Доисторическая эпоха (до 3500 года до Н. Э. )

Человек начал сталкиваться с проблемами, изучаемыми трибологией, еще на заре своего существования, задолго до того, как он, пытливо вглядываясь в окружающий мир, стал использовать известные ему из повседневного опыта факты для того, чтобы облегчить свою жизнь. В борьбе за существование человек постепенно приобретает новые знания и умения — в том числе в области трибологии, объем которых медленно, но непрерывно увеличивается. Уже в эпоху палеолита человек научился добывать огонь трением, что впервые доставило ему возможность хоть в чем-то не зависеть от стихийных сил природы и тем окончательно отделило человека от животного мира. Это открытие и вызванная им важнейшая хозяйственная революция произвели на людей такое колоссальное впечатление, что его отголоски донеслись до недавнего времени. Энгельс писал по этому поводу: «Практическое открытие превращения механического движения в теплоту так старо, что от него можно было бы считать начало человеческой истории. Какие бы достижения ни предшествовали этому открытию огня — в виде изобретения орудий и приручения животных, — но, только научившись добывать огонь с помощью трения, люди впервые заставили служить себе некоторую неорганическую силу природы. Какое глубокое впечатление произвело на человечество это гигантское, почти неизмеримое по своему значению открытие, показывают еще теперешние народные суеверия... Долго спустя, после того как людям стали известны другие способы получения огня, всякий священный огонь должен был у большинства народов добываться путем трения». Получение огня при помощи трения осуществлялось у разных народов различными методами: высверливанием, выскабливанием, высеканием. Первые два из них были основаны на том, что концом твердой палочки быстро терли (вращательно или поступательно) по небольшому участку поверхности куска дерева, обеспечивая фрикционный разогрев легковоспламеняемого материала до температуры его возгорания. Высекая огонь ударами камня о камень (много позже — камня о железное кресало), человек также преобразовывал работу трения в теплоту, обеспечивающую воспламенение трута.

Дальнейшее неосознанное использование человеком еще не известных ему законов трибологии продолжалось в эпоху мезолита, а затем и неолита. Сверление применяли уже не только для добывания огня, но и для изготовления орудий. Между X и IV тысячелетиями до н. э. при перетаскивании тяжелых блоков использовали цилиндрические катки. Появились первые ручные мельницы — два отшлифованных камня, между которыми растираются зерна. Большую роль в дальнейшем прогрессе человечества сыграли приспособления, реализующие вращательное движение. Прежде всего — это гончарный круг (сначала — ручной, затем ножной), при помощи которого можно было производить глиняную посуду более правильной формы и с большей производительностью труда. Такое приспособление, появившееся на Древнем Востоке в конце IV — начале III тысячелетия до н. э., а в Европе — в X—IX веке до н. э., требует использования подшипникового узла, обеспечивающего достаточно низкое трение. Строительство жилищ, снабженных дверью, потребовало создания дверных петель. Их заменяли выемками в деревянных или каменных порогах, в гнезда которых вставлялись прикрепленные к двери штыри. Деревянные пороги с такими гнездами были найдены в жилищах эпохи неолита в Центральной Европе, а каменные пороги с гнездами применялись в ассирийских деревнях 6—7 тыс. лет назад. 7 тысяч лет назад в Скандинавии появились лыжи, позволившие передвигаться по снегу с малыми потерями на трение.

В эпоху ранних цивилизаций уровень трибологических знаний растет, и это отражается на прогрессе техники. Более осознанное понимание преимущества трения качения перед трением скольжения при перемещении грузов приводит к изобретению колеса и созданию колесных экипажей, о чем свидетельствуют многочисленные археологические находки. В IV—III тысячелетиях до н. э. в Двуречье появились первые колесные повозки, а с начала III тысячелетия до н.э. появились даже специальные обозначения для грузовых и боевых повозок.

Рис. 1. Повозка (a) и сани (б) — пиктограммы из Урука, 3000 г. до н. э.

До наших дней сохранились древнейшие модели повозок конца IV тысячелетия д. н. э. из древнего Урука, пиктограммы из Урука, изображающие повозку и сани (рис. 1)

Рис. 2. Египетская колесница времени Нового царства, XV—XIV в. до н. э.

Музей во Флоренции

Процессы изготовления колесниц, в частности колес, запечатлены на древнеегипетских настенных рисунках. Сохранились и подлинные древние колесные экипажи (рис. 2).

Позднее (в начале I тысячелетия д. н. э.) появляются блоки, ставшие важным элементом подъемных механизмов. Поистине шедевром античной технической мысли было использование возможностей трения качения по сравнению с трением скольжения при транспортировке гигантских колонн храма Артемиды Эфесской в VI веке д. н. э. Для того чтобы протащить их по заболоченной местности, архитектор Херсифрон просверлил в торцах колонн отверстия, вставил в них штыри, служащие осями колонн. Эти оси были установлены в подшипниках, представляющих собой металлические втулки, заделанные в деревянную раму, ставшую, таким образом, корпусом, в котором был смонтирован каток, т.е. колонна.

Существует несколько оставшихся изображений (рисунков) подшипников скольжения. Например:

Каменный карман для нижней оси двери храма (Ассирия, приблизительно 2500 лет д. н.э.) (Рис.3).

Рис.3 Каменный карман для нижней оси двери храма

Транспортировка Египетского каменного колосса с использованием деревянных салазок, доказывающих первое применение смазочного материала в трибологических целях (Египет, примерно 2400 год д. н. э.) (Рис.4).

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.

 

Рис.4. Каменный карман для нижней оси двери храма

 

 

Колеса, ободы которых ошипованы медными гвоздями для уменьшения износа (Рис.5).

Рис.5. Колеса шипованные медными гвоздями

Винтовые зубчатые колеса в устройстве для обработки хлопка (Индия) (Рис 6).

Рис.6. Винтовые зубчатые колеса в устройстве для обработки хлопка (Индия)