旋轉(zhuǎn)的力量

現(xiàn)代社會依賴旋轉(zhuǎn)運動的機械設(shè)備數(shù)量相當(dāng)龐大。汽車內(nèi)部有上百種復(fù)雜的、隱藏的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，包括齒輪、發(fā)動機和驅(qū)動系統(tǒng)。如果沒有這些設(shè)備，汽車將無法行駛。機床、冰箱壓縮機、圓鋸也是如此。現(xiàn)代的風(fēng)車（現(xiàn)在稱為風(fēng)力機械）以及大多數(shù)發(fā)電機等提供能量的設(shè)備都依賴旋轉(zhuǎn)運動。輪子之所以得到普遍應(yīng)用，一方面是因為它們的實用性強，另一方面是因為它們能有效利用能量。輪子旋轉(zhuǎn)時，它能沿著其表面所有接觸點持續(xù)傳輸能量。如果可以用軸、帶子或齒輪齒把旋轉(zhuǎn)的輪子連接起來，這些輪子產(chǎn)生的力量可以傳遞的距離遠(yuǎn)大于單個輪子的直徑。橫向運動（比如滑動梁）或縱向運動（比如泵的活塞）的特點是先向一個方向運動，再向相反方向運動。旋轉(zhuǎn)運動則是通過不斷的先加速后減速循環(huán)過程消耗能量。與旋轉(zhuǎn)運動相比，橫向運動浪費更多的能量。

公元前3500年左右，美索不達米亞出現(xiàn)了世界上最早的輪子。這些輪子起初用于制陶，相當(dāng)于“陶輪”。幾百年后，輪子被應(yīng)用于運輸以及原始的戰(zhàn)車。公元前1000年，歐洲第一次出現(xiàn)了對輪子的書面記載。公元前500年，英國第一次出現(xiàn)對輪子的書面記載，當(dāng)時輪子應(yīng)用于牛車或馬車。在中世紀(jì)的歐洲，輪子（或者旋轉(zhuǎn)裝置）出現(xiàn)在很多機械中，比如犁、時鐘和滑輪。所有這些機械都需要在輪輻、輪緣和輪軸的生產(chǎn)中逐步進行改良。這些創(chuàng)新需求觸發(fā)了其他技術(shù)的發(fā)展，比如金屬生產(chǎn)、切割系統(tǒng)以及計量學(xué)。歷史學(xué)家劉易斯·芒福德提到：“從橫向運動向旋轉(zhuǎn)運動的發(fā)展突出體現(xiàn)了現(xiàn)代社會的技術(shù)進步?！?/p>

輪子促進了工業(yè)軸承這一重要“使能技術(shù)”的誕生，工業(yè)軸承對很多機器都至關(guān)重要。大多數(shù)輪子和旋轉(zhuǎn)裝置都需要某種形式的軸承。軸承占據(jù)輪子的連桿和輪軸之間的空間，并把二者平滑地連接起來，使摩擦最小化。德國18世紀(jì)機械工程師雅各布·利奧波德（JakobLeupold）認(rèn)為摩擦是能量的“主要搶奪者”，他的思想對詹姆斯·瓦特影響很大。早期的軸承是簡單的金屬或木質(zhì)襯圈。1世紀(jì)，羅馬皇帝卡里古拉的輪船里就安裝了這樣的木質(zhì)襯圈。這個襯圈用來旋轉(zhuǎn)船上的餐桌，防止在巨浪來襲時影響用餐。1500年前后，達·芬奇設(shè)計了使用金屬滾珠和滾筒的工業(yè)軸承，但是當(dāng)時的冶金業(yè)還不能制造出符合達·芬奇要求硬度的金屬。19世紀(jì)的煉鋼技術(shù)取得了發(fā)展，人們制造出新形式的堅硬金屬，可以作為滾珠軸承或滾筒軸承的主要部件。

19世紀(jì)，人們對自行車運動的狂熱推動了軸承技術(shù)的發(fā)展。1867年，埃內(nèi)斯特·薩克斯（ErnstSachs）在科布倫茨出生，他是一個自行車運動愛好者，熱衷于自行車比賽，然而一次意外斷送了他的自行車生涯。從那以后，他移居到法蘭克福東部的施韋因富特。在那里，他找了一份機械師的工作。一年后，他和卡爾·菲希特爾（KarlFichtel）共同創(chuàng)立了一家公司，利用當(dāng)時煉鋼業(yè)的新技術(shù)制造自行車滾珠軸承。