无磨损装备制造技术
摘? 要：装备制造的技术瓶颈包括2点。1）有运动必然有磨损。2）轴心线重合是不可能的。为了解决技术瓶颈，笔者对现有的理论进行了真实性与科学性的调查、分析与论证，证明了机械磨损来自于轴心线的重合是不可能的理论，而消除机械磨损的关键技术是轴心线重合的技术应用。为此，笔者提出了无磨损旋转运动副的机械原理与轴心线重合技术相结合的无磨损装备制造新技术。本技术将成为所有应用滚动轴承的机械装备都能够获得最长的使用寿命，最低的动能消耗，而造福人类。
关键词：运动;磨损;同心圆;中心高相等
中图分类号：U463? ? ? ? ? 文献标志码：A
在机械领域中，有2条理论。1）有运动就有摩擦，有摩擦就必然有磨损。2）任何机械加工的形式都不可避免地会产生一定的误差，所以轴心线的重合是不可能的。笔者认为，就是这2条传统理论是当前机械领域理论与技术的瓶颈，称为瓶颈理论和瓶颈技术。这是因为不能在装配图纸上注明2条相交的轴心线交点的位置及相交的夹角的几何角度，所以在装配图上只有一条重合的轴心线。该文的目的是为挖掘论证轴心线重合这一技术，提供科学依据，为其在现代装备制造中的应用做出诠释，设计无磨损旋转运动副新技术，为制造无磨损机械装备提供新技术通道。没有比较就没有鉴别，没有鉴别就不能识别真伪。笔者在对现有的机械瓶颈进行了真实性与科学性的调查与分析后，提出了以下不同的见解。
1“有运动就有摩擦，有摩擦就必然有磨损”，所以磨损就成为机械运动的必然
1.1 运动接触产生磨损
笔者提出了“有运动，不接触，无摩擦即无磨损”的无磨损旋转运动副的机械原理的定义。
无磨损旋转运动副机械原理的定义为：在旋转运动副中，当轴与套的轴心线重合时，轴与套不产生摩擦，即无磨损。
无磨损旋转运动副的存在证明：在特定条件下“磨损不是机械运动的必然，运动接触才是摩擦的起因。”简而言之，运动接触产生磨损。
这一论据证明了“有运动就有摩擦，有摩擦就必然有磨损”这一理论的不准确性。取而代之的理论应该是：“磨损不是机械运动的必然，接触才是摩擦的起因，运动接触产生磨损”。
2 轴心线的重合不可能的
如果上述理论是真实的，科学的，为什么在所有机械图上没有2条相交的轴心线？而只有一条重合的轴心线？
2.1 轴心线是圆柱形，圆锥形零件的专有名词
圆柱形、圆锥形零件只能用车镗完成，铣刨的加工形式只与中心线有关。轴心线的定义是：通过圆柱形或圆锥形零件的两端面圆心连接的一条直线。是看不见，摸不着的，只能画在图纸上。画在零件图上的是轴或者套的轴心线，画在装配图上的轴心线便是重合的轴心线。圆柱形和圆锥形零件只能用车加工才能生产出来。只有车镗2种方式，与轴心线重合有关而不是任何机械加工形式。
中心线的定义是能把一物体切分成2个对称的半体的直线，是看得见，摸得着的。不仅能画在图纸上，而且能画在实物的表面上。轴心线只有一条，重合的轴心线只有一条，而中心线则可以是多条。其共同点是都用相同的点划线表示。只有两线不分的人才会认为所有的加工形式都与轴心线有关。
2.2 机械加工可以生产出公差相同的零件
此系机械制造常识，无需另加说明。生产实践证明，任何形式的机械加工，无论是车铣刨还是钻磨镗都能生产出2个以上的具有相同公差的零件。这样的应用实例在机械加工车间里比比皆是，无须赘述。
2.3 常用机械名词应为公差
此系机械制造常识，无需另加说明。“误差”非机械加工用词，笔者现订正为公差。机械加工只能有公差，不可有误差。
2.4 无磨损旋转运动副的机械结构
笔者为论证轴心线重合的真实性、科学性，设计应用滚动轴承，在应用上可视为无磨损旋转运动副机械结构，如图1所示，其特征如下：这是由一个具有两端支撑的非悬臂旋转轴。【1】和2个轴心线重合的端支撑座[K1]、[K2]在支撑座内，装有向心滚动轴承（3）的组合，这样的设计在装备制造中，可获得如下3点效果。1）可消除因轴端的径向的跳动而产生的撞击与摩擦。2）可消除因轴心线达不到重合而产生的摩擦。3）选用向心滚动轴承可将摩擦系数降低到K≈0.001∽0.005。
2.4.1 轴心线重合的技术关键是2个支撑座孔的中心高相等
通过封面图1，我们看到轴1的轴心线与2个端支撑座[K1、K2]的轴心线是同一条重合的点画线，且与底座平面F平行，根据平行线法则：2条平行线间距离相等，所以Y1=Y2。由此我们可以推论：若2个支撑座孔的中心高相等，2个支撑座的轴心线就会重合。这就是轴心线重合的科学存在。
2.4.2 軸心线重合的3个特征
据此该文提出轴心线重合的3个特征。1）只出现在机械装配图上。2）在轴的轴心线与两端支承座孔的中心连线。3）其技术条件是两端支承座孔的中心高相等。通过图1说明，应用古老的平行线法则，证明轴心线重合与否，只在支承座孔的中心高相等。
2.4.3 同心圆理论证明了轴心线重合与公差无关
为了证明轴心线重合与机械加工的公差无关，笔者提出了同心圆理论。这是因为在重合的轴心线上（亦是中心等高线）所有任意点为中心所做的圆在同一投影面上都是同心圆，直径可以不同，公差可以不同，但都是同心圆，而同心圆是不产生摩擦的。由此可以证明，产生磨损的根源在于机械瓶颈理论：轴心线的重合是不可能的。消除磨损的技术在于应用轴心线重合。轴心线的重合与公差无关，为了解决轴心线重合这一技术瓶颈，为消除机械制造中的磨损，提供了理论及技术支撑。同时也证明了轴心线重合与公差无关。在机械装备图中，轴心线重合的画法源于轴心线重合技术。镗床的应用为保证轴心线重合技术提供了可靠的设备。
2.4.4 轴心线重合整体加工工艺和分体加工工艺
为保证轴心线重合在生产实践中的可行性，笔者设计了端支撑座轴心线重合整体加工工艺和分体加工工艺。这就是笔者对轴心线重合技术的解释。利用该工艺可在通用机床（无需精密机床）上完成保证支承座的轴心线重合的产品的加工制造。
端支承座轴心线重合整体加工工艺是这样实现的：
根据不同的技术要求，设计合理的工装工艺设施，将端支座按技术要求固定在工装设施上。
依次镗2个轴承孔，上述轴心线重合加工法是一种最直观的整体加工方法。这样加工后的2个端支承座的轴承孔的直径尺寸上有不等的偏差，但中心高相等，其轴心线是重合的。
笔者总结生产实践经验，将用无磨损旋转运动副技术，为老设备的技术改造、升级换代、新产品的设计与制造，从食品机械到能源设备，从民用到军工等，为所有应用向心滚动轴承的机械装备都能获得最长的使用寿命，最低的动能消耗，提供了技術保障。
3 科技实例
3.1 无磨损挤压式膨化机
这是我们首次应用无磨损装备制造技术对老产品挤压式膨化机的技术改造项目，改造后的膨化机主要易损件螺杆与套筒不再产生金属摩擦，为推广应用膨化技术提供了可应用于酿造、发酵、生物制药等工业的工业化生产的设备。
挤压式膨化机的工作原理，如图2所示。
如图2所示，这是常规挤压式膨化机简图。物料（粮食）进入机筒时是粉状，在螺杆的推动下被挤压前进，进入高温区（外加热圈）被继续推进直到喷出。在常温常压下物料中的水份突然汽化，使物料形成多孔状物料。这就是挤压式膨化机的工作原理。
图2简图这是一个一端支承的悬臂螺杆，与机筒组成了一个常规旋转运动副的组合，常规旋转运动副的组合是有缺陷的：无支承的一端在旋转下会产生径向跳动，悬臂愈是跳动量愈大，转速愈高跳动量愈大，悬臂旋转运动副所产生的离心力愈大。所以很多食品机械不能空转。因此本发明人不提倡使用如图2的设计还有一个明显的缺陷：由于螺杆的不等深，靠近尖端部分的重量远大于根部，这种大头沉的设计更加大了螺杆的径向跳动，这种跳动不断撞击机筒，当物料填入之后，便消除了撞击与摩擦的声音，这就是常规的挤压式膨化机造成螺杆与机筒的磨损太快，因其摩擦力加大了能耗，因其摩擦使膨化物中铁含量超标。所以挤压式膨化机至今没有应用于工艺化生产的挤压式膨化机。我们要创新的无磨损挤压机就是要应用于工业化生产的膨化机，为推广应用膨化技术造福人类。
3.1.1 机械结构创新
本发明人应用无磨损旋转运动副新技术设计了螺杆直径分别为75 mm和150 mm 2种无磨损挤压式膨化机，其机械结构创新如图3所示。改一端支承为两端支承，两端支承座的轴心线重合，消除了因螺杆跳动引起的与机筒的摩擦和撞击。
3.1.2 改中心挤出为圆周挤出
被动轴的动力来源于螺杆前端与被动轴的项尖连接。在150 mm螺杆内部设计了旋转轴内封闭区环式电热自动控温装置，使物料在高温区同时受到来自机筒与螺杆的双向加热，有效地提高单机产量。该项目已完成全部图纸设计与风险实验，可进行技术转让等合作方式。
3.2 无磨损转子机械制造工艺
该发明提出了一种机械加工工艺，使转子与定子的轴心线重合，消除电压波动，所以称为无磨损转子不涉及电机制造技术。
以电动机为例，从有电机以来，转子的两端都是通过两端盖被吊挂在机壳两端的凸台上，由于两凸台在机械加工产生的不等公差，这样的装配结果，必然是一端高一端低的装配效果，转子与定子的轴心线就不能重合，在工作中产生电压波动。如果我们把转子比作转动的轴，定子比作是固定的套，转子与定子就组成一旋转运动副，应用无磨损旋转运动副技术，重新寻找其加工与安装基准，就能达到转子与定子的轴心线重合。
3.3 无磨损旋转运动副新技术在曲轴发动机制造中的应用
在曲轴发动机制造中有一技术瓶颈叫作侧切，就是活塞与汽缸孔的磨损，不是均匀的圆周表面磨损，而是倒向某一侧，这说明活塞轴心线的运动轨迹与缸体孔的轴心线是不重合的，即活塞轴心线的运动轨迹偏离了汽缸孔的轴心线。所造成的连锁反应，使所有活塞与汽缸内磨损同一倒向。究其原因是装配后的曲轴轴心线不能与缸体孔的轴心线垂直，产生了交角，应用无磨损旋转运动副新技术可以解决曲轴两端轴承座轴心线重合，就可以消除侧切的发生。
在这3个实用项目中，第一项中所有结构设计的创新，都来自生产实践经验的总结。第二、第三项则是触类旁通，举一反三的技术延伸。
4 结论
磨损来自于机械瓶颈理论：轴心线的重合是不可能的，消除磨损的关键是轴心线重合技术的应用。
用平行线法则挖掘轴心线重合的技术关键是轴两端支承座的中心高相等，中心高相等轴心线自然重合，与机械加工的公差无关。
用生产实践经验设计轴心线重合加工工艺，为轴心线重合技术在现代机械装备中的应用做出诠释。设计无磨损旋转运动副的机械结构。将为老产品的技术改造新产品的设计与制造，为所有应用向心滚动轴承的机械装备特别是大、中、重型装备都能获得最长的使用寿命，最低的动能消耗提供了技术保障，为制造无磨损装备提供新技术。这些创新组成了无磨损装备制造技术。制造无磨损装备造福人类。
参考文献
[1]唐武生，唐尔海.无金属磨损挤压式膨化机的设计与制造[J].食品与机械，2014（1）：98-99.
作者地址：吉林省长春市南关区大马路2239号227栋4门311号。
