探秘轴承发展史：古代滑动及滚动轴承解析

    轴承是机械中支承轴的部件，轴可以在轴承上旋转。轴承的种类繁多，但大致可分为两大类，一类为“滑动轴承”，另一类为“滚动轴承”。在滑动摩擦下工作的轴承称为滑动轴承，其轴被轴承支承的部分称为轴颈，与轴颈相配的零件称为轴瓦。轴承在液体润滑条件下，滑动表面被润滑油分开而不直接接触，可以减小摩擦损失和表面磨损。在支承零件和彼此相对运动的零件间作滚动运动的轴承，称为滚动轴承，滚动摩擦要比滑动摩擦小得多。
    据文献记载，大约在夏代，中国发明了车。为了减小摩擦和磨损，大约在商周时代开始用动物脂肪对车上的滑动轴承进行润滑。战国时期在车上应用了金属轴瓦，并出现了木材与金属组合而成的滑动轴承。在汉代古墓的壁画上可以看到利用轴承原理制造的纺车，那纺车的轴承很简单，圆圆的木轴就在支架的圆孔中转动，由于轴与轴承间是滑动摩擦，人摇起来比较费力，还会发出吱吱呀呀的声响。
    1974年在河南渑池汉魏窖藏出土了一批铁质轴承，共480件。其中六角承445件。六角承的径长不同，每差0.5厘米为一种规格，共出土了17种规格。轴孔上皆有不同程度的磨损痕迹。圆形承32件，轴孔已磨损，外圆直径6~12厘米，可分为大、中、小3型。大型外面铸有3个等距离的子榫，中、小型外面铸有两个等对称的子榫。凹字型承3件，高11.5厘米，宽12厘米，外面铸有子榫，轴孔呈半圆形，内壁有磨损痕迹。轴承是常用的机械零件，磨损后需要更换，因此要求产品的规格化和系列化。渑池出土大批铁质轴承，显示了当时轴承产品已初步规格化和系列化。
    滚动轴承出现得比较晚，它是我国元代科学家郭守敬发明的。至元十三年（1276年），元朝政府决定改革历法，调王恂、郭守敬主持其事。郭守敬认为，要创制一部好的历法，首先要进行天文观测，而观测又离不开仪器，于是他首先主持了制造仪器的工作。经过他的刻苦钻研，先后设计、制造了近20种天文仪器，其中的简仪是对传统的浑仪进行了革命性改革而成的。简仪的设计和制造水平在世界上领先300多年，直至1598年欧洲天文学家第谷发明的仪器才能与之相比。简仪的结构进行了多项改革，整个仪器显得简单，观测时方便。为了减少固定的百刻环与游旋的赤道环之间的摩擦阻力，郭守敬在两环之间安装了4个小圆柱体。这种结构与近代滚柱轴承的原理相同。郭守敬的简仪本放在元大都燕京，明太祖朱元璋平定燕京后，把元代天文仪器搬到江南鸡鸣山观象台。清康熙年间才迁回北京。康熙五十四年（1715年），西洋人纪利安奏请制造地平经纬仪，将元、明两代旧仪充作废铜使用，郭守敬的简仪可能是此时被毁。现陈列于南京紫金山天文台的简仪，系明正统年间按元代原仪仿制。单就滚柱轴承而言，我国的发明早于西方约200年。