Подшипник: история возникновения

Примитивные предшественники современного подшипника, так широко применяемого в наши дни, упрощали жизнь человека уже многие тысячи лет тому назад. Главную роль в историческом процессе возникновения и постепенного совершенствования подшипника можно отдать изучению процесса трения и сопровождающих его явлений. Ведь о существовании трения человечество знало уже с древнейших времен, о чем в частности свидетельствует тот факт, что первобытный человек добывал огонь трением, быстро вращая палку, а впоследствии – высекая огонь ударом камня о камень, т.е. использовал явление перехода кинетической энергии трения в тепловую энергию.

Круглые болванки изготавливались из камня и применялись в первобытных сверлильных приспособлениях и прядильных веретенах. Позднее стали использоваться в разнообразных простейших конструкциях, таких как: колесница, арба, гончарный круг, мельничные камни. Ведь до изобретения колеса транспортировка грузов совершалась на санях, которые тянули люди или животные, естественно тоже преодолевая сопротивление силы трения скольжения. Прежде же чем подшипник качения достиг формы, приблизительно схожей с современной, он прошел самые разнообразнейшие этапы своего совершенствования.

Почти до II века до н.э. его предшественники – обыкновенные деревянные бревна (в современном понимании – ролики) – применялись (с целью уменьшения все той же силы трения) исключительно при транспортировке очень тяжелых предметов: огромные каменные блоки для строительства, осадные машины и т.п.

В IV веке до н.э. проблеме трения посвятил одно из своих собраний Аристотель, во время которого была обсуждена теория трения качения. Переломным этапом в реализации идеи уменьшения силы трения, оказывающей сопротивление движению, было изобретение примерно за 3000 лет до н.э. колеса, которое заменило скользящее движение на качение. Современный подшипник качения являющийся производной этого открытия, прошел длинную дорогу от древнейшего «прототипа» до современной формы через множество изобретений-посредников.

К I в. н.э. археологи приписывают найденные поворотные круги, напоминающие по принципу действия шарикоподшипники.

Леонардо да Винчи создал рисунок идеальной цапфы подшипника, оригинальность которой заключалась в замене трения скольжения на значительно меньшее по величине трение качения.

В XVIII появились подшипники для станочного инструмента.

Первый подшипник качения из металла находился в подпоре ветряка, построенного в 1780 г. в Англии в Спровстоне.

В XIX сконструирован подшипник колеса железнодорожного вагона. Начало применения технологии абразивной обработки.

В 1853 г Фридрих Фишер сконструировал машину для шлифования стальных шариков, что послужило основой создания компании по производству подшипников FAG.

В 1898 г. Генри Тимкен, основатель  компании The Timken Company - ведущего американского производителя подшипников и стали, установил конический подшипник на повозку с лошадьми .

В 1907 г.Свеном Вингквистом нарисован эскиз подшипника качения (двухрядный шариковый сферический). Для производства была основана компания SKF.

В 1920 г. разработаны роликовые подшипники, способные воспринимать значительные нагрузки.

В 1945 г. появились безмаслянные подшипники скольжения.

Стремительное развитие промышленности после окончания Второй мировой войны, продолжающееся до наших дней привело к появлению гибридных подшипников, подшипники с низким моментом вращения, микроподшипники для микроэлектроники, подшипники с керамическими телами качения и т.д.

Самый большой прогресс в развитии подшипников был достигнут за двадцатый век, благодаря применению качественно новых материалов. Одним из последних достижений являются – подшипники на основе керамики. Отличной керамикой для подшипников служит нитрид кремния: невысокая плотность, высокая твердость, стойкость против износа и заклинивания, усталости, использование при высоких температурах, высокая химическая стабильность в агрессивных средах. По сравнению со сталью керамика имеет более высокий модуль Юнга и твердость, отсюда большая упругость и лучшая стойкость при повышенных температурах. Из керамики изготавливают главным образом шарики, но иногда и кольца. Уже в 1991 г. было отмечено, что за последние 5 лет продажи керамических подшипников выросли в 10 раз. Керамические подшипники устанавливаются в аэро-космической отрасли, вооружении, станочном оборудовании, различных приборах.

В современной технике находят применение как подшипники качения(шариковые и роликовые) так и подшипники скольжения. Основные преимущества подшипников качения,обусловивше их широкое применение:

Малый приведенный коэффициент трения

Пониженный статический момент трения

Пониженный расход смазочных материалов

Относительная дешевизна подшипников массовых стандартных типов,простота их монтажа,ухода и обслуживания.

Большая надежность против заедания

Возможность эксплуатации без подвода смазки.

Недостатки:

Ограниченные сроки службы.

Слабая виброзащита.