Подшипник — история изобретения

Помните, как опростоволосился Робинзон Крузо, выдолбив лодку из ствола дерева и не сумев дотащить её до воды? А ведь наши далёкие предки, у которых не было современной техники, уже знали способы передвижения тяжёлых грузов. Древние на собственном опыте убедились, что тащить куда тяжелее, чем катить.

Фото: подшипник — история, интересные факты

Служить верой и правдой

В 1903 году на автомобильных соревнованиях в Ирландии победила машина фирмы «Даймлер-Бенц». Бенцовский «Континенталь» развил неслыханную скорость 91,3 километра в час, в то время как предельной для гоночного автомобиля считалась скорость 80 километров в час! Журналисты окружили представителей фирмы, вспышки фотоаппаратов ослепляли их, но запечатлеть для истории невероятное в автопромышленности событие было необходимо.
«Успех обеспечили шариковые подшипники!» — объявили герои дня.
С тех пор шарикоподшипники стали частью практически любого двигателя, будь то двигатель «Феррари» или миксера «Бош». Это приспособление помогает весело и быстро катиться роликовым конькам, есть оно и в подъёмных кранах, и в космических кораблях. Подшипники верой и правдой служат людям — помогают противостоять одной из природных сил — силе трения.
А необходимость в таком противостоянии возникла ещё в эпоху неолита.
Да, именно на раскопках поселений той эпохи археологи нашли первые прообразы подшипников. Материалом для их изготовления служил камень, а применялись они в сверлильных приспособлениях и прядильных веретенах.
Век за веком прародители подшипников использовались для работы гончарных кругов, мельничных камней, для передвижения колесниц и повозок.
Но об этом археологи узнали только в XX веке. Открытие австрийского археолога Ганса Юнкера, сделанное им в 1936 году, вызвало большой интерес учёных. Юнкер работал у подножия пирамиды Джосера и однажды среди прочих находок обнаружил каменные шары диаметром от 12 до 40 сантиметров. Большинство этих шаров оказались 19-сантиметровыми, а сделаны они были из очень твёрдого камня — долерита.
Юнкер и его коллеги долго ломали головы, что же такое они раскопали? Наконец археологи решили, что в их руках — шарикоподшипники. Юнкер тут же решился на опыт и был потрясён: с помощью долеритовых шаров всего один человек мог перемещать грузы весом в несколько тонн!
Это подтверждали и следы от шаров, обнаруженные на дорогах, ведущих к пирамидам.
Позже учёные узнали, что на самом деле египтяне весьма серьёзно относились к силе трения, перемещая грузы с помощью каменных цилиндров диаметром 20 и длиною 90 сантиметров. То есть древними использовались не только шарики, но и ролики.

Вода, масло и «таффл»

Помимо специальных приспособлений в виде шаров и цилиндров люди знали ещё один метод, помогающий уменьшить силу трения, а именно — смачивание почвы водой или маслом. Вода шла в ход у египтян, а маслом поливали землю древние греки, которым всё время надо было таскать здоровенные каменные и бронзовые статуи своих богов. Помимо воды египетские строители применяли мокрую глину, смазка эта называлась «таффл».
Использовались различные смазки и позже. Например, в XV веке турки, осаждая Константинополь, перемещали свои корабли по суше — для этого строили деревянные настилы, обильно смазывая их маслом.
Древние египтяне подкладывали деревянные катки под многотонные каменные глыбы, из которых строились пирамиды. И пусть рабский труд дёшев и нет никому дела до того, тяжело ли рабу, легко ли, — производительность труда благодаря умным приспособлениям росла.
Известный с незапамятных времён эффект качения сначала нашёл применение в катках, а затем и в двух гениальных изобретениях: колесе и подшипнике. Ведь несложно догадаться, что идея колеса восходит к цилиндрическому катку, тем более что древнейшие колёса были цельными, то есть представляли собой спилы очень толстых брёвен.

Для борьбы с силой трения

Первые подшипники качения, весьма похожие на современные, применили греки в 330 году до н.э. Устройство придумал инженер Диад, поместив роликовые подшипники в колеса рамы тяжёлого орудия для разбивания крепостных ворот, то есть в таран, благодаря чему он стал легче разгоняться, и сила его удара значительно возросла. Об этом рассказал в своих записках один римский философ, назвав описанное приспособление изобретением хитроумных эллинов. Впоследствии римляне пользовались как роликовыми, так и шариковыми подшипниками, например, в осях телег для перевозки тяжёлых грузов. Остатки подобного подшипника, найденного при раскопках в 1928 году, можно увидеть в Национальном музее в Риме.
Первые прототипы современных продольных шариковых подшипников появились в Риме при Калигуле. Известно, что в те времена в обиход вошли поворотные круги, в механизмах которых применялись роликовые цилиндрические и конические, а также шариковые подшипники.
Для борьбы с силой трения, поглощающей большое количество энергии и увеличивающей нагрев, употреблялась смазка — чаще всего масла растительного происхождения.
Оси телег смазывались мазями, полученными из смол деревьев. Но растительные масла недостаточно вязкие и быстро высыхают. Поэтому люди научились применять животные жиры, которые обогащались минеральными сгустителями. А на территориях, где на поверхность земли вытекали «нафты» (нефть, каменное масло), мази производились из них путём нагрева.
Различные растительные жиры и масла, используемые для смазки, описал в своих трудах ещё Плиний Старший (23-73 годы н.э.). Такие смазочные материалы доминировали практически до времён изобретения первой паровой машины, а минеральные масла получили достаточно широкое распространение только в начале XX века.

Знаете ли вы что…

Самый старинный металлический подшипник, сохранившийся до наших дней, был установлен в подпоре ветряка, построенного в 1780 году в Спроустоне (Англия). Он состоит из двух дорожек качения и 40 чугунных шаров.

Что сказал Леонардо

Падение Рима и появление варварских государств надолго остановило развитие технической мысли в Европе.
И, как это было со многими изобретениями древности, забытыми в Средневековье, новые старые идеи о сопротивлении силе трения появились в головах людей эпохи Возрождения. А именно: в самой светлой голове того времени — голове Леонардо да Винчи.
В труде «Мадридский кодекс-1» за 300 лет до того как Кулон создал общепринятую теорию трения, Леонардо сделал свои выводы: «Сила трения зависит от материала соприкасающихся поверхностей, от степени их обработки, и не зависит от площади соприкасающихся поверхностей; она прямо пропорциональна весу груза и может быть уменьшена путём введения «роликов» или смазочных веществ между трущимися поверхностями».
Предугадав широкое применение шариковых и роликовых подшипников в машинах и механизмах, Леонардо искал материалы с минимальным коэффициентом трения, изобретал различные типы подшипников. Ему принадлежит идея двойного подшипника, который не даёт оси выходить из него даже при большом напряжении.
«Стороны блока, — писал великий изобретатель, — на котором вращается ось, должны быть сделаны из гладкого «зеркального материала», представляющего собой сплав трёх частей меди и семи частей олова. Эта система должна иметь сверху клин для более полного прилегания или крышку, прикрепляемую винтом. Эти стороны блока или втулки могут плотнее насаживаться по мере того, как механизм изнашивается».
Описанный да Винчи сплав меди и олова только через 200 лет был предложен Лондонскому королевскому обществу естествоиспытателем Робертом Хуком.
Придумав несколько различных типов подшипников. Леонардо делал чертежи. Исследователи его научных трудов часто находили в зарисовках гения странные ошибки, сводящие на нет весь замысел. Учёные не сразу догадались, что таким образом да Винчи «запирал на ключ» свои изобретения, препятствуя узколобым подражателям пользоваться плодами его ума.
Именно такая ошибка крылась и в чертеже шарикового подшипника: там были изображены угловатые выступы на внешней и внутренней его стороне. Конечно, такое приспособление, будь оно детально воплощено в жизнь, не выполняло бы свою функцию!

Час пробил!

Ну а с развитием промышленности в Европе, то есть с наступлением Нового времени, необходимость в шарикоподшипниках возросла. К сожалению, их изготовление было чрезвычайно сложным и дорогостоящим делом. Даже хороший мастер с трудом добивался необходимой формы кольца, а ещё большего мастерства и терпения требовало изготовление шариков.
В 1710 году французский изобретатель Мондран направил в Парижскую академию наук письмо, в котором утверждал, что каждая лошадь может работать в упряжке за двоих, если телегу снабдить роликовыми устройствами его конструкции. К сожалению, эта идея, хоть и одобренная умнейшими людьми эпохи, не нашла своего применения, так как не было того, кто воплотил бы разработку Мондрана в жизнь, также, как и разработку Кулона, создателя теории трения.
И только в 1882 году появились сразу две первые машины для изготовления шариков — в двух небольших германских городках Хельмсдорфе и Швайнфурте. Два фабриканта одновременно запустили шлифовальные машины для производства шариков и роликов. А через 10 лет инженер Саймоне открыл в Америке фабрику шлифовальных машин.
Час же шарикоподшипников пробил, когда человечество нашло для себя новое суперувлечение — автомобильные гонки!

Журнал: Тайны 20-го века №32, август 2011 года
Рубрика: История техники
Автор: Яна Розова

Метки: Тайны 20 века, автомобиль, механизм, шар, подшипник, трение



Telegram-канал Багира Гуру


Исторический сайт Багира Гуру, история, официальный архив (многое можно смотреть онлайн, не Википелия); 2010 — . Все фото из открытых источников. Авторские права принадлежат их владельцам.