Подшипники кто придумал


История возникновения подшипников

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:

  • тепловое расширение;
  • плотность;
  • низкая коррозийная устойчивость;
  • электропроводимость;
  • высокий коэффициент трения.

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.

topkin.ru

Детали машин



Подшипники являются опорами валов и вращающихся осей, а также деталей, которые размещены на валах и осях и свободно вращающихся на них. Подшипники воспринимают силы, приложенные к валу или оси, и передают их на корпус машины или агрегата. Надежность и долговечность всей машины во многом зависит от качества применяемых в ней подшипников.

В зависимости от конструкции подшипник может являться узлом (сборочной единицей) или деталью. К первой категории относятся все подшипники качения, состоящие из группы деталей (наружное и внутреннее кольца, тела качения, сепаратор и т. д.) и составные подшипники скольжения, а ко второй – подшипники скольжения, выполненные в виде единой детали - втулки.

Термин подшипник, по-видимому, связан с тем, что изначально эти устройства предназначались для опоры концевых цапф – шипов. Со временем фраза «под шип» превратилась в слово «подшипник».

***

История изобретения подшипников

Когда был изобретен первый подшипник скольжения неизвестно, можно только полагать, что это было очень давно. «Прародителями» подшипников качения можно считать примитивные устройства в виде бревен и кругляков, которые позволяли без особого труда перемещать тяжелые предметы по горизонтальной поверхности благодаря уменьшению сил трения. Такие приспособления человек применял с незапамятных времен. Впрочем, современное колесо тоже может претендовать на «родственные родительские связи» с такими устройствами.

Так или иначе, человеку давно было известно, что силы трения при качении в общем случае существенно ниже, чем при скольжении, и эти знания он с успехом применял на практике.

Первыми упоминаниями о подшипниках качения, как специализированных опорных узлах, предназначенных для использования в машинах и механизмах, относятся к концу XV века – в 1490 году знаменитый Леонардо да Винчи представил на суд инженеров первый в мире чертеж такого подшипника. К слову сказать, несмотря на то, что примитивные практические разработки в те времена уже были известны, чертежи да Винчи произвели фурор в среде технической интеллигенции. Спустя 300 лет, в 1794 году малоизвестным инженером из Англии был получен первый в мире патент на конструкцию подшипника качения, который в те годы не получил практического применения из-за несовершенства технологий и технических возможностей в машиностроении.

Лишь спустя почти столетие, в 1883 году американец Фридрих Фишер предложил конструкцию машины, позволявшей осуществлять качественное шлифование высокопрочных тел качения для подшипников с достаточным уровнем точности геометрических форм. Машина Фишера позволяла получить уровень шлифования шариков и роликов, который ранее был недостижим технически и технологически. Благодаря этой машине появился первый в мире подшипниковый завод в баварском городе Швейнфурте, где и сейчас производятся высококачественные подшипники качения.

***



Важным изобретением, позволившим осуществить производство тел качения для полноценных подшипников, является специальный сплав, предложенный в 1839 году американцем Исааком Баббитом. В состав сплава, названного по имени изобретателя «баббитом», входили свинец, медь, сурьма и олово. Баббит успешно используется и при производстве подшипников скольжения.

С тех пор совершенствование технологий производства подшипников эволюционировало стремительными темпами. Современные подшипники скольжения и качения являются высокоточными изделиями, получаемыми на специальном оборудовании и с использованием уникальных технологий.

В нашей стране первый подшипниковый завод ГПЗ-1 был основан в 1932 году в городе Москве. В настоящее время этот завод называется ОАО «Московский подшипник» и его производство ориентировано на заказы железнодорожников. Дворец культуры этого завода печально известен захватом заложников на мюзикле «Норд-ост» в октябре 2002 года. В последующие годы заводы по производству подшипников организованы во многих городах России.

Современные машины и механизмы невозможно представить без подшипников – они являются неотъемлемой составляющей конструкции любых технических устройств, предназначенных для выполнения механической работы.

Итак, все подшипники, в зависимости от вида трения, возникающего в опоре, подразделяют на две большие группы – подшипники скольжения и подшипники качения. Далее приведены особенности конструкции, преимущества и недостатки, а также особенности изготовления и эксплуатации современных подшипников разных типов.

***

Подшипники скольжения Подшипники качения


Главная страница
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты

k-a-t.ru

История возникновения подшипника

Главная » Статьи » История возникновения подшипника

Примитивные предшественники современного подшипника, так широко применяемого в наши дни, упрощали жизнь человека уже давно - 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. 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.

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 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 и конических. Даже в столь отдаленные от наших дней времена оценили то, что в продольных (упорных) подшипниках шарообразная форма элемента качения является более выгодной, чем цилиндрическая.

С начала нашей эры и до эпохи Возрождения отсутствует какая-либо информация о развитии конструкции подшипников качения. И только уже Леонардо да Винчи во многих своих конструкциях применил опоры качения, однако до начала XVIII века их использование не выходило за пределы проекта, или единичных применений. Следовательно, его с полным на то основанием можно назвать изобретателем подшипника качения. Леонардо да Винчи создал рисунок идеальной цапфы подшипника, оригинальность которой полагалась в замене трения скольжения на значительно меньшее по величине трение качения. Эта идея нашла свое применение в конце XIX в качестве шарикоподшипника, состоящего из внутреннего и внешнего колец, между которыми размещены вращающиеся шарики.

Первый металлический подшипник качения, сохранившийся по сей день, находился в подпоре ветряка, который был построен в 1780 г. в Англии в Спровстоне. Он состоял из двух дорожек качения литых из чугуна, между которыми находилось 40 чугунных шаров. Стоит заметить, что соотношение радиуса желобка дорожки и шаров составляет 1,22 что, правда, несколько больше чем в современных подшипниках. Однако уже тогда задумывались над необходимостью уменьшения сопротивления движению, причиной которого является скольжение в зоне стыка.

В XIX веке продолжалось совершенствование конструкции подшипников качения, а также расширение их применения в машинах и механизмах. Однако лишь в последнее двадцатилетие этого века введение технологии абразивной обработки сделало возможным достижение достаточной твердости и точности элементов подшипника. Прежде чем наступил перелом, в производстве шариков использовали круглые стальные прутья, которые формировали и обрабатывали вручную.

Отсутствие точности в таких действиях было причиной неравномерных нагрузок подшипников, которые постоянно деформировались. Перелом наступил благодаря 34-летнему технику и изобретателю Фридриху Фишеру, который был сыном Филиппа Морица Фишера. Фридрих Фишер сконструировал машину для шлифования стальных шариков, построил первый подшипниковый велосипед (1853 г.), изобрел первый полностью автоматический фрезерный станок, который функционировала как мельничный камень. Изобретение Фишера сделало возможным шлифование стальных закаленных шариков, которые подвергались процессу шлифования и, наконец, получили желаемую равномерную форму. Благодаря этому новшеству стальные шарики Фишера триумфально вышли на мировой рынок.

Однако шариковые подшипники подходили не для всех инженерных решений. В 1907 г. молодой шведский инженер Свен Вингквист нарисовал эскиз первого в мире качающегося подшипника. После Первой Мировой войны начался процесс повсеместного вытеснения подшипников скольжения подшипниками качения. Этому способствовало появление около 1920 г. роликовых подшипников, которые могли переносить значительно большие нагрузки. Вскоре появились и новые их разновидности: игольчатые подшипники, 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 безмасляные 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.

podshipnik71.ru

Первый Шарикоподшипник — Кто придумал? | Изобретения и открытия

Без него не поедет ни велосипед, ни автомобиль, не будет действовать ни один подъемник. Даже в компьютерах не обойтись без шарикоподшипников, обеспечивающих бесперебойный ход механических процессов.

Принцип, открытый заново

Идея шарикоподшипника насчитывает тысячелетия, но людям долго не хватало технических возможностей для ее воплощения. ! Около 330 г. до н.э. греческий I инженер Диад построил осадную [ машину, в которой тяжелый таран легко двигался по роликовым направляющим. Так был использован основной принцип подшипника качения: трение качения вместо трения скольжения. Но запатентован принцип шарикоподшипника был лишь в августе 1794 г. Изобретение Филипа Вогхэма не получило практического применения, поскольку стальные шарики ровнялись и полировались вручную, что не позволяло достичь необходимой точности.

Идея воплощается в жизнь

Шарикоподшипник был снова забыт, пока в 1839 г. Американец Исаак Бэббит не изобрел сплав из олова, меди, сурьмы и свинца, подходящий для рационального изготовления шариков. После этого в течение XIX в. было заявлено несколько патентов на конструкции шарикоподшипников, в особенности для технической новинки того времени — велосипеда. В 1883 г. Фридрих Фишер сконструировал машин), позволяющую шлифовать шарики из закаленной стали с необходимой точностью. Тем самым он не только заложил основы знаменитого швейнфуртского подшипникового производства, но и создал предпосылки для победного распространения по всему миру шарикоподшипников и других подшипников качения.

  • 3500 г. до н.э.: в Египте уже были известны опорные подшипники без шариков.
  • Около 700 г. до н.э.: кельты знали цилиндрические подшипники качения.
  • 1490 г.: Леонардо да Винчи сделал первые эскизы шарикоподшипника.
  • 1853 г.: Филипп Мориц Фишер сконструировал первый в мире подшипниковый педальный велосипед.

mjjm.ru


Смотрите также

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>