关于生铁铸造和黑心可锻铸铁的热处理问题暂时告一段落,陆长天对热处理表现出了很大的自信,于是马林溪进入了下一个问题,即轴承选型问题。
轴承是个很奇妙的东西,再过29年,今年16岁的郭守敬就要在他所发明的简仪的百刻环与赤道环之间安装4个滚柱以减小摩擦,并在他的著作中写下“环内广面卧施圆轴四,使赤道环旋转无涩滞之患”的文字。这使得郭守敬拥有了滚柱轴承的发明,并得到以自己名字命名小行星的殊荣,欧洲的类似装置要到两百多年后才被全能大师达芬奇设计出来。
虽然我们的马工自认为对天文学也很有兴趣,不过以他现在身处海盗巢穴为生存而挣扎的现状,天文观测这样高贵的工作肯定暂时没我们马工什么事。
但是马工对轴承却势在必得,因为他的风车机床计划包括了太多的轴,诸如风车主轴、齿轮轴、轮锯轴、轮刨轴等一系列轴在运转中所造成的摩擦损失将把风所带来的能量削减七成以上,如果这个问题不能解决,就不可能有高速运转的风车和机床。从技术史上看,工业轴承是1772~1794年由两个英国人发明的,到1839年,美国人发明了锡基轴承合金,这一切的起因都来源于蒸汽机的广泛应用,因为蒸汽机的发明使得高速转动成为可能,而高速转动又要求必须有措施减小摩擦,否则,不用做功,工具就在高速旋转中把自己烧掉了。
可马林溪现在手头的材料很有限,只有生铁、熟铁和“珍贵”的百炼钢,不过咱们马工心大,他要创建的是机器工业而不是手工业,那句话怎么说来着,对了,“心有多大,舞台就有多大”,所以即使轴承是个精致的玩意,但却必须列入议事日程,就算因陋就简,用铸铁造,也要造。
对于要长期承受压力和振动的轴承来说,白口铁虽然硬而且耐磨,但是很脆,并不是很适用,只能试试陆长天的黑口铁和前世的黑心可锻铸铁是不是一种材料了。
关于轴承选型的问题,主要有三种类型,一种滚珠轴承,一种滚柱轴承,还有一种滚针轴承,以马林溪的看法,滚针轴承摩擦系数大,首先要排除掉,剩下的两种,滚柱轴承对轴心弯曲很敏感,如果轴心不能对中,很快就会磨坏。马林溪对于韭山岛工匠的安装精度是不敢奢望的,所以只好造滚珠轴承。
滚珠轴承从构造上看,最简单的是单列向心球轴承,包括四个组成部分:内圈、外圈、滚球和保持架,这里面最麻烦的是滚球。因为内圈、外圈上各有一道凹槽,刚好能够让滚球滑动,但是这道凹槽要足够凹,不能让滚球溜到轴承外面,这就带来一个问题,没有进,哪有出,滚球是怎么进去的呢?
马林溪曾经专门问过懂机械的人,这个球是怎么进去的,那个人告诉他,把球在内外圈之间摆好,然后用压力机压进去。
对于轴承钢,那也许是可行的,但是马林溪现在对自己手头不知道有多少杂质的铸铁材料实在没有自信,所以这种硬压的方案只能搁置了。
其他的部件也不容易,内圈的外凹槽还好说,拿锉刀磨也能磨出来,但是外圈的内凹槽可怎么办呢?现在什么机床也没有,车铣刨磨统统干不了,难不成让镇山镇海一点一点把他们抠出来。
还有那个保持架,要用弹性好又耐磨的软钢片做,困难也是比较大的。现在只好看看见多识广的陆铁匠有没有什么好办法了。
马林溪于是拿出了那张轴承示意图给陆铁匠看,并问道:“陆大哥,你看看这个东西,有没办法造出来。”
陆长天已经开始习惯于马林溪的奇思妙想了,这帮渤泥商人上岛以来,发生了太多的新鲜事,马林溪所绘制出的图纸使得陆长天仿佛看到有一扇透进强光的窗户正在拉开,生活也随之变得有滋有味起来,过往在岛上枯燥生活中逐渐生锈的脑筋也开始灵活地转将起来。
接过马林溪的图纸,陆长天仔细看着,两个金属圈,可以先铸出来,然后弄一个内模,一个外模在铁砧上锻打成型,一个类似糖葫芦般的铁片环状架子,这个可以切一点百炼钢,锻成两根钢片,然后再做一个半圆柱的模具,慢慢敲成这个形状,再把两根加工好的钢片架子并连在一起,中间用小铆钉固定住。这个珠子,铸造的话就整一个球形砂型,铸完之后退火,再锻造修边,如果锻造这些小球的话就要做一些半球形的模具。好像活还不少。
于是陆长天答道:“可以做,就是挺费事,要准备很多模具,不知道你这个东西是做什么用的,这么繁难。”
“我们叫这个做轴承,套在风车轴和齿轮轴上,把轴架起来,这样,可以减小齿轮、风车运转时候的阻力。”马林溪比划着说道。
“哦,和我们车轮上面的那个轴套有点象,不过我们那个是平的,没你这个复杂。”
“其实那个轴套也是轴承,我们叫滑动轴承,我给你的这个是滚珠轴承,摩擦系数更小。”
“摩擦系数,呵呵,马兄弟,你又得给我解释一下了。”
“唉!看来不能随便说新词啊,以后我得编一本“凡例”,把这些常用的名词都解释出来,不然咱们可就没共同语言了。”马林溪苦笑着。
“这个摩擦系数,就好比在土路上,拉一辆大车,车上装着一百斤东西,你用了十斤力,那么这个土路和你的车之间的摩擦系数就是0.1。”
“0.1?”
“哦,那是小数,小数就是……”
“那你这轴承的摩擦系数有多大呢?”
“在我所来的地方,这个有人测算过,滚珠轴承大概在0.001~0.002之间,不过咱们材料不行,也没有像样的润滑油,恐怕没有那么好。”
“明白了,我们那个轴套里面也是要时常搞点油,不然就很生涩,不过你这个轴承用两个铁圈套一堆珠子,珠子和铁圈间只有一点点接触,将来转起来不会卡住吧。”
“可能会有这个问题,所以要装一个保持架防止滚珠挤到一块,而且滚珠的加工精度要高,不能有很大的偏差。滚珠和内外圈还要足够的硬,转动起来,滚珠要圆,如果局部压平,就不好滚了,内外圈也不能被滚珠咬出坑来,不然就有可能卡住滚珠。所以咱们还得找一些好材料来造轴承,这次咱们做的这么多东西,最精密的就是这个轴承。”
“好吧,上次马兄弟看到老哥炼的那个百炼钢,这次都给你拿出来造轴承,不过恐怕也造不了几个啊!”
“陆大哥的百炼钢兄弟可舍不得用,陆大哥还是留着造宝刀吧,上回和陆大哥说起过的那个伪钢,就是团钢,陆大哥倒可以炼一些出来,用那个来造轴承就可以了,等到这次的风车和配套的装备都造好之后,兄弟还有一些炼钢的法子,再整一点更好的钢材出来,慢慢改进轴承的制造工艺。”
“那太好了,能用伪钢咱就尽量用伪钢,真钢还是要用到刀刃上,这两天老哥就给你炼伪钢。”
马林溪想起滚珠落圈的问题,于是又问道:“还有一个问题,就是这个滚珠怎么塞到这两个圈里面?”
陆长天想了一会,用右手在图上虚切了一下道:“不行就把这个外圈从凹槽中部分成两片,各自打造,两片外圈对齐了铸六个孔或者钻六个孔,然后把两片外圈、内圈、保持架、滚珠都安装好,最后用上回给你做圆规的铆接方法,把两片外圈铆合在一起。”
马林溪想了一回,点了点头,在眼下材料不过关的条件下,也只能先这样凑合着干了。
绞线注:
1、锡基轴承合金,美国人巴比特1839年发明,这种合金中包括锡、铅、铜和锑四种金属,硬度并不很大,但是耐磨性能不错。此外,青铜也是做轴承的好材料,可惜在宋末,铜拿去铸钱都不够。
2、黑心可锻铸铁的抗拉强度可以达到300MPa,而最差的灰口铁的抗拉强度只有100MPa。
3、轴承的使用对于近现代军事工业有重大的作用,二战中,德国的轴承厂是和炼油厂一样重要的轰炸目标,盟军曾经派700架轰炸机1300架护航飞机去炸德国施瓦因福特的轴承厂。
本人也曾经参观过洛阳轴承厂,那是50年代苏联援华156个工业企业中的一个。
4、轴承钢:一般含碳量要在百分之一左右,属于高碳钢,然后还要含有一定量的锰铬和硅。