圆锥滚子轴承

作者：倪思洁 来源： 中国科学报穿山越岭、过江跨海，需要用到一种像穿山甲一样的挖隧道神器——盾构机。我国作为基建大国，虽然实现了盾构机的国产化，但在盾构机的核心部件——主轴承上却长期依赖进口。近期，由中科院金属研究所李殿中研究员、李依依院士团队牵头攻关的超大型盾构机用直径8米主轴承研制成功。这标志着我国已掌握盾构机主轴承的自主设计、材料制备、精密加工、安装调试和检测评价等集成技术。经国家轴承质量检验检测中心检测以及相关专家组评审，该主轴承各项技术性能指标与进口同类主轴承相当，满足超大型盾构机装机应用需求。该主轴承重达41吨，在运转过程中轴向受到相当于2500头成年亚洲象的重力作用，是目前我国制造的首套直径最大、单重最大的盾构机用主轴承，将安装在直径16米级的超大型盾构机上，用于隧道工程挖掘。被主轴承“卡”住的盾构机主轴承是盾构机刀盘驱动系统的核心关键部件。在盾构机掘进过程中，主轴承“手持”刀盘旋转切削掌子面，并为刀盘提供旋转支撑。高端轴承依赖进口是我国轴承行业的长期痛点。“关键装备中用的轴承，大量从国外购买。我们不仅买不到最好的轴承，而且无论在技术服务、供货周期还是价格方面，都受制于人。”李殿中说。为什么我国无法生产自己的高端轴承？李殿中告诉《中国科学报》，大型盾构机在掘进过程中，只能前进，不能倒退，主轴承一旦失效，会造成严重损失。为保证主轴承的高承载能力和高可靠性，制造主轴承的轴承钢要做到“高纯净”“高均质”“高强韧”“高耐磨”。这同时对主轴承成套设计、加工精度、润滑油脂等都提出了很高的要求。“我国盾构机用超大直径主轴承制造久而未决的主要原因在于制造轴承的材料和大型滚子的加工精度不过关，全流程技术链条不贯通。”李殿中说。此外，要做自己的高端轴承，还不能复制国外的材料、制造工艺或技术路线。“复制之后，国外马上会有一个新的工艺出来。如此一来，你就永远只能跟着别人跑。”李殿中说。把稀土钢变成“杀手锏”2007年，李殿中、李依依团队下决心要啃下这块“硬骨头”。他们明确了一条原则：“要有自己的‘杀手锏’技术。”“杀手锏”意味着要有优势。高端轴承制造最核心的问题是轴承钢材料。李殿中想到了稀土。稀土钢是一种高性能材料，而稀土恰恰是我国的优势资源。在工业领域，稀土被誉为“工业维生素”。由于稀土钢材料制备时，1吨钢里加100克稀土就够了，所以稀土又被称为“工业味精”。已有大量研究表明，钢中添加微量稀土能够显著提高钢的韧塑性、耐磨性、耐热性、耐蚀性等。然而，稀土钢在工业化生产时遭遇两大难题：一是工艺不顺行，存在浇口严重堵塞的问题；二是在钢中添加稀土后，钢的性能剧烈波动，存在稳定性不好的问题。由于这两大难题一直未能有效解决，我国稀土钢的研究与应用由热变冷。李殿中、李依依团队当然也面临着同样的难题。他们尝试过各种纯度的商业稀土，如999纯度的，甚至更高纯度的。与此同时，尽管钢的纯度随着行业的技术进步已经很高了，但两者结合后生产的稀土钢，性能还是不稳定。经过好几年“折腾”，就在大家几乎要放弃时，一个灵感突然出现——虽说稀土纯度很高，但钢里的夹杂物有没有可能还是来自稀土？通常，钢中添加的是镧、铈轻稀土。李殿中带着团队成员，一起去多个稀土产地，走进稀土生产企业调研，盯着看企业怎么生产稀土。李殿中发现，稀土生产过程中没有特别注意氧的问题。顺藤摸瓜，他们摸到了稀土钢性能不稳定的线索——稀土里的氧和稀土中由氧产生的夹杂物。经过大量实验、计算和表征，他们揭示了稀土在钢中的主要作用机制，开发出“低氧稀土钢”关键技术。这套关键技术中藏着“秘方”：既控制钢水的纯净度，又控制稀土的纯净度，称为“双低氧”。经过15年研发，稀土轴承钢的拉压疲劳寿命提高了40多倍，滚动接触疲劳寿命提升了40%。之后，在对比夹杂物三维形貌和尺寸时，李殿中和李依依等人把自己研制的稀土轴承钢，以及从国外进口到的最好的轴承钢，切成试片，进行电解和夹杂物的淘洗、分离，放进扫描电镜观察。拍出的照片显示，稀土轴承钢里的夹杂物呈现为一粒粒直径小于5微米的小球，而国外进口的轴承钢中则为50微米以上的条状。做高端轴承不用再跑半个中国科研人员面临的另一个问题是怎么把高端材料变成高端轴承。起初，李殿中等人与国内优势企业合作研制机床轴承，发现想做一个好的轴承，要“跑遍半个中国”。做一个好轴承有100多道工序，例如，锻造在广东，车加工在山东，热处理在辽宁，磨加工在浙江，组装在黑龙江、浙江，轴承现场测试又要回到广东。国内的轴承加工水平和技术体系也让人忧心。滚子是盾构机主轴承运转时承受负荷的元件，也是大型滚子轴承中最薄弱的零件。盾构机主轴承技术总师、中科院金属研究所研究员胡小强曾带人专门对滚子的质量和生产情况做过调研分析。他们发现，进口的3米级主轴承里的滚子精度非常高，无论是从粗糙度、硬度均匀性还是接触面、工作面来看都非常好，而国内由于受国外进口设备限制，大型滚子加工精度只能达到二级，不能实现一级精度加工。复杂的工艺、薄弱的链条，都让李殿中和胡小强心中不安：“任何一个环节做不好，最后就会导致轴承的服役寿命不长、性能失控。贯通技术链，不让每一个环节掉链子十分重要。”2020年2月，中科院C类先导专项——“高端轴承自主可控制造”获批成立。这让科研人员吃下了“定心丸”。C类先导专项是中科院发挥国家战略科技力量建制化优势，面向国家重大战略需求、聚焦“卡脖子”关键核心技术领域，启动设立的重大科技攻关任务。在先导专项的支持下，中科院金属研究所整合所内轴承钢、热处理、陶瓷、保持架等12个团队，凝聚中科院兰州化学物理研究所等中科院7家研究所的力量，组成了覆盖轴承研发、轴承材料、制造、评价与服役全生命周期的全链条团队。“我们还汇集了全行业的优势力量，不管国企、民企，只要动作快、有力量，我们就一起干。”李殿中说。20多家科研机构和企业各显神通，主轴承材料制备、精密加工、成套设计中的12项核心关键技术问题先后得到解决。他们研制出的直径100毫米以上的一级滚子，使我国轴承行业突破了一级大型滚子精密加工技术。轴承研制耗时3年，团队用1467.4吨稀土轴承钢研制出41支大型套圈、7996粒滚子、492段铜钢复合保持架，光焊缝就焊了36.9万条。最终，国产的直径从3米级到8米级的盾构机主轴承逐一诞生。其中，直径3米的主轴承已应用于沈阳地铁工程。回顾数十年的研发历程，李依依感慨，8米级盾构机主轴承的研制成功得益于基础研究。“基础研究在稀土钢性能提升、滚子精度提升、铜钢复合保持架研制等方面都发挥了重要作用，而主轴承的研制也进一步带动了基础学科的发展。”“盾构机用超大直径主轴承的研制成功，为我国高端基础零部件攻关提供了良好的范式，是‘贯通技术链、打造创新链、对接产业链’的积极实践，是发挥新型举国体制优势、开展‘政产学研用’协同创新的生动体现。”李殿中说。

日前，经中国机械工程学会标准化工作委员会审定，《轴承套圈（滚道）喷射式强化研磨机》（T/CMES 12002-2022）标准正式发布，并将于2022年2月实施。该标准由中国机械工程学会特种加工技术分会组织、广州大学广东省强化研磨高性能微纳加工工程技术研究中心（广州市工业和信息化委机器人智能装备研究平台）牵头研制。高端装备作为“大国重器”及“装备制造皇冠顶端的明珠”，处于国家高新技术价值链顶端和现代产业链核心环节，是实现“中国制造2025”、“制造强国”及“新基建”战略优先发展方向。而轴承作为重要的运动和动力传递核心功能部件，更被称为“装备芯片”，位列关键核心基础件首位。高端装备关键核心零部件射流冲击强化改性微纳研磨（成套）装备轴承套圈（滚道）喷射式强化研磨机针对以工业机器人减速器轴承为代表的高端装备关键核心零部件，面向 GCr15、9Cr18、Cronidur 30、Si3N4、ZrO2、X-30、CSS-42L、ZGCr15、GCr15SiMn等新一代高性能轴承高温合金材料，开展射流冲击强化改性微纳研磨高性能加工。该设备作为集磨粒微切削、超声强化、弹塑性变形、多相射流、固液相摩擦化学效应等多种方法于一体的抗疲劳、抗腐蚀、抗磨损的高性能制造装备，通过机-电-液-智等多目标协同融合控制，首创具有“表面微织构（油囊、纹理）、N-M络合物微纳尺度强化”特性的表面微纳强化改性层，改善精度等级、工况振动、有效运行寿命、MTBF、强化层硬度、扭矩传递效率等关键核心指标，实现轴承基础件在高功率密度加工环境下的宏\介\微多尺度抗磨延寿、高温耐蚀、抗疲劳、长寿命、精度保持性及控形控性适配性等高性能制造目标，突破其高精度、高能效、高寿命、高强度、高可靠性等“五高”服役性能瓶颈，助力装备运转平稳性、重复定位精度、回转精确度及可靠性寿命等服役行为性能指标显著提升。工业机器人减速器轴承射流冲击强化改性微纳研磨加工该技术标准规定了轴承套圈（滚道）喷射式强化研磨机的范围、术语定义、结构组成、技术参数、质量保证、安全性试验、检验规则标志、包装及贮运等要求，显著提升轴承等基础件成型质量、材料强度及工作性能等。依托该标准研制成功的技术装备可进一步拓展至航空航天、隧道盾构、武器装备、海洋工程、数控机床、轨道交通、新能源、精密仪器、智能农机、核电等重大装备发展领域，为最终形成具有完全自主知识产权的装备基础件射流强化改性微纳研磨加工装备标准群奠定了坚实的基础，对服务国家新材料新装备新制造交叉创新学科掌握标准制定权，突破国际高端装备高性能智能制造“卡脖子”技术壁垒提供关键变革性手段，具有重大意义和深远影响。同时，该系列另一项标准《轴承套圈（滚道）喷射式强化研磨加工工艺》也已进入立项预研。

近日，市场监管总局办公厅发布《关于做好注册计量师注册有关工作的通知》，最新的国家计量专业项目分类表在附件中一同发布。为方便量友查询使用，特转发国家计量专业项目分类表供量友参考。 国家计量专业项目分类表 长度-计量专业项目分类表编号项目子项目规程/规范名称规程/规范号010100激光波长——633nm稳频激光器检定规程JJG 353010200量块——量块检定规程 JJG 146 010301线纹标准线纹尺三等标准金属线纹尺检定规程JJG 71高等别线纹尺检定规程JJG 7324m因瓦基线尺检定规程JJG 306标准钢卷尺检定规程JJG 741分辨力板检定规程 JJG 827容栅数显标尺校准规范JJF 1280显微标尺校准规范JJF 1917010302工作线纹尺钢直尺检定规程JJG 1木直（折）尺检定规程JJG 2钢卷尺检定规程JJG 4纤维卷尺、测绳检定规程JJG 5套管尺检定规程JJG 473线缆计米器检定规程JJG 987π尺校准规范JJF 1423010401角度角度标准器角度块检定规程JJG 70正多面棱体检定规程 JJG 283多齿分度台检定规程JJG 472光学角规检定规程JJG 850010402角度角度常规测量仪器光学数显分度头检定规程JJG 57测角仪检定规程JJG 97水平仪检定器检定规程JJG 191自准直仪检定规程JJG 202小角度检查仪检定规程JJG 300旋光标准石英管检定规程JJG 864刀具预调测量仪检定规程JJG 938激光小角度测量仪检定规程JJG 998测微准直望远镜校准规范JJF 1077光学测角比较仪校准规范JJF 1078光学倾斜仪校准规范JJF 1083光学、数显分度台校准规范JJF 1114光电轴角编码器校准规范JJF 1115直角尺检查仪校准规范JJF 1140三轴转台校准规范JJF 1669倾角仪校准规范JJF 1915010403角度专用 测量仪四轮定位仪校准装置校准规范JJF 1489微机电（MEMS）陀螺仪校准规范JJF 1535捷联式惯性航姿仪校准规范JJF 1536陀螺仪动态特性校准规范JJF 1537钻孔测斜仪校准规范JJF 1550010501直线度和平面度直线度刀口形直尺检定规程JJG 63平尺校准规范JJF 1097010502直线度和平面度平面度平晶检定规程JJG 28平板检定规程JJG 117平面等倾干涉仪检定规程JJG 661研磨面平尺检定规程JJG 740平面等厚干涉仪校准规范JJF 1100010600表面粗糙度——干涉显微镜检定规程JJG 77光切显微镜校准规范JJF 1092表面粗糙度比较样块校准规范JJF 1099触针式表面粗糙度测量仪校准规范JJF 1105010701万能量具游标类量具通用卡尺检定规程JJG 30高度卡尺检定规程JJG 31电机线圈游标卡尺检定规程JJG 566010702微分类量具千分尺检定规程JJG 21内径千分尺检定规程JJG 22深度千分尺检定规程JJG 24杠杆千分尺、杠杆卡规检定规程JJG 26奇数沟千分尺检定规程JJG 182带表千分尺检定规程 JJG 427大尺寸外径千分尺校准规范JJF 1088整体式内径千分尺（6000mm~10000mm）校准规范JJF 1215测量内尺寸千分尺校准规范 JJF 1411010703指示表类 量具指示表（指针式、数显式）检定规程JJG 34杠杆表检定规程JJG 35010703万能量具指示表类 量具机械式比较仪检定规程 JJG 39百分表式卡规检定规程JJG 109扭簧比较仪检定规程JJG 118大量程百分表检定规程JJG 379深度指示表检定规程JJG 830内径表校准规范JJF 1102带表卡规校准规范JJF 1253010704角度量具直角尺检定规程JJG 7正弦规检定规程 JJG 37电子水平仪和合像水平仪检定规程JJG 103方箱检定规程JJG 194多刃刀具角度规检定规程JJG 275方形角尺检定规程JJG 1046框式水平仪和条式水平仪校准规范JJF 1084水平尺校准规范JJF 1085电子水平尺校准规范JJF 1119组合式角度尺校准规范JJF 1132通用角度尺校准规范JJF 1959010705量规类量具半径样板检定规程JJG 58塞尺检定规程JJG 62圆锥量规检定规程JJG 177光滑极限量规检定规程JJG 343标准环规检定规程JJG 894010705万能量具量规类量具针规、三针校准规范JJF 1207电子塞规校准规范JJF 1310楔形塞尺校准规范JJF 1548010801长度通用测量仪器长度常规测量仪器光学计检定规程 JJG 45工具显微镜检定规程JJG 56线纹比较仪检定规程JJG 72接触式干涉仪检定规程 JJG 101指示类量具检定仪检定规程JJG 201光栅线位移测量装置检定规程JJG 341量块光波干涉仪检定规程JJG 371读数、测量显微镜检定规程JJG 571激光干涉仪检定规程JJG 739感应同步器检定规程JJG 836测长机校准规范 JJF 1066投影仪校准规范 JJF 1093测长仪校准规范JJF 1189激光测径仪校准规范JJF 1250激光千分尺平行度检查仪校准规范JJF 1252数显测高仪校准规范JJF 1254量块比较仪校准规范JJF 1304线位移传感器校准规范JJF 1305扫描探针显微镜校准规范JJF 1351角位移传感器校准规范JJF 1352010801长度通用测量仪器长度常规测量仪器生物显微镜校准规范JJF 1402地面激光扫描仪校准规范JJF 1406数字式激光球面干涉仪校准规范JJF 1739凸轮轴测量仪校准规范JJF 1795微小孔径测量仪校准规范JJF 1806球径仪校准规范JJF 1831直线度测量仪校准规范JJF 1890激光干涉比长仪校准规范JJF 1913金相显微镜校准规范JJF 1914光学轴类测量仪校准规范JJF 1933010802坐标测量 仪器皮革面积测量机检定规程JJG 413图形面积量算仪检定规程JJG 660标准玻璃网格板检定规程JJG 832坐标测量机校准规范JJF 1064激光跟踪三维坐标测量系统校准规范JJF 1242坐标定位测量系统校准规范JJF 1251步距规校准规范JJF 1258影像测量仪校准规范JJF 1318关节臂式坐标测量机校准规范JJF 1408坐标测量球校准规范JJF 1422标准球棒校准规范JJF 1859基于结构光扫描的光学三维测量系统 校准规范JJF 1951010803测微仪气动测量仪检定规程JJG 356010803长度通用测量仪器测微仪斜块式测微仪检定器检定规程 JJG 525引伸计标定器校准规范JJF 1096电感测微仪校准规范JJF 1331激光测微仪校准规范JJF 1663光栅式测微仪校准规范JJF 1682电容式测微仪校准规范JJF 1944010804形状测量仪圆度、圆柱度测量仪检定规程JJG 429表面轮廓表校准规范 JJF 1476圆度定标块校准规范 JJF 1485010805测厚仪X射线测厚仪检定规程JJG 480磁性、电涡流式覆层厚度测量仪检定 规程JJG 818超声波测厚仪校准规范JJF 1126厚度表校准规范JJF 1255X射线荧光镀层测厚仪校准规范JJF 1306湿膜厚度测量规校准规范 JJF 1484橡胶、塑料薄膜测厚仪校准规范 JJF 1488掠入射X射线反射膜厚测量仪器校准 规范JJF 1613电解式（库仑）测厚仪校准规范JJF 1707010901齿轮测量齿轮标准器齿轮渐开线样板检定规程JJG 332齿轮螺旋线样板检定规程JJG 408标准齿轮检定规程JJG 1008010902齿轮测量 仪器跳动检查仪校准规范JJF 1109手持式齿距比较仪校准规范JJF 1121010902齿轮测量齿轮测量 仪器齿轮螺旋线测量仪器校准规范JJF 1122基圆齿距比较仪校准规范JJF 1123齿轮渐开线测量仪器校准规范JJF 1124滚刀检查仪校准规范JJF 1125铣刀磨后检查仪校准规范JJF 1138齿轮齿距测量仪校准规范JJF 1209齿轮双面啮合测量仪校准规范JJF 1233齿轮测量中心校准规范JJF 1561010903齿轮测量 量具公法线千分尺检定规程JJG 82齿厚卡尺校准规范JJF 1072圆柱直齿渐开线花键量规校准规范JJF 1557011001螺纹测量螺纹测量仪器石油螺纹单项参数检查仪校准规范JJF 1063丝杠动态行程测量仪校准规范JJF 1410螺纹量规扫描测量仪校准规范JJF 1950011002螺纹测量量具螺纹千分尺检定规程JJG 25螺纹样板检定规程JJG 60石油螺纹工作量规校准规范JJF 1108圆柱螺纹量规校准规范JJF 1345011100轴承测量——轴承内外径检查仪检定规程JJG 471球轴承轴向游隙测量仪检定规程JJG 626深沟球轴承跳动测量仪检定规程JJG 784深沟球轴承套圈滚道直径、位置测量仪检定规程JJG 785轴承套圈厚度变动量检查仪检定规程JJG 819011100轴承测量——滚动轴承宽度测量仪检定规程JJG 885滚动轴承径向游隙测量仪校准规范JJF 1089轴承套圈角度标准件测量仪校准规范JJF 1113圆锥滚子轴承套圈滚道直径、角度测量仪校准规范JJF 1545轴承圆锥滚子直径、角度和直线度比较测量仪校准规范JJF 1684011201测绘仪器及检定装置测绘仪器检定装置 经纬仪检定装置检定规程JJG 949水准仪检定装置检定规程JJG 960长度基线场校准规范JJF 1214011202测绘仪器水准标尺检定规程JJG 8全站型电子速测仪检定规程JJG 100光学经纬仪检定规程JJG 414水准仪检定规程JJG 425光电测距仪检定规程JJG 703超声波测距仪检定规程JJG 928手持式激光测距仪检定规程JJG 966工业测量型全站仪检定规程JJG 1152垂准仪校准规范JJF 1081平板仪校准规范JJF 1082全球定位系统（GPS）接收机（测地型和导航型）校准规范JJF 1118激光扫平仪校准规范JJF 1166脉冲激光测距仪校准规范JJF 1324工具经纬仪校准规范JJF 1349陀螺经纬仪校准规范JJF 1350011202测绘仪器及检定装置测绘仪器非接触式测距测速仪校准规范JJF 1612望远镜式测距仪校准规范JJF 1704011301长度其它测量仪器长度工程专用仪器焊接检验尺检定规程JJG 704刮板细度计检定规程项目子项目规程/规范名称规程/规范号020101质量天平