Сообщение на тему история возникновения подшипников

Обновлено: 18.05.2024

Подшипник — небольшой элемент, значение которого для технического прогресса сравнимо с колесом и лопатой. Впервые найденный археологами в стоянках древнего человека подшипник за столетия претерпел немалые изменения, которые коснулись как конструктивных особенностей, так и таких моментов, как обработка и смазка. В Средние века широкое применение этого устройства произошло с лёгкой руки Леонардо да Винчи, который придумал подшипник качения, используемый и по сей день. Сегодняшние производители соперничают между собой, предлагая производителям горношахтного оборудования подшипники, способные выдерживать экстремальные нагрузки.

Подушка и опора

Первые подшипники, которые представляли собой обтесанные камни, археологи нашли ещё на стоянках первобытного человека эпохи неолита. Спустя тысячелетия человечество научилось применять подшипники для перемещения тяжёлых грузов. Так, в древнем Египте, где фараоны были одержимы идеей создания масштабных сооружений, инженеры использовали шарики и ролики для доставки каменных глыб. Более совершенные элементы, напоминающие сегодняшние образцы, обнаружили в древних греческих городах.
У греков была письменность, что позволило установить имя инженера Диада, применившего подшипник в конструкции осадного орудия. Для нынешних инженеров принцип очевиден: таран для разрушения крепости двигался по желобкам с роликами.

Гай Калигула и Леонардо да Винчи

Шариковые подшипники, свидетельствуют археологи, появились уже во времена Калигулы. Властитель, чтобы подчеркнуть свою безграничную мощь, решил построить два корабля гигантских размеров. Один из них должен был стать храмом в честь покровительницы Калигулы — богины Дианы, другой планировали использовать как плавучий дворец. Над проектом работали лучшие инженеры и строители того времени, которые использовали последние технические достижения, в том числе и подшипники.
Были обнаружены удивительные поворотные платформы, в механизмах которых использовались подшипники. Под одной из платформ оказалось восемь бронзовых шаров, двигавшихся в желобе. Другая платформа также лежала на восьми конических деревянных роликах, помещенных в желоб. Обе конструкции напоминают подшипники качения, прототип которых был описан в XVI веке Леонардо да Винчи. Учёный разработал шарикоподшипник, состоящий из двух колец, внутреннего и внешнего, между которыми поместил вращающиеся шарики.

После открытия Да Винчи сфера применения подшипников стремительно начала расширяться. Так, например, в Англии инженеры использовали чугунный подшипник качения, состоящий из двух дорожек, между которыми находилось 40 шаров в конструкции ветряной мельницы. Также механизмы на подшипниках для транспортировки своих кораблей использовал Петр I. Кстати, постамент Медного всадника, знаменитый гром-камень, также доставили до места с использованием подшипников линейного перемещения. Спустя 100 лет инженеры сконструировали подшипник колеса железнодорожного вагона. Дальше технические изобретения посыпались как из рога изобилия: немец Фишер придумал машинку для шлифования стальных шариков, американец Генри Тимкен основал в США производство подшипников, в нулевых годах двадцатого века основатель компании SKF разработал роликовые подшипники, способные воспринимать значительные нагрузки. В 1945 г. появились безмаслянные подшипники скольжения.

Вращать, дробить, вибрировать

XX век для подшипников стал золотым — в результате стремительного развития промышленности сфера их применения существенно расширяется. В советские годы на территории страны появляются крупные предприятия-производители подшипников, которые осваивают широкую ассортиментную линейку — подшипники с низким моментом вращения, микроподшипники для микроэлектроники, подшипники с керамическими телами качения и множество других разновидностей. Развитие элементов шло по пути многочисленных усовершенствований конструкции, направленных на получении характеристик, отвечающих требованиям всё усложняющейся техники.

Подшипники для экстремальных нагрузок

Человеческий фактор

Вопрос, стоит ли восстанавливать подшипники, которые использовались ранее, является дискуссионным. Валерий Юрганов поясняет, что существует четыре уровня восстановления подшипников: инспекция, профилактический ремонт, ремонт с заменой деталей и капитальный ремонт. По его мнению, окончательное решение нужно принимать с учётом двух факторов: область применения и цена на новое изделие и его эксклюзивность.

Прототипы современных подшипников значительно облегчали жизнь людей еще в древности. Устройства, отдаленно напоминающие подшипники, обнаружили при археологических раскопках, приходящихся на эпоху неолита. В этот период человек только что научился проделывать отверстия в каменных породах. Материалом для их изготовления естественно служил камень, использовались в простейших приспособлениях для сверления и ручного прядения. Позже нашли применение в более сложных механизмах: повозках, гончарных кругах, мельницах.

Считается, что первое устройство, являющее предшественником подшипника, изобрели в Древней Греции 330 лет до н.э. Автором являлся военный инженер-изобретатель Диад. Конструкция представляла собой таранный механизм для разрушения крепостных стен. Располагался он на роликах, движение которых осуществлялось по желобам, расположенным в нижней части устройства.

Аналог шарикового подшипника появился на свет во времена правления древнеримского императора Калигулы. При раскопках, относящихся к этому периоду, археологами было найдено судно, в котором обнаружили механизмы с поворотными кругами. В первом случае вращение одного круга осуществлялось с упором на колесики, зафиксированные в окружности другого. Во втором устройстве вместо колесиков применялись шарики, причем каждый из них крепился к вращающейся цапфе. В третьем случае использовались валики из дерева, своей формой напоминавшие усеченный конус. Конструкция поворотного круга с шарообразными элементами была гораздо выгодней в сравнении с цилиндрической. Находка представляет собой самый ранний вариант современных подшипниковых конструкций.

При строительстве ветряной мельницы в конце 18 века в английском Спровстоне был сконструирован механизм, явившийся первым представителем металлического подшипника качения. Устройство представляло собой две чугунных дорожки качения. Между ними располагались сорок шаров, отлитых из того же материала.

К 1945 году можно отнести появление безмасляных подшипников скольжения, основанных на применении металлокерамики. Они изготавливались из пористого металла, насыщавшегося специальной смазкой, или бронзы с графитом. Устройства подобного типа могли длительный период исправно работать в небольших машинах и механизмах.

Следующим этапом в усовершенствовании конструктивных характеристик явилась разработка гибридных систем. Обычно, чтобы повысить прочностные характеристики быстроходных подшипников, применяются желобчатые шарики, а также шарики небольшой массы. Альтернативным вариантом может служить возможность совмещения шарикового и гидростатического механизма, в котором нагрузка воспринимается тонким слоем жидкости. Нагрузка в такой конструкции распределяется поровну между рабочими элементами. Это соотношение может привести к десятикратному увеличению прочностных характеристик такого устройства в сравнении с обычным подшипником при одинаковых условиях эксплуатации.

До конца 20 в. основным материалом, применяемым для производства подшипников, являлась сталь. Этот металл проходил различные стадии модификации из-за постоянно возрастающих требований. Следует отметить, что область применения стальных изделий ограничивалось определенными условиями, которые определялись физическими свойствами металла:

Дополнительный импульс развития придал керамический синтетик нитрид кремния. Сначала он применялся только в элементах качения. Некоторое время спустя началось конструирование подшипников, полностью состоящих из керамических материалов.

Однорядный быстроходный цилиндрический подшипник является ярким примером такого устройства. Он развивает скорость вращения почти в 2 раза больше, чем его металлический прототип.

Примитивные предшественники современного подшипника упрощали жизнь человека уже многие тысячи лет назад. Главнейшую роль в историческом процессе возникновения и постепенного совершенствования подшипника сыграло изучение трения и сопровождающих его явлений. О его существовании человечество знало с древнейших времен: первобытный человек добывал огонь трением, быстро вращая палку, то есть использовал явление перехода кинетической энергии трения в тепловую.

Примитивные подшипники скольжения впервые были найдены в раскопках, относящихся к эпохе неолита, когда люди только-только овладели умением сверления отверстий в камне. Изготавливались они из камня и применялись в первобытных сверлильных приспособлениях и прядильных веретенах. Позднее прародители современных подшипников стали использоваться в разнообразных простейших конструкциях, таких как колесница, арба, гончарный круг, мельничные камни.

Прежде чем подшипник качения достиг формы, приблизительно схожей с современной, он прошел разнообразнейшие этапы совершенствования. Почти до II века до н.э. его предшественники – обыкновенные деревянные бревна (в современном понимании – ролики) – применялись для уменьшения силы трения при транспортировке очень тяжелых предметов: огромных каменных блоков для строительства, осадных машин. Такие методы широко использовались в древнем Египте и в Азии. Сходный способ замены трения скольжения трением качения использовали также в местности Буген (Нубия), где построили крепость с передвигающимся на роликах разводным мостом.

Первая конструкция, которую действительно можно считать настоящим прототипом подшипника качения, была разработана древнегреческим инженером Диадом около 330 г. до н.э. Это была головка осадной вышки для разрушения крепостных стен. В конструкции Диада таран устанавливался на роликах, которые передвигались по желобкам, прорезанным в основании. Ролики были схвачены общей корзиной, которая управлялась с помощью канатов, перекинутых через неподвижные блоки. Канаты крепились к концам корзины. Интересно, что в таком решении в первый раз использовали не только принцип действия современных подшипников, но и ввели способ передачи движения через стык качения, который сейчас часто используется во фрикционных бесступенчатых передачах.

Возникновение первых прототипов современных продольных (упорных) шариковых подшипников традиционно относят к позднему этапу правления императора Калигулы. Археологами были найдены изготовленные в это время поворотные круги, механизмы которых являются самыми ранними примерами использования роликовых цилиндрических и конических, а также шариковых подшипников. Это первый известный случай использования элемента качения шарообразной формы. Уже тогда люди сумели оценить, что в продольных (упорных) подшипниках шарообразная форма элемента качения является более выгодной, чем цилиндрическая.

Современный подшипник качения, являющийся, по сути, производной от изобретения колеса, прошел длинную дорогу от древнейшего прототипа до современной формы через множество изобретений-посредников. Например, и в те далекие времена для борьбы с силой трения, поглощающей большое количество энергии, и, соответственно, уменьшения нагрева, в подшипниках применялась смазка. Правда, раньше в этих целях использовали масла растительного происхождения. Для смазки осей телег, например, использовались разнообразные мази, которые получали из смолы деревьев. Однако растительным маслам свойственна очень низкая вязкость и, что еще более важно, склонность к высыханию. Значительно эффективнее было применение животных жиров, которые обогащались минеральными сгустителями. А на территориях, где на поверхность земли вытекали нафты (нефть, каменное масло), мази получали, нагревая эти субстанции.

В древних гробницах были найдены колесницы правителей с сохранившимися на осях остатками смазки. Проведенный учеными анализ показал наличие в ее составе животного жира, смешанного с минеральными сгустителями (температура плавления около 50 ºС). Плиний Старший (23–73 гг. н.э.) привел список различных растительных масел и жиров, используемых для смазки. Такие смазочные материалы доминировали практически до времен изобретения первой паровой машины. Минеральные масла получили достаточно широкое применение только в начале XX века.

С начала нашей эры и до эпохи Возрождения отсутствует какая-либо информация о развитии конструкции подшипников качения. Только Леонардо да Винчи во многих своих изобретениях использовал опоры качения, и именно его с полным на то основанием можно назвать изобретателем подшипника качения. Леонардо да Винчи создал рисунок идеальной цапфы подшипника. Его мысль нашла применение в конструкции шарикоподшипника, состоящего из внутреннего и внешнего колец, между которыми размещены вращающиеся шарики.

Первый металлический подшипник качения был установлен в опоре ветряка, построенного в 1780 году в Англии, в Спровстоне. Подшипник состоял из двух литых из чугуна дорожек качения, между которыми находилось 40 чугунных шаров.

В XIX веке продолжалось совершенствование конструкции подшипников качения, а также расширение их применения в машинах и механизмах. Однако лишь на исходе столетия внедрение технологии абразивной обработки позволило достичь достаточной твердости и точности элементов подшипника. До этого в производстве шариков использовали круглые стальные прутья, которые формировали и обрабатывали вручную. Несовершенство такой технологии приводило к деформации подшипников из-за неравномерных нагрузок. Перелом произошел благодаря изобретениям 34-летнего техника Фридриха Фишера, который построил первый подшипниковый велосипед (1853 г.) и изобрел первый полностью автоматический фрезерный станок. Он сконструировал машину, которая позволила шлифовать стальные закаленные шарики и придавать им желаемую форму с большой точностью.

Однако шариковые подшипники подходили не для всех инженерных решений. В 1907 году молодой шведский инженер Свен Вингквист создал эскиз первого в мире качающегося подшипника. После Первой мировой войны начался процесс повсеместного вытеснения подшипников скольжения подшипниками качения. В начале 20-х годов прошлого века появились роликовые подшипники, которые выдерживали повышенные нагрузки. Вскоре были разработаны их новые разновидности – игольчатые, а позднее и конические подшипники.

Большую роль в совершенствовании подшипников скольжения сыграли О. Рейнолдс и Н.П. Петров. Независимо друг от друга они исследовали так называемый гидродинамический эффект. Суть этого эффекта заключалась в том, что при достаточной частоте вращения вала в масле автоматически вырабатывается давление, которое поддерживает вал как бы в невесомости без необходимости его соприкосновения с металлом подшипника. Изучение этого эффекта сделало возможным конструирование подшипников скольжения с очень малым трением. Позднее, для тихоходных машин или машин, имеющих тяжелый ротор, ввели гидростатические подшипники скольжения, где масло под давлением подается снаружи.

Около 1945 г. благодаря использованию металлокерамики появились безмаслянные подшипники скольжения. Они состояли из пористого металла насыщенного смазкой или со сплава бронзы и графита, которые в небольших машинах могут хорошо работать долгое время. В быстроходных центрифугах и гироскопах смаром является воздух (пневматический подшипник). Следующим новшеством, которое нашло широкое применение, являются гибридные подшипники. Обычно, увеличение прочности быстроходных подшипников происходит в результате применения желобчатых шариков или шариков с небольшой массой. Альтернативой для такого типа решений является соединение шарикоподшипника с гидростатическим подшипником. Реальное разделение нагрузки между шарикоподшипником и гидростатическим подшипником составляет 50%, что может дать десятикратное увеличение прочности такого подшипника по сравнению с обычным шариковым подшипником, работающим в тех же условиях. В предложенном решении внешняя дорожка шарикоподшипника находится в стационарном корпусе, а внутренняя дорожка смонтирована на промежуточной втулке, которая может свободно вращаться относительно вала.

В самом процессе производства подшипников появляется много новшеств, дающих возможность создания более точных, быстрых и недорогих решений. Одним из них стала технология уменьшения вращающегося момента, примером которой может быть разработанный железнодорожный подшипник с низким моментом вращения. Оказалось, что такое решение позволяет экономить большое количество топлива. Однако наиболее важным переломным моментом в проектировании подшипниковых узлов стала компьютерная техника, позволяющая анализировать подшипниковый узел практически во всех отношениях. Созданные с помощью компьютерной техники виртуальные подшипники могут быть тщательно проверены без необходимости приведения в действие целого технологического процесса. Современные компьютерные программы позволяют ввести для виртуальных подшипников и подшипниковых узлов любые параметры – как внешние, так и внутренние. Таким методом был спроектирован микроподшипник для микроэлектроники, используемый в жестких дисках.

Почти до конца XX века обычным материалом для подшипников была сталь, которая проходила очередные модификации, в зависимости от требований. Однако сталь навязывала конструкторам определенные рамки применения своими основными свойствами. К главным характеристикам надо отнести тепловую расширяемость, большую плотность, склонность к коррозии, электрическую и магнетическую проводимость и относительно большой коэффициент трения, даже при тщательной завершающей обработке. Материалом, который дал новые возможности, оказался нитрид кремния, один из керамических синтетиков. Поначалу из керамического материала изготавливали только элементы качения. Идеальным примером этого могут служить гибридные быстроходные наклонные шарикоподшипники. Однако уже через несколько лет конструкторы начали разработку подшипников, составляющие элементы которых изготовлены из керамических материалов (керамические подшипники), пример – однорядные быстроходные цилиндрические подшипники. Для сравнения, упомянутый керамический цилиндрический подшипник развивает почти 2-кратно большую скорость вращения, чем его стальной аналог.

История производства подшипников в России

Первый государственный подшипниковый завод, ГПЗ-1 является родоначальником отечественной подшипниковой отрасли. Построенный в 1932 году, ГПЗ-1 стал крупнейшим производителем подшипников в мире и до сих пор сохраняет за собой лидирующие позиции в России и СНГ.

14 марта 1929 г. Высший совет народного хозяйства страны принимает решение о строительстве в Москве ГПЗ-1. Проект строительства был подготовлен в партнерстве с итальянскими конструкторами. 10 сентября 1930 г. на окраине столицы в районе Кожухово состоялась закладка первого камня в фундамент завода.

29 марта 1932 г. был подписан приказ №193 о вступлении в строй первой очереди шарикоподшипникового завода №1. В цехах было установлено около 5000 станков и машин в основном иностранного производства. Первая партия подшипников с завода была направлена Сталинградскому тракторному заводу.

В послевоенный период на заводе были созданы передовые на тот момент автоматические линии по производству подшипников. Опыт завода по автоматизации производства с успехом применяли на предприятиях Швеции, США и Японии.

Завод постоянно наращивал производственные мощности и в середине 1980-х годов достиг показателя в 124 млн. подшипников в год.

Первый подшипниковый неоднократно завоевывал международные награды за качественные разработки и уникальные решения. Успехи в освоении заводом мирового рынка доказывают тысячи солидных контрактов, заключенных на поставку подшипников в десятки стран. Высококлассные специалисты предприятия принимали участие в проектировании, обучении персонала и запуске подшипниковых заводов в странах Восточной Европы, Китае и др.

За выдающиеся достижения завод был удостоен орденов Ленина, Октябрьской Революции и Трудового Красного знамени. ГПЗ-1 выполняет уникальные заказы. Достаточно отметить, что подшипники с клеймом "ГПЗ-1" побывали на Луне - в первом советском луноходе, на кремлевских башнях - в поворотных механизмах кремлевских звезд, традиционно используются в самых современных системах

Во времена новокаменного века (последней стадии каменного) были развиты каменные шлифованные и просверленные орудия. Наряду с этими достижениями начали строится города, стали появляться армии, началось социальное расслоение, разделение труда и формирование технологий, поэтому с эпохой неолита связано начало формирования древних цивилизаций.

Леонардо да Винчи также использовал в своих изобретениях опоры качения, поэтому его наряду с другими гениальными изобретателями можно считать основателем идеи подшипника качения. Он создал изображение шарикоподшипника, состоящего из двух колец (внутреннего и внешнего), посреди которых размещены вращающиеся шарики.

Первый металлический подшипник качения был установлен в опоре ветряка, построенного в Англии в 1780 году. Этот подшипник состоял из двух литых чугунных дорожек качения, между которыми находилось 40 чугунных шаров.

Современные подшипники сильно отличаются от своих прародителей - их существует огромное множество типов и классов, они создаются для различных целей, но всё также созданы помогать развиваться человечеству, ускоряя ДВИЖЕНИЕ в технологическом прогрессе! Поэтому мы продаем именно подшипники.

Читайте также: