你玩过指尖陀螺吗?当你旋转陀螺看它在指尖“舞蹈”,亦或你骑着自行车穿梭在大街小巷,还有坐着火车纵情畅游名山大川时,乘坐飞机翱翔蓝天时,你是否想过,它们是靠什么顺利前行?
有人说,这都得益于人类历史上最伟大的发明之一:轴承。
轴承是机器中的关键基础元件,广泛应用于各行各业的机械产品中,被誉为机器的“关节”。再高大上的机器装备,只要一个小小的轴承出了问题,就可能导致机毁人亡的惨剧。
这小轴承里就暗藏着这样的大乾坤。
在机械与运载工程学院,冯凯教授10余年就专注于这小轴承里的大天地。
“超能力”:真正实现转到飞起!
“你知道电风扇能转多快?每分钟几百转。飞机发动机能转多快?每分钟8000-10000转。我们能让轴承转多快?每分钟10万转以上!真的是快到飞起!”
在机械与运载工程学院,学生们都知道,冯凯团队拥有一种“超能力”——真正实现了转到飞起!
冯凯说,这就像飞机起飞,当飞机相对于地面的速度达到一定程度以后,飞机就可以悬浮在空气中。而他们研发的设备也是如此,当转动设备的转轴到达一定转速后,就可以不需要外部辅助设备的情况下,悬浮在空气中。这就是冯凯多年聚焦的“高端气体悬浮技术”。
长期以来,人们按照力传导方式的不同,将轴承分为滑动轴承和滚动轴承两大类,前者依靠滑动传导力,后者依靠滚动传导力。而冯凯研究的“高端气体悬浮技术”,使得轴承有了“第三类”——“气浮轴承”。
“身经百战”:极端环境下从容作业
正因为转速快,所以“气浮轴承”单位能量密度特别高,因而可以做到体积很小;加之悬浮在气体中,所以对温度不敏感,可以实现极端环境下的作业。
以航空发动机轴承为例,其工作环境堪称“炼狱”:它们不仅要以每分钟上万转的速度长时间高速运转,还要承受着各种形式的应力挤压、摩擦与极端温度。对于一些精度不高的结构部件来说,即便出现轻度裂纹也可以保证安全使用(专业上称为损伤容限),而航空发动机主轴承这样关键传动部件,不存在损伤容限一说,其在使用过程中绝不允许出现裂纹等任何形式的损伤,因而对其的加工精度、以及材料强度要求是非常苛刻的。
正因如此,高端轴承被誉为“机械工程的高山”,而航空发动机更是被誉为“高山中的喜马拉雅”。高端轴承的制造水平,是一个国家的综合工业实力的真正体现。
正如征服喜马拉雅山的只能是极少数勇士一