Подшипники скольжения vs подшипники качения ― многолетнее противостояние

Как известно, в технике используется два основных типа опор валов и осей: подшипники скольжения и подшипники качения. Прообразы этих подшипников появились достаточно давно, но в современном понимании в различных областях техники первые появились значительно раньше и были основным типом опор длительное время. После появления (изобретения) подшипников качения они, ввиду целого ряда преимуществ, начали теснить подшипники скольжения. Это привело к резкому сокращению использования последних почти во всех машинах различного назначения, оставив подшипникам скольжения довольно ограниченный спектр опорных узлов, которые работают в специфических условиях, где подшипники качения уступают подшипникам скольжения.

Здесь мы рассмотрим в основном подшипники скольжения, которые использовались или используются в транспортных машинах (устройствах), от их появления, развития и до частичного или полного вытеснения опорами с подшипниками качения. Ввиду большого объема материала круг рассматриваемых транспортных устройств ограничен гужевым транспортом, железнодорожным подвижным составом, авиационными двигателями и ракетной техникой.

Гужевой транспорт

Это вид дорожного транспорта, как грузового, так и пассажирского, в котором транспортные средства (повозки) приводятся в движение животными(лошади, волы, буйволы и т. д). Поскольку речь идет о подшипниках, то рассмотрим колесные повозки.

Итак, появление подшипников связано с одним из величайших изобретений человечества — изобретением колеса. Споры о времени и месте появления колеса продолжаются до настоящего времени, но известно, что несколько тысяч лет назад первыми цивилизациями применялись колесные повозки различных видов.

Собственно, и своим названием подшипники обязаны опорам скольжения. Так, классическое название части вала или оси, на которой находится опора, — цапфа (нем. zapfen ). Цапфа, расположенная в середине вала, называется шейка, если же она находится на краю вала, то это шип, а соответственно, тот элемент конструкции, который находится под шипом, носит название подшипник (рис. 1).

На повозку обычно устанавливали одну или две оси. У первых повозок колеса со ступицей (опорная часть колеса) были крепко насажены на оси, которые вращались вместе с ними, как у железнодорожных вагонов, в подшипниках, неподвижно прикрепленных к кузову. Такие повозки, очень неповоротливые, и теперь существуют на острове Формозе.

Первые оси делали из дерева, отверстия в колесах были квадратные или круглые. Колеса насаживались на эти квадраты, закреплялись расклиниванием. Недостатки очевидны — ось вращается с двумя колесами совместно. И если надо повернуть повозку при движении, велика вероятность поломки либо квадратного выступа под колесо, либо самой оси, которая лопнет от скручивания. Это связано с тем, что при повороте колесо, которое движется по большому радиусу, должно пройти больший путь (вращаться быстрее).

Поэтому следующий этап совершенствования повозок — колеса устанавливаются на неподвижных осях, а колесо вращается относительно неподвижной оси, что позволяет колесам вращаться с различной скоростью.

Такими повозками долгое время пользовались наши предки — чумаки, которые ездили в Крым за солью (и другими товарами) на возах, запряженных волами

Продолжение статьи читайте в мартовском номере журнала "Наука и техника" за 2021 год.  Доступна как печатная, так и электронная версии журнала. Оформить подписку на журнал можно здесь.

В магазине на сайте также можно купить магниты, календари, постеры с авиацией, кораблями, сухопутной техникой.