Когда изобрели подшипник: История изобретения подшипника
alexxlab | 05.12.2022 | 0 | Разное
История подшипника
История подшипника
Примитивные предшественники современного подшипника, так широко применяемого в наши дни, упрощали жизнь человека уже многие тысячи лет тому назад. 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.
До II века до н.э. в древнем Египте и в Азии вместо подшипников при транспортировке тяжеловесных предметов использовались деревянные бревна. Аналогичный 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.
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.
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 XVII веке сконструирован механизм для открывания дверей с червячными передачами и коническими подшипниками.
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 1839 году американский ученый Исаак Бэббит стал изобретателем сплава, благодаря которому стало возможным производство шариков для полноценных подшипников качения. В состав сплава входили свинец, медь, сурьма и олово.
В 1853 г. Фридрих Фишер сконструировал машину для шлифования стальных шариков, что послужило основой создания компании по производству подшипников FAG.
В 1898 г. Генри Тимкеном, основателем американского производителя подшипников и стали The Timken Company, установлен на повозку с лошадьми конический подшипник
В 1907 г. Свеном Вингквистом нарисован эскиз подшипника качения. 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 в послевоенные годы, 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.
Ваше имя
Комментарий
Защита от роботов
Введите защитный код в поле ниже
Я согласен на обработку персональных данных
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.
Древние люди использовали простые подшипники
Размещено: 1 декабря 2016 г., 14:06:00
Прецизионные шарикоподшипники стали незаметной, но важной частью современной индустриальной эпохи. Почти в каждом типе машин, которые отвечают за какое-либо движение, используются подшипники, чтобы сделать их движение более плавным за счет уменьшения трения. Такая жизненно важная часть современных машин не материализовалась в мир полностью сформированной, но имеет долгую и богатую историю развития.
Деревянные ролики
На более ранних стадиях цивилизации, когда люди только начинали формировать зачатки племени для защиты от диких стихий, идея уменьшения усилий по перетаскиванию объекта на расстояние путем добавления под него катящихся деревянных бревен это было обнаружено.
Эта рудиментарная форма подшипника качения была открытием, которое на самом деле предшествовало изобретению самого колеса.
Некоторые из самых ранних примеров простых подшипников, подшипники скольжения, можно найти на древнеегипетских рисунках, на которых изображены тяжелые каменные строительные блоки, перемещаемые с помощью деревянных роликов, смазанных каким-то жидким составом. Другой очень ранний пример бревна скольжения, используемого для перемещения предметов, датируется 40 г. до н.э., а останки все еще находятся в том месте, где они были найдены в озере Неми, Италия.
Знаменитый художник Леонардо да Винчи, который также был изобретателем, использовал конструкцию подшипников качения во многих своих изобретениях, в том числе в вертолете, который датируется 1500 годом.
Древнее использование роликовНекоторые из способов, которыми простые подшипники, подшипники скольжения использовались в древнем прошлом, включают:
1. Перенос тяжелых грузов на большие расстояния более быстрым и эффективным способом.
2. Поддерживающие тяжелые конструкции, которые должны иметь возможность перемещаться вокруг своей оси.
3. Галилей описал систему использования роликов для уменьшения трения путем помещения роликов в металлические клетки, чтобы сами ролики не увеличивали трение, вызванное их движением. Остается недоказанным, использовалась ли эта система когда-либо на самом деле.
На заре индустриализацииДо того, как металлургические инновации позволили создавать металлические подшипники, используемые подшипники на основе дерева или камня были не очень эффективными для своих целей. Но наступление индустриальной эпохи потребовало и позволило создать металлические подшипники, которые смогли значительно снизить трение, существующее между двумя компонентами несущей нагрузки машины.
Патент на шариковый подшипник был выдан Филипу Вогану в Великобритании в 1794 году. Его конструкция стала основой для современного шарикоподшипника. Добавление шарикоподшипников позволило резко повысить эффективность процессов механической обработки, а связанное с этим увеличение количества заводов привело к переходу общества от аграрной культуры к индустриальной культуре.
Эта эволюция простых подшипников, подшипников скольжения привела к появлению современных высококачественных деталей подшипников, которые мы видим сегодня, способных снизить трение до еще более низкого уровня, в результате чего машины могут работать на более высоких скоростях, чем когда-либо.
История подшипника | Insight
Подшипники являются наиболее распространенным компонентом машин, который можно найти практически во всех отраслях промышленности в мире. Вы также найдете подшипники во многих предметах домашнего обихода, таких как детские игрушки, стиральные машины, вращающиеся стулья, микроволновые печи и DVD-плееры.
Легко недооценить важность подшипников в промышленности. Хотя на первый взгляд подшипники могут показаться второстепенным компонентом, работа многих приложений зависит от установленных в них подшипников. Если подшипник выходит из строя, оборудование останавливается, а время простоя быстро накапливается.
Вы, наверное, не удивитесь, узнав, что подшипники — не новое изобретение.
Но что, если мы скажем вам, что история подшипников восходит к временам Древнего Египта, начиная примерно с 2600 г. до н.э.?
В этой статье мы углубимся в историю подшипников, вернувшись в прошлое, чтобы узнать, как создавался этот важнейший компонент и как он развивался на протяжении многих лет.
Начало осанки
Первое представление о осанке восходит к древнеегипетскому периоду, около 2600 г. до н.э. Древние египтяне были одними из первых, кто использовал роликовые подшипники для перемещения больших каменных блоков при строительстве пирамид. Это позволило им гораздо легче транспортировать камни и привело к более быстрому строительству их знаменитых пирамид.
Тот же самый принцип воспроизводился на протяжении многих лет, когда наши предки использовали основные принципы подшипников в повседневной жизни. Например, был обнаружен пример деревянного шарикоподшипника, который датируется примерно 40 г. до н.э. Этот шариковый подшипник использовался для поддержки вращающегося стола, обеспечивая плавное и легкое движение.
См. ассортимент подшипников от ACORN
Как замешаны да Винчи и Галилей?
Вам может быть интересно, как именно Леонардо да Винчи и Галилей смогли принять участие в создании подшипника. Ну, а в 16 веке Леонардо да Винчи начал создавать чертежи и проекты раннего вертолета. Его конструкции представляют собой раннюю версию современного шарикоподшипника. Это был первый случай, когда шарикоподшипники использовались в концепции дизайна.
Перенесемся в 17 век, и Галилей впервые описал подшипник с сепаратором. Хотя он и не стал создавать подшипник, он ясно объяснил разработанные принципы, дав более поздним инженерам идею для работы.
Подшипник воплощен в жизнь
Именно в 18 веке подшипники стали чем-то большим, чем просто концепция дизайна, поскольку инженеры начали воплощать принципы в жизнь и создавать подшипники, которые напоминают подшипники, которые мы знаем сегодня.
Джон Харрисон был плотником и часовщиком, который намеревался создать устройство, которое вычисляло бы долготу в море, известное как морской хронометр. Это произвело бы революцию в области безопасности на море, позволив капитанам точно вычислять свое местоположение в любой момент времени. Именно во время этого тяжелого положения Харрисон изобрел первый роликовый подшипник с сепаратором в 1740 году.0003
В 1794 году Филипп Воан сделал еще один шаг вперед, получив патент на первую беговую дорожку с мячом. В этом патенте он объяснил, что железные шарики можно поместить между колесом и осью вагона поезда, чтобы уменьшить трение во время движения. Шары были запечатаны на месте пробкой, чтобы они не выкатились из своего положения.
Timken и SKF присоединяются к гонке
Предприятия быстро начали осознавать важность подшипников в промышленности, делая трудоемкие задачи проще и проще. Изобретатели изучили существующую конструкцию, чтобы попытаться улучшить ее и оставить свой след в истории.
В 1898 году Генри Тимкен получил патент на конический роликоподшипник. Затем в 1899 году он основал компанию Timken — популярного производителя подшипников, которого мы знаем сегодня. Этот конический роликоподшипник устанавливался в ступицу колеса конной повозки, что позволяло колесам вращаться плавнее, быстрее и дольше, чем когда-либо прежде.
Менее чем через десять лет, в 1907 году, человек по имени Свен Вингквист изобрел двухрядный самоустанавливающийся шарикоподшипник и подал заявку на патент в десяти странах. В том же году он основал компанию SKF, которая быстро начала производить 180 подшипников в день.
Современный подшипник
На протяжении 20-го века конструкция подшипника продолжала разрабатываться различными производителями, при этом новые конструкции создавались для использования во всех отраслях, областях применения и рабочих средах.
В настоящее время вы найдете подшипники почти в каждом промышленном применении, от стоматологических бормашин до колесных подшипников и почти во всем, что между ними.