История подшипника

Примитивные предшественники современного подшипника, так широко применяемого в наши дни, упрощали жизнь человека уже многие тысячи лет тому назад. Главнейшую 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.

Примитивные подшипники скольжения были найдены впервые в раскопках, относящихся к эпохе неолита, когда люди впервые овладели умением сверления отверстий в камне. Изготавливались они, понятное дело, 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), кстати, еще используемые и в наши дни – 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. Такие методы широко использовались в древнем Египте и в Азии. Сходный способ замены трения скольжения трением качения применяли также в местности Буген (Нубия), где построили египетскую крепость, в которой разводной мост передвигали на роликах.

В IV веке до н.э. проблеме трения посвятил одно из своих заседаний 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.

И в те далекие времена для уменьшения сопротивление силы трения, поглощающего большое количество энергии и, соответственно, уменьшения нагрева подшипники подвергались смазке. Только вначале для этого использовали масла растительного происхождения. Которым, к сожалению, свойственна очень низкая вязкость и что еще более важно склонность к высыханию. Значительно лучше было применять животные жиры, которые обогащали минеральными сгустителями. Для смазки осей телеги использовали также разнородные мази, которые получали из смолы деревьев. На территориях, где были поверхностные вытекания нафты (нефть, каменное масло), мази получали путем продолжительного нагревания нафты. Результаты археологических исследований показали, что в древних гробницах были колесницы правителей с сохранившимися на осях остатками смазки. Проведенный анализ показал присутствие животного жира, смешанного с минеральными сгустителями (температура плавления около 50С). Плиний Старший (23–73 гг. н.э.) представил 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.

Первая конструкция, которую можно считать действующим «прототипом» подшипника качения, была разработана греческим инженером Diades около 330 г. до н.э. Это была головка осадной вышки для разрушения крепостных стен. В этой конструкции таран находился на роликах, которые передвигались в желобках, прорезанных в основании. Ролики были схвачены общей корзиной, управляемой с помощью канатов, перекинутых через неподвижные блоки. Канаты крепились к концам корзины. Интересным является то, что в таком решении первый раз использовали не только принцип действия современных подшипников, но и ввели передачу движения через стык качения, что теперь часто используется во фрикционных бесступенчатых передачах.

Появление первых «прототипов» продольных (упорных) шариковых подшипников приписывается позднему периоду правления императора Калигулы. В судне со времен правления Калигулы и Клавдия (I в. н.э.) археологи нашли поворотные круги. Один из найденных кругов вращался, опираясь на небольшие колесики, которые крепились к окружности круга. В другом, находившимся под помостом, вместо колес использовали шарики, каждый из которых был соединен на вращающуюся цапфу с поворотным кругом. В третьем вместо колес использовали 8 деревянных валиков в форме усеченного конуса. Механизм поворотного круга состоял из двух деревянных дисков. Нижний диск имел цапфу, которая устанавливала ось для обоих дисков, а в верхнем было восемь впадин, в которых находились шарообразные элементы качения. Эти элементы имели цапфы, свободно прикрепленные к верхнему диску, которые ограничивали движение элементов вокруг одной оси. Несмотря на то, что основную нагрузку несли цапфы и они не давали чистого качения, но это самый первый известный нам случай использования элемента качения шарообразной формы. Механизмы найденных поворотных кругов являются самыми ранними примерами теперешних шариковых подшипников, а также роликовых цилиндрических.