КАК МЕНЯЛСЯ ПОДШИПНИК: ИСТОРИЯ САМОГО МАССОВОГО КОМПОНЕНТА В АВТОМОБИЛЕСТРОИТЕЛЬНОЙ ОТРАСЛИ

Подшипники удерживают вращающиеся компоненты механических систем и снижают трение между осью или валом и поддерживающими деталями. Их устанавливают в ходовую часть, трансмиссию, сцепление, детали рулевого управления, коробки передач, двигатели, топливные насосы и многие другие системы автомобиля. О том, как развивались подшипниковые технологии в России и за рубежом, мы и поговорим в нашей статье.

Что известно о первых подшипниках

Первый подшипник скольжения появился, когда изобрели телегу — в 407-408 годах до нашей эры, а древнегреческий военный изобретатель Диад Пеллийский использовал его для таранного орудия, которым ломали крепостные стены, в 330 году до нашей эры. Но поделки в виде колец из камня, похожих на примитивные подшипники скольжения, появились гораздо раньше — археологи нашли их при раскопках поселений неолитической эпохи каменного века. Первые шариковые подшипники обнаружили в корабельных механизмах времён древнеримского императора Калигулы. В XV веке Леонардо да Винчи спроектировал чертёж подшипника, между внешним и внутренним кольцом которого расположены вращающиеся шарики и ролики.

Металлические подшипники начали использовать в конце XVIII века — например, в 1780 году в английском городе Спроустоне в опору ветряка установили подшипник с двумя дорожками качения и 40 шариками из чугуна. В России с помощью конструкции из обитых листовой медью брёвен с углублениями и бронзовых шаров диаметром 12,7 сантиметров перемещали пьедестал для «Медного всадника», а в 1791 году Иван Кулибин построил самокатную повозку с дисковыми подшипниками, которые напоминали современные роликовые подшипники.

От изобретений к массовому производству

В 1839 году изобретатель и ювелир из штата Массачусетс Исаак Баббит разработал подшипник с низкой силой трения: в корпус этого подшипника он залил слой антифрикционного сплава олова, меди и сурьмы, который и назвали в честь его фамилии «баббитом». Благодаря мелким твёрдым частицам меди и сурьмы, вплавленным в олово, баббит по свойствам похож на композитный материал с металлической матрицей.

Ещё больше снизить силу трения подшипников позволила гидродинамическая теория смазки, к которой независимо друг от друга пришли русский и английский учёные Н. П. Петров и О. Рейнольдс: они обнаружили, что, когда вал вращается с высокой частотой, образующееся в масле давление не позволяет соприкасаться ему с подшипником. Результатом их экспериментов стали подшипники скольжения.

До конца XIX века не было шлифовальных машин, поэтому невозможно было изготовить шарики идеально круглой формы, и подшипники быстро изнашивались из-за высокого трения. Первую автоматизированную шлифовальную машину, которая позволяла обрабатывать поверхность стальных шариков, в 1883 году создал Фридрих Фишер. В 1905 году он зарегистрировал компанию по производству подшипников — FAG (Fischer's Automatische Gussstahlkugelfabrik — Автоматическая фабрика стальных шариков Фишера), которая в итоге стала одним из мировых лидеров по производству шариковых и роликовых подшипников для автомобильной, авиационной, космической и станкостроительной промышленной отрасли.

В 1898 году американец Генри Тимкен запатентовал конический роликовый подшипник для колёс гужевой повозки. Уже через год после этого его компания наладила массовое производство конических, а позже — игольчатых подшипников. Предприятие Тимкена было первым, где наладили автоматизированное производство подшипников, а в XXI веке семейным бизнесом продолжают заниматься его потомки — сейчас подшипники и комплексные узлы Timken используют в ступицах, ведущих мостах, коробках передач, бесступенчатых трансмиссиях и механизмах рулевого управления легковых и грузовых автомобилей.

В 1907 году шведский инженер Свен Вингквист спроектировал двухрядный шариковый подшипник и основал концерн SKF. Сначала самоустанавливающийся шариковый подшипник, который он изобрёл, не пользовался высоким спросом: за первый год работы штат SKF, в котором было 15 сотрудников, изготовил всего 2200 подшипников. Но к 1914 году производство выросло до международных масштабов — SKF открыл филиалы в Голландии, Бельгии, Норвегии и России. В 1918 году у SKF было уже 12 заводов, торговые точки в 100 странах и 12 тысяч сотрудников, а сейчас количество заводов выросло до 80, работников — до 41 тысячи, география представительств торговли — до 130 стран. В 1920 году SKF разработала сферический роликовый подшипник, рассчитанный на высокие нагрузки.

В 1930-х годах для подшипников спроектировали съёмный вкладыш из стальной изогнутой ленты с антифрикционным слоем на основе баббита, а в 1945 году появились первые безмасляные подшипники скольжения с пористым вкладышем из металлокерамики, антифрикционные свойства которых были ещё выше, чем у баббитовых.

Сейчас в конструкции некоторых подшипников вообще нет металла — их внутреннюю рабочую поверхность изготавливают из углепластика с мелкодисперсным политетрафторэтиленом, а корпус — из конструкционного стеклопластика. Преимущества таких подшипников в устойчивости к нагрузкам, влажной и химически агрессивной среде, а также в низком шуме и невысокой стоимости. Развитие отрасли ускорили строительство передовых заводов по всему миру, компьютерные программы, с помощью которых можно проектировать подшипники любой конструкции, и внедрение синтетических смазочных материалов.

Как развивались подшипниковые технологии в СССР

В России в промышленных масштабах подшипники начали изготавливать в 1916 году в связи с запланированным строительством пяти автомобильных заводов. Николай II заключил контракт с руководством шведской компании SKF — одного из крупнейших изготовителей подшипников, — которая стала управлять производственным процессом, и основал Русское акционерное общество «Шарикоподшипник СКФ», в числе соучредителей которого был нефтепромышленник Эммануэль Нобель — племянник создателя всемирно известной премии.

После революции работу предприятия остановили, а в 1923 году привлекли частных инвесторов и возобновили производственный процесс. В 1932 году на деньги инвесторов из итальянской компании RIB и американского концерна Timken в Москве организовали ещё одно предприятие, которое назвали Первым государственным подшипниковым заводом (ГПЗ-1), а через год основанное при Николае II предприятие, которое на самом деле было первым, назвали Вторым государственным подшипниковым заводом (ГПЗ-2). На ГПЗ-1 планировали выпускать 24 миллиона подшипников в год. Первую партию собрали 19 января 1932 года, а к 1936 году завод перевыполнил план в полтора раза, стал одним из крупнейших в мире предприятий по производству подшипников.

Когда началась Великая Отечественная война, оборудование из московских производственных цехов из-за обстрелов перевезли в другие города — так появились новые ГПЗ в Екатеринбурге, Самаре, Томске и Саратове. После войны на ГПЗ-1 организовали первую автоматизированную линию, заводы, которые открыли в военные годы, продолжили работу, а в других городах построили новые — всего в Советском Союзе их было 34.

В начале 1990-х годов объёмы производства российских подшипников сократились, поэтому местные предприятия стали закупать зарубежные. Несмотря на это, в 2000-х годах российские инженеры улучшили старые технологии — например, благодаря учёным Самарского государственного аэрокосмического университета пожароопасное масло в подшипниках для электростанций заменили на воду.

Три государственных подшипниковых завода, доставшиеся России от СССР, объединились в Европейскую подшипниковую корпорацию, а некоторые другие были ликвидированы в 2000-х и 2010-х годах — например, производство на ГПЗ-1 было остановлено в 2014 году из-за банкротства. Опустевшую нишу отечественного рынка заняла немецкая группа компаний Schaeffler, которая в этом же году открыла завод в Ульяновске и стала поставлять с него подшипники российским и зарубежным автопроизводителям.

В 2023 Schaeffler объявила, что продаёт свой бизнес в России. Многие другие зарубежные компании по производству автомобильных комплектующих тоже ушли с российского рынка. Их место заняли отечественные компании — например, широкий ассортимент автомобильных подшипников для России производит Metaco®.

Итак, подшипник — важная деталь, которая прошла длинный эволюционный путь, прежде чем стала незаменимым компонентом во многих автомобильных узлах, а технологии её производства продолжают развиваться.