有中小企业与大公司大量重复生产同一产品的情况。如日本轴承专业化企业生产的零部件已占全部产量80%，而工序专业化公司和轴承毛坯锻造公司、车加工专业公司、热处理专业公司也大量涌现，形成了按专业分工，规模生产，各自发挥优势的协作网络。国外轴承产品及相关技术取得飞速发展的一个重要原因是不断增加对科学技术和产品开发的投入，加强自身的竞争地位。如美国机械工业科研费用普遍占其产值的3%至5%；SKF公司用于科研开发、技改投入和设备购置等费用1995年达29亿克朗，约占总销售额的9%；日本各轴承企业每年的技术开发和技术改造的投入都不低于销售收入的10%，充分体现了日本“科技立国”的战略思想。二、国外轴承工业的发展历程与特点世界轴承工业兴起于十九世纪末期到二十世纪初期。1880年英国开始生产轴承，1883年德国建立了世界上首家轴承公司（FAG乔治沙佛公司），1889年美国开办了ND轴承厂（现为通用汽车轴承公司新第泊桥海特轴承部），欧美其它大型轴承企业基本上都在二十世纪初叶奠定了现今的基础。日本轴承工业形成于欧美之后，1910年瑞典SKF公司向日本提供样品，使"轴承"第一次单独在日本露面。其后，日本NSK、NTN等轴承公司先后于1914年和1918年建立。第三世界国家的轴承工业起步更晚，与其整个科学技术和机械工业一样，处于相对落后的局面。总体上讲，世界轴承工业的形成与发展大致经历了三个阶段：第一阶段，即世界轴承工业的初创阶段，时间是十九世纪末期至二十世纪初期。当时，轴承发明、应用虽然已有一段时间，而轴承的工业化生产则从无到有，刚刚起步，相当幼稚。主要特点是：1、生产规模极小，一个大厂也只有十几人到几百人，日产量不过几套到几百套，属于手工作坊式生产；2、设备简陋，技术落后，多是凭经验生产；3、材料以碳钢为主，精度不高，价格却昂贵；4、品种极少，用途十分有限。当时轴承生产技术只掌握在英国、德国、瑞典、美国等少数企业手中。第二阶段，即世界轴承工业的成长阶段，时间大约是在第一次世界大战结束至第二次世界大战以后。两次世界大战刺激了军事工业的发展，轴承在军事工业中的地位日益提高，加之科学技术飞速发展，一战后的短暂稳定和二战中的军火急需，促使世界轴承工业迅速发展。主要特点是：1、生产规模急剧扩大，产量迅速提高，主要轴承生产国家年产量超过3500万套；2、生产设备完善，技术手段先进，普遍采用了机群式批量生产；3、轴承材料发展到以铬钢等合金钢为主，产品质量大为提高；4、轴承品种增加，广泛用于汽车、飞机、坦克、装甲车、机床、仪器、仪表、缝纫机等众多领域。在这时期，人们对轴承的认识和重视升华到了空前的高度。第三阶段，即世界轴承工业的发展阶段，时间是二十世纪五十年代至今。经过二次世界大战以后，人们迎来了和平时代，国际经济复苏繁荣，使人类开创了和平发展的新纪元。伴随航空航天、核能工业、电子计算机、光电磁仪器、精密机械等高新技术的飞速发展，体现当代科学技术水平的世界轴承工业进入一个全面革新制造技术，迅速发展品种，轴承精度、性能、寿命日益成熟完善的历史新时期。这个时期的特点是：1、轴承企业规模超级化、集团化，形成了超千逾万人的大型企业集团和跨国公司，如日本的NSK、NTN、NMB,瑞典的SKF,美国的TIMKEN、德国的FAG等;2、轴承产量猛增。五十年代初期，世界轴承总产量不过9亿套，六十年代初已达18亿套，七十年代初为40亿套，八十年代初上升到70亿套，九十年代后期已超过100亿套；3、轴承品种繁多，用途日益广泛。既有传统的单列、双列、多列球轴承，圆柱滚子轴承、滚针轴承、圆锥滚子轴承等，又有万向节轴承、超薄壁轴承、空气轴承，各种在高速、高温、低温、防磁、耐腐蚀等特殊工况下使用的专用轴承4、设备先进，自动化程度高，测试手段完善，工序间电脑管理，少人无人操作，技术水平高，生产效率高。如日本NTN公司的盘田制作所球轴承厂有自动线35条，每条生产线仅5人管理，日产40万套，年产1.68亿套；5、轴承材料高级化、复合化、多样化，因而轴承质量有较大提高。轴承材料不仅包括高碳铬钢、渗碳钢、不锈钢、耐热钢、工具钢等金属材料，而且还有陶瓷、塑料、石墨和碳纤维等非金属材；6、轴承国际贸易空前发展。可以说世界轴承工业促使所有使用轴承的工业、行业，领域发展繁荣起来，对于整个世界经济和人类社会进步做出了巨大贡献。紧跟时代步伐，世界轴承工业经过一百余年的艰苦奋斗，从无到有，从小到大，取得了辉煌的成就。但在其成长、发展、壮大的过程中，也经历了诸多困难的挫折，经受了国际风云变幻的严峻考验。最为突出的是经历了九十年代初世界经济衰退期和1998年东南亚金融危机的猛烈冲击，世界轴承工业一度陷入了徘徊发展的困境之中，生产缩减、产品积压、销售下降、效益滑坡，有的轴承公司甚至出现经营亏损。如美国轴承制造业1992年亏损2.3亿美元，近年来美国对亚洲地区的出口以年均30%的速度下降，对泰国、韩国和FA克公司1993年财务收入亏损9400万德国马克；瑞典SKF公司1993年财务收入亏损3.29亿瑞典克朗，1998年亏损更大，达9.99亿瑞典克朗；日本轴承行业自1990年创下6300多亿日元的的产值记录之后，1991年便开始滑坡，1992年以后跌破6000亿日元大关，节节败退。1998年公布的日本企业年报表明，NSK、KOYO、NTN、NACHI无一例外地继续滑坡。世界经济的萧条和亚洲金融危机的负面影响不可小视，这期间世界轴承工业的发展前途忽明忽暗，一会儿被抛至低谷，一会儿又似乎峰回路转，一波三折，使轴承行业的人们饱尝了酸甜苦辣。面对风云变幻的形势，各轴承公司不得不调整发展计划和经营策略，试图摆脱困境，其中最引人注目的变化有：1、以SKF和FA克为代表的欧洲轴承公司，从生存需要出发，采取裁减雇员、卖掉部分非核心轴承厂、关闭部分非核心部分等“断臂”措施。如1993年FA克卖掉部分工厂和业务部门，减少6,850多人，实行合理化又裁员7,830人，结果在1994年销售额下降的基础上反而扭亏为盈，财务收入盈利2,700万德国马克。在这次“断臂”行动中，SKF先后卖掉在美国等地的一部分非核心轴承厂，转出了大量