20

Продолжение прил. А

Первая конструкция, которую действительно можно считать настоящим прототипом подшипника качения, была разработана древнегреческим инженером Диадом около 330 г. до н.э. Это была головка осадной вышки для разрушения крепостных стен. В конструкции Диада таран устанавливался на роликах, которые передвигались по желобкам, прорезанным в основании. Ролики были схвачены общей корзиной, которая управлялась с помощью канатов, перекинутых через неподвижные блоки. Канаты крепились к концам корзины. Интересно, что в таком решении в первый раз использовали не только принцип действия современных подшипников, но и ввели способ передачи движения через стык качения, который сейчас часто используется во фрикционных бесступенчатых передачах.

Возникновение первых прототипов современных продольных (упорных) шариковых подшипников традиционно относят к позднему этапу правления императора Калигулы. Археологами были найдены изготовленные в это время поворотные круги, механизмы которых являются самыми ранними примерами использования роликовых цилиндрических и конических, а также шариковых подшипников. Это первый известный случай использования элемента качения шарообразной формы. Уже тогда люди сумели оценить, что в продольных (упорных) подшипниках шарообразная форма элемента качения является более выгодной, чем цилиндрическая.

Современный подшипник качения, являющийся, по сути, производной от изобретения колеса, прошел длинную дорогу от древнейшего прототипа до современной формы через множество изобретений-посредников. Например, и в те далекие времена для борьбы с силой трения, поглощающей большое количество энергии, и,

21

Продолжение прил. А

соответственно, уменьшения нагрева, в подшипниках применялась смазка. Правда, раньше в этих целях использовали масла растительного происхождения. Для смазки осей телег, например, использовались разнообразные мази, которые получали из смолы деревьев. Однако растительным маслам свойственна очень низкая вязкость и, что еще более важно, склонность к высыханию. Значительно эффективнее было применение животных жиров, которые обогащались минеральными сгустителями. А на территориях, где на поверхность земли вытекали нафты (нефть, каменное масло), мази получали, нагревая эти субстанции.В древних гробницах были найдены колесницы правителей с сохранившимися на осях остатками смазки. Проведенный учеными анализ показал наличие в ее составе животного жира, смешанного с минеральными сгустителями (температура плавления около 50 ºС). Плиний Старший (23–73 гг. н.э.) привел 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.

С начала нашей эры и до эпохи Возрождения отсутствует какая-либо информация о развитии конструкции подшипников качения. Только Леонардо да Винчи во многих своих изобретениях использовал опоры качения, и именно его с полным на то основанием можно назвать изобретателем подшипника качения. Леонардо да Винчи создал рисунок идеальной цапфы подшипника. Его мысль нашла применение в конструкции шарикоподшипника, состоящего из внутреннего и внешнего колец, между которыми размещены вращающиеся шарики.

22

Продолжение прил. А

Первый металлический подшипник качения был установлен в опоре ветряка, построенного в 1780 году в Англии, в Спровстоне. Подшипник состоял из двух литых из чугуна дорожек качения, между которыми находилось 40 чугунных шаров. В XIX веке продолжалось совершенствование конструкции подшипников качения, а также расширение их применения в машинах и механизмах. Однако лишь на исходе столетия внедрение технологии абразивной обработки позволило достичь достаточной твердости и точности элементов подшипника. До этого в производстве шариков использовали круглые стальные прутья, которые формировали и обрабатывали вручную. Несовершенство такой технологии приводило к деформации подшипников из-за неравномерных нагрузок. Перелом произошел благодаря изобретениям 34-летнего техника Фридриха Фишера, который построил первый подшипниковый велосипед (1853 г.) и изобрел первый полностью автоматический фрезерный станок. Он сконструировал машину, которая позволила шлифовать стальные закаленные шарики и придавать им желаемую форму с большой точностью.

Однако шариковые подшипники подходили не для всех инженерных решений. В 1907 году молодой шведский инженер Свен Вингквист создал эскиз первого в мире подшипника качения. После Первой мировой войны начался процесс повсеместного вытеснения подшипников скольжения подшипниками качения. В начале 20-х годов прошлого века появились роликовые подшипники, которые выдерживали повышенные нагрузки. Вскоре были разработаны их новые разновидности – игольчатые, а позднее и конические подшипники. По сути, в эти годы подшипники приняли вид, который эти незаменимые детали имеют и в наши дни. Дальше развитие

23

Продолжение прил. А

шло по пути многочисленных усовершенствований конструкции, направленных на получении характеристик, отвечающих требованиям все усложняющейся техники. Но и в «новейшей истории» развития подшипника было немало революционных, прорывных решений.

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.

В середине 40-х годов, благодаря использованию металлокерамики, появились подшипники скольжения, кольца которых состояли из пористого металла, насыщенного смазкой, или из сплава бронзы и графита

пневматические подшипники. 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

24

Продолжение прил. А

подшипником составляет 50%, что может дать десятикратное увеличение прочности такого подшипника по сравнению с обычным шариковым подшипником, работающим в тех же условиях. В п редложенном 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 и 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, 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

25

Продолжение прил. А

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 двухкратно большую скорость вращения, чем его стальной аналог.

История производства подшипников в России началась в 1916 году, когда по инициативе Эммануила Нобеля, племянника создателя известной международной премии, было организовано Русское акционерное общество «Шарикоподшипник СКФ», положившее начало российской подшипниковой промышленности. После национализации предприятие было переименовано во «Второй государственный подшипниковый завод». Итория производства подшипников в СССР началась в конце 20-х годов прошлого века, когда было принято решение отказаться от импорта подшипников. 1 марта 1931 года было начато строительство завода, в марте 1932 завод начал давать первую продукцию, а в октябре 1932 года строительство завода-гиганта было завершено. С тех пор 1-й Государственный подшипниковый завод (ГПЗ-1) (ныне Дивизион «Московский подшипник», входящий в состав Европейской подшипниковой корпорации) был и остается крупнейшим производителем

26

Продолжение прил. А

подшипников на территории России. Первый государственный подшипниковый завод, ГПЗ-1, является родоначальником отечественной подшипниковой отрасли. Построенный в 1932 году, ГПЗ-1 стал крупнейшим производителем подшипников в мире и до сих пор сохраняет за собой лидирующие позиции в России и СНГ. 14 марта 1929 г. Высший совет народного хозяйства страны принимает решение о строительстве в Москве ГПЗ-1. Проект строительства был подготовлен в партнерстве с итальянскими конструкторами. 10 сентября 1930 г. на окраине столицы в районе Кожухово состоялась закладка первого камня в фундамент завода. 29 марта 1932 г. был подписан приказ №193 о вступлении в строй первой очереди шарикоподшипникового завода №1. В цехах было установлено около 5000 станков и машин в основном иностранного производства. Первая партия подшипников с завода была направлена Сталинградскому тракторному заводу.

Ввод в строй «Первого» завода позволил бурно развивавшемуся советскому государству отказаться от импорта стратегически важных подшипников. Так наша страна в 1930-х годах обрела независимость от западных поставщиков и смогла экономить миллионы золотых рублей, которые ежегодно тратились для закупок подшипников за рубежом. В предвоенные годы завод начал выпускать высококачественные подшипники типа «дуплекс», крупногабаритные, четырехрядные с диаметром наружного кольца более 1 м, подшипники с количеством оборотов до 65 тыс. в минуту. Во время Великой О течественной войны более 6 тыс. заводчан участвовали в защите Родины. А ГПЗ-1 был по частям эвакуирован в Свердловск, Саратов, Куйбышев и Томск. Вывезенные линии там и остались, на их базе запустили новые ГПЗ с порядковыми номерами 3, 4, 5, 6, успешно работающие и по сей день. На

27

Окончание прил. А

оставшемся в Москве оборудовании в кратчайшие сроки было организовано производство вооружения, в т.ч. детали к «катюшам» и минные взрыватели. После окончания войны ГПЗ-1 быстро восстановил свои мощности и сохранил лидирующие позиции в отрасли. В послевоенный период на заводе были созданы передовые на тот момент автоматические линии по производству подшипников. Опыт завода по автоматизации производства с успехом применяли на предприятиях Швеции, США и Японии. Завод постоянно наращивал производственные мощности и в середине 1980-х годов достиг показателя в 124 млн подшипников в год.

Первый подшипниковый неоднократно завоевывал международные награды за качественные разработки и уникальные решения. Успехи в освоении заводом мирового рынка доказывают тысячи солидных контрактов, заключенных на поставку подшипников в десятки стран. Высококлассные специалисты предприятия принимали участие в проектировании, обучении персонала и запуске подшипниковых заводов в странах Восточной Европы, Китае и др.

За выдающиеся достижения завод был удостоен орденов Ленина, Октябрьской Революции и Трудового Красного Знамени. ГПЗ-1 выполняет уникальные заказы. Достаточно отметить, что подшипники с клеймом «ГПЗ-1» побывали на Луне – в первом советском луноходе, на кремлевских башнях – в поворотных механизмах кремлевских звезд, традиционно используются в самых современных системах.

28

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Учебно-методическое обеспечение и информационное обеспечение дисциплины

Основная

1. Бронников Н. Л. Страницы истории техники. – Брянск, 1995. –

148 с.

2.Дятчин Н.И. История развития техники : учебное пособие. – Ростов н/Д : Феникс, 2001. – 320 с.

3.История техники /Авт.: Зворыкин А.А., Осьмова Н.И., Чернышев В.А., Шухардин С.В.; под ред. Милонова Ю.К. —М. : Изд-во социальноэкономической литературы, 1962. – 576 с.

4.Кириллин В. А. Страницы истории науки и техники – М. : Наука,

1986. – 512 с.

5.Лилли С. Люди, машины и история. – М. : Прогресс, 1970. – 480 с.

Дополнительная

1.Александров А. И. Из истории инженерной графики Урала и Сибири. – Свердловск, 1959. – 102 с.

2.Бадер О. Н. Древнейшие металлурги Приуралья. – М. : 1964. –

176 с.

3.Боровой СВ. История науки и техники. – М. : Просвещение,

1984. – 267 с.

4.Виргинский B. C., Хотеенков В.Ф. Очерки истории науки и техники (с древнейших времен до середины 15 века) : Пособие для учителя

–М. : Просвещение. 1993. – 287 с.

29

5.Виргинский B.C. Очерки истории науки и техники 16–19 веков : Пособие для учителя. – М. : Просвещение. 1984. – 287 с.

6.Виргинский B. C., Хотеенков В.Ф. Очерки истории науки и техники, 1870– 1917 гг. : Кн. для учителя. — М. : Просвещение, 1988. –

304 с.

7.Виргинский B. C. Очерки истории науки и техники XVI – ХIХ веков. – М. : Просвещение, 1984. – 278 с.

8.Дятчин Н. И. История развития техники : Справочное пособие. Барнаул : Изд-во АлтГТУ, 1999. — 57 с.

9.Евдокимов В. Д., Полевой С.Н. От молотка до лазера. – М. :

Знание, 1987. – 192 с.

10.Ермаков Ю. М. От древних ремесел до современных технологий.

–М. : Просвещение, 1992. – 127 с.

11.Загорский Ф. Н. Очерки по истории металлорежущих станков до середины 19 века. – М. – Л. , 1960. – 283 с.

12.Колчин Б. А. Техника обработки металла в Древней Руси. – М. , 1953. – 81 с.

13.Лепихов В.Т. В. Г. Наука и техника в ранних цивилизациях. В помощь изучающим вузовский курс «История науки и техники» и школьный курс «Человек и общество». – Курск, 1997. – 38 с.

14.Очерки истории техники в России с древнейших времен до 60-х годов 19в (Коллектив авторов). – М. : Наука, 1978. – 287 с.

15.От махин до роботов (в 2 кн.): Очерки о знаменитых изобретателях, отрывки из документов, научных статей, воспоминания, тексты патентов/ сост. М. Н. Ишков. – М. : Современник, 1990. – 414 с.

16.Развитие науки о резании металлов / под ред. Н. Н. Зорева – М. : Машиностроение, 1967. – 415 с.

30