Какие либо изобразительные (в виде рисунков) доказательства этого недоступны. Вероятно, битум использовался, чтобы избежать скрипа в движущихся контактах.
Явления трения использовались также при перемещении тяжелых предметов, их транспортировали на санях, которые тянули люди или животные, преодолевая, таким образом, сопротивление трения скольжения. Оно требовало только 30—40 % силы, необходимой для переноски этих предметов.
1.2. Ранняя цивилизация (после 3500 года до н.э..).
Существует несколько оставшихся изображений (рисунков) подшипников скольжения, датированных той эпохой. Например:
Каменный карман для нижней оси двери храма (Ассирия, приблизительно 2500 лет до н.э.) (Рис.1.1).
Рис.1.1
Транспортировка Египетского каменного колосса с использованием деревянных салазок, доказывающих первое применение смазочного материала в трибологических целях (Египет, примерно 2400 год до н.э.) (Рис.1.2).
Рис.1.2
Расчет трения доказывает то, что между полозьями салазок и деревянными болванами была применена смазка. Существуют некоторые предположения относительно типа смазочного материала: вода, грязь, ил из Нила, в который добавили оливковое масло.
Колеса, ободы которых ошипованы медными гвоздями для уменьшения износа (Рис.1.3).
Рис.1.3
Винтовые зубчатые колеса в устройстве для обработки хлопка (Индия) (Рис.1.4).
Рис.1.4
В Древнем Египте для снижения трения использовали круглые деревянные катки. За счет этого значительно снижалась сила, необходимая для перемещения тяжелых конструктивные элементов древних строений, поскольку трение скольжения заменялось трением качения. В некоторых случаях трущиеся элементы смазывались маслом для уменьшения сопротивления трения, потому что внешнее трение твердых тел заменялось внутренним трением жидкости. Накопленный опыт замены трения скольжения трением качения стал фундаментальным для эпохального изобретения, каким стало изобретение колеса.
1.3. Греко-римская эпоха (900 г. до н.э. - 400 н.э.).
Эта эпоха характеризуется развитием в области радиальных подшипников и зубчатых передач, а также первых конструкций роликовых подшипников.
Имеется несколько примеров, показывающих уровень развития узлов трения в то время:
Деревянные диффференциальные передачи в знаменитой "указывающей на юг" колеснице (Китай, примерно 255 год до н.э.) (Рис.1.5).
Рис.1.5
Железные кольца (втулки) в деревянных рамах, чтобы избежать трение железного вала по дереву и, как следствие, большего износа (Рис.1.6).
Рис.1.6
Передача Архимеда со всеми элементами червячной передачи (3 век до н.э.).
Роликовые подшипники для вращающихся платформ на Римских судах на озере Неми (примерно 50 год н.э.).
Фрагменты упорного шарикоподшипника (бронзовые шары перекатывались по деревянной платформе) (Рис.1.7).
Рис.1.7
Фрагменты упорного подшипника с коническими (суживающиеся к концу) роликами (деревянные ролики по деревянной платформе) (Рис.1.8).
Рис.1.8
Все применявшиеся тогда методы сводились к усовершенствованию конструкции подшипников скольжения и снижению сопротивления трения скольжения. Подшипники скольжения смазывались. Совершенствовались смазывающие свойства масел путем установления такой консистенции и адгезии, чтобы смазочный материал долгое время находился в зоне трения. Растительные масла имеют малую вязкость, и поэтому, стекая, они недолго смазывают зоны трения скольжения, кроме того, они быстро высыхают. В связи с этим их стали сгущать и постепенно заменять животными жирами.
Существуют описания производства битума и легкого масла из сырой нефти. Для установки поршней в водяные насосы наносились тонкие масляные пленки для облегчения этого процесса
Оси повозок смазывали также разного рода мазями из древесной смолы. Такие мази получали и из «выкипяченной» долгим нагреванием нефти. Это подтверждается результатами археологических исследований гробниц древних правителей, в которых на осях их колесниц найдены остатки смазки из животных жиров, сгущенных минеральными присадками. Температура плавления этих веществ около 50°С. В архивах имеется перечень растительных масел и животных жиров, использовавшихся для смазывания, составленный Плинием-старшим (23—73 гг. нашей эры).
Известно, что при определенном сочетании материалов в узлах трения, трение и износ могут быть уменьшены. Также было известно, что применение масляных пленок уменьшает трение.
1.4. Средневековая эпоха (400 г. н.э. - 1450 г.).
В течение этого долгого периода времени едва ли произошли какие-либо усовершенствования элементов машин. Эта эпоха может характеризоваться как период стагнации. Вероятно, можно заметить некоторые усовершенствования в выборе материалов. Несколько примеров:
Валы размалывающих камней с зубчатыми передачами (мельница в Бокеле, примерно 1200 год) (Рис.1.9).
Рис.1.9
Часовой механизм средневековых часов собора в Уэлсе с металлическими зубчатыми передачами и латунными радиальными подшипниками (1392 год) (Рис.1.10).
Рис.1.10
1.5. Эпоха Возрождения (1450-1600).
Это была эра Леонардо да Винчи, гениального художника, инженера, архитектора.
Леонардо да Винчи (1452-1519),
Рис.1.11
Талантливый человек во всем талантлив, но лишь немногие гении были гениальны во всем, что бы они ни делали, и, пожалуй, за всю историю человечества только один человек - Леонардо да Винчи заслуживает звания абсолютно универсального гения. Как художник, скульптор и инженер он превосходил своих современников. Как ученый он обогнал свою эпоху на века. Среди бесчисленных научных достижений и первая формулировка законов трения. Он ещё в 1519 утверждал, что сила трения, возникающая при контакте тела с поверхностью другого тела, пропорциональна нагрузке (силе прижима), направлена против направления движения и не зависит от площади контакта.
Эта эпоха характеризуется трудностями в реализации новых теоретических знаний на практике. Некоторые примеры такой ситуации:
Примитивные радиальные подшипники в зубчатых передачах механизмов водяных насосов (примерно 1500 год) (Рис.1.12).
Рис.1.12
Но некоторый прогресс может быть отмечен: часовой механизм собора в Юберлингене (1549) (Рис.1.13).
Рис.1.13
Новых смазочных материалов не создавалось, но Леонардо да Винчи обнаружил, что трение может быть уменьшено применением доступных растительных и животных масел. Сначала смазывание было разовым или периодическим, потом появились масляные ванны для смазывающие колец.
Леонардо да Винчи занимался многими вопросами деталей машин, трения и износа. В процессе своих исследований он обнаружил, что существует соотношение между нагрузкой и силой трения. Он также определили первые законы сухого трения, суть которых в следующем:
· Сила трения прямо пропорциональна нагрузке.
· Сила трения не зависит от видимой (номинальной) площади контакта.
· Сила трения не зависит от скорости скольжения.
Применяя эти результаты он установил:
· Преимущества качения перед скольжением.
· Преимущества линейного/точечного контакта перед контактом по площади.
· Преимущества обеспечения расстояния между телами качения в подшипниках качения.
В его альбоме мы находим примеры:
Упрощенной формы сепаратора роликового подшипника (Рис.1.14).
Рис.1.14
Эскизы для упорных шариковых подшипников и роликовых подшипников с коническими телами качения.
Эскиз зубчатой передачи для преобразования вертикального движения во вращательные (Рис.1.15).
Рис.1.15
Вместе с практическими решениями, касающимися трения, появились первые научные работы по трибологии. Первые научные рассуждения на тему трения твердых тел обнаружены в записях Леонардо да Винчи, датируемых второй половиной XV в., в них много правильных утверждений, подкрепленных расчетами, например, указано на пропорциональность сопротивления трения нагрузке на трущиеся поверхности тел и на то, что тела с шероховатой поверхностью имеют большее сопротивление трения. Таким образом, закон, согласно которому сила трения прямо пропорциональна нагрузке был открыт Леонардо да Винчи, считавшим, что коэффициент трения обычно равен 0,25.
Работы Леонардо да Винчи были забыты, и трением снова стали интересоваться в рамках развития других наук спустя почти два столетия. И. Ньютон сформулировал закон, определяющий зависимость между сопротивлением внутреннего трения жидкости и силой, необходимой для преодоления этого сопротивления.
1.6. Эпоха начала промышленной революции (1600-1750 гг.)
Этот период охарактеризовался замечательными достижениями в конструировании подшипников и зубчатых передач. Примеры этого следующие:
Определение эвольвенты зубчатого колеса и геометрических принципов зубчатых зацеплений Хьюгенсом (1665), де ла Найэром (1694) и Леопольдом.
Механизм для открывания дверей с червячными передачами и коническими подшипниками (17 век) (Рис.1.16).
Рис.1.16
Подшипники для станочного инструмента с разделенными регулируемыми подшипиковыми блоками для компенсации износа (Плюмис, 1701 год) (Рис.1.17).
Рис.1.17
Однако все еще находили некоторое применение деревянные зубчатые передачи.
Новые смазочные материалы не разрабатывались, однако применение известных становится все более важным.
В китайских публикациях за 1637 год мы можем прочесть что "одна капля масла в подшипник делает повозку, а тысяча капель - корабль, готовым к эксплуатации".
Многие исследователи осознали, что свиной жир (Амонтон, де ла Найар) и растительные масла могут использоваться как смазочные материалы.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12
