История возникновения подшипников

Жизнь – это движение. А одним из важнейших элементов движения является подшипник. В словаре Д. Н. Ушакова «подшипник» определяется как опора в неподвижной части машины, на которой лежит шейка (шип) вала или оси. Отсюда, вероятнее всего, и произошло само слово: подшипник – это то, что установлено «под шип».

Первые прототипы современных подшипников появились в жизни человечества уже много тысяч лет назад. Важную роль в их создании сыграло изучение процессов трения, затрудняющих движение. Чтобы преодолеть трение, человек создал первые механизмы скольжения, которые использовались для перемещения тяжелых грузов. Одновременно были созданы и первые смазки, облегчающие скольжение. Сначала для их изготовления использовали различные масла. Но из-за низкой вязкости и быстрого высыхания масла заменили животным жиром, а на Востоке специальной мазью из нефти. В России долгое время основным смазочным материалом были березовый деготь и свиной жир.

Переломным моментом в борьбе с трением стало изобретение колеса, позволившего заменить процесс скольжения на качение. Это значительно облегчило жизнь человека.

330 лет до н.э. в Древней Греции военный инженер-изобретатель Диадес создал первый известный нам прототип подшипника. Он был частью таранного механизма для разрушения крепостных стен. В его основе были ролики, которые передвигались в желобках, прорезанных в основании. Ролики были объединены общей корзиной, управляемой канатами, перекинутыми через неподвижные блоки. Канаты крепились к концам корзины. Интересно, что здесь впервые использовали не только принцип действия современных подшипников, но и ввели передачу движения через стык качения. В наши дни это решение используется во фрикционных бесступенчатых передачах.

Появление первого аналога шарикового подшипника относят ко времени правления древнеримского императора Калигулы. Археологами было найдено судно с механизмами, соединенными поворотными кругами. В первом механизме один круг вращался с упором на колесики, закрепленные в окружности другого. В другом устройстве вместо колесиков использовались шарики, которые крепились к вращающейся цапфе. В третьем применялись похожие на усеченный конус деревянные валики. При этом все тела качения крепились штифтами к оси вращения платформы. Эта находка стала самым ранним вариантом современных подшипниковых конструкций, но, к сожалению, не сохранилась до наших дней.

В средние века великий художник и изобретатель Леонардо да Винчи создал первый чертеж шарикоподшипника. На нем можно увидеть внутреннее и внешнее кольца, между которыми расположены вращающиеся шарики. Такие конструкции мастер использовал в своих изобретениях.

Основным материалом для первых подшипников было дерево, но созданные из него механизмы не обладали нужной прочностью. Поэтому на смену дереву пришел металл. Первый металлический подшипник качения был установлен в 1780 году в Англии, в Спровстоне. Устройство располагалось в опоре ветряка и состояло из двух чугунных дорожек качения, между которыми располагались 40 чугунных шаров.

Конструкция стала прочнее, но оставалась нерешенной проблема отсутствия точности при изготовлении шариков. Это приводило к неравномерным нагрузкам и деформации механизма. В XIX веке эту проблему помог решить Фридрих Фишер, который сконструировал машину для шлифования металлических шариков. Он создал первый полностью автоматизированный фрезерный станок, благодаря которому шарики обрели наконец идеальную форму.

Однако шариковые подшипники того времени подходили не для всех инженерных решений. В 1907 г. молодой шведский инженер Свен Вингквист изобрел первый двухрядный самоустанавливающийся шариковый подшипник и основал компанию SKF, ставшую основой мировой подшипниковой индустрии.

В 20-е годы прошлого века активно развивалось производство роликовых подшипников, которые могли переносить значительно большие нагрузки. Появляются их новые разновидности: игольчатые и конические подшипники.

Важную роль в совершенствовании подшипников скольжения сыграла гидродинамическая теория смазки, разработанная в конце 19 века независимо друг от друга русским ученым Н. П. Петровым и англичанином О. Рейнольдсом. Исследуя гидродинамический эффект, исследователи пришли к выводу, что при большой частоте вращения вала в масле автоматически вырабатывается давление, которое поддерживает вал словно в невесомости, препятствуя его соприкосновению с металлом подшипника. Это позволило создать подшипники скольжения с очень малым трением. Для тяжелых и тихоходных машин были созданы гидростатические подшипники скольжения, где масло под давлением подавалось снаружи.

В 1945 году, благодаря использованию металлокерамики, появились первые безмасляные подшипники скольжения, состоящие из насыщенного смазкой пористого металла.

Новым этапом в развитии отрасли стало объединение шариковых и гидростатических подшипников, где разделенная поровну нагрузка позволила в 10 раз увеличить прочность конструкции. Были изобретены современные смазочные материалы на синтетической основе. Однако наиболее важным переломным моментом в проектировании подшипниковых узлов стала компьютерная техника. Современные компьютерные программы позволяют задавать любые, даже самые сложные параметры. Так, например, были спроектированы микроподшипники для жестких дисков.

В конце 20 века появился и новый материал для производства подшипников – нитрид кремния. Он лишен таких недостатков стали, как: тепловая расширяемость, большая плотность, склонность к коррозии, электрическая и магнетическая проводимость, относительно большой коэффициент трения. Керамический цилиндрический подшипник развивает почти в 2 раза большую скорость вращения, чем его стальной аналог.
В наше время наступила новая эра – эра нанотехнологий. Новые технологии открывают бесконечные перспективы развития подшипниковой продукции. Мы стоим на пороге новых открытий…