Триботехника и основы надежности машин

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Триботехника — наука о трении, изнашивании, смазке. Курс триботехники дает представление о природе и закономерностях внешнего трения и изнашивания шероховатых поверхностей, современных теориях трения, в частности молекулярно-механической теории, методах определения коэффициентов трения, расчете и прогнозировании интенсивности изнашивания; видах, природе и механизме абразивного изнашивания, значении смазок и присадок при трении и изнашивании, методике подбора материалов для трущихся деталей, методах повышения износостойкости, трении и изнашивании в особых условиях (в агрессивных средах, вакууме, при низких и высоких температурах), методах и оборудовании, применяемых для исследований трения и изнашивания, направления развития.

Большой вклад в развитие триботехники внесли такие ученые: С. Б. Айнбиндер, Б. В. Дерягин, В. А. Белый, Д. Н. Браун, Д. Н. Гаркунов; А. Ю. Ишлинский, И. В. Крагельский, Н. М. Михин, М. А. Левитин; К. Ипрамов; П. А. Ребиндер, М. Н. Хрущов; А. В. Чичинадзе, Ф. П. Боуден, Д. Тейбор.

Взгляды ученых по поводу трения отличаются. Так, представители английской школы (Ф.П. Боуден) считают главным в трении адгезионное взаимодействие двух тел, образование мостиков сварки. Разрушение этих мостиков обуславливает силу трения и износ. Они считают, что объемное деформирование поверхностных слоев играет незначительную роль, для металлов оно всегда пластическое, при этом коэффициент трения является величиной постоянной, его значение определяется отношением сопротивления на срез к твердости менее прочной составляющей пары трения.

Многие другие (в т.ч. отечественные) ученые природу трения объясняют несколько иначе: в нормальных условиях трения образование мостиков сварки между двумя телами может быть устранено смазкой, пленками окислов, первенствующую роль играет объемное деформирование микронеровностей, непрерывно образующихся под нагрузкой. Износ наступает в результате их усталостного разрушения из-за многократной их деформации, неровности деформируются как упруго, так и пластически. В этих условиях коэффициент трения для данной пары варьируется (меняется) в зависимости от давления, размера поверхности, температуры (лаб. работа); таким образом, /- комплексная характеристика зависит от свойств тел, геометрических очертаний микронеровностей и так далее.

Обе точки зрения существуют в реальных процессах.

Ценный вклад в изучение трения в XV веке внес Леонардо да Винчи. Он обосновывает невозможность создания вечного двигателя, одной из причин считает трение. Он впервые ввел понятие коэффициента трения, показал, что сила трения зависит от материала трущихся поверхностей, качества их обработки, изобрел роликовый и шариковый подшипники.

Рисунок 1 — Схема трения.

В 1699 г. француз Амонтон впервые сформулировал знаменитый и сейчас применяемый закон зависимости трения от величины нагрузки, нормальной к поверхности трения (рис.1):

Амонтон-трение — это подъем одного тела по поверхности другого.

Л. Эйлер (1750 г.) первый объяснил, почему сопротивление при переходе от состояния покоя к состоянию движения всегда больше (трение покоя и трение движения). Создателем науки о трении считается Шарль Кулон (1781г.). В труде «Теория простых машин» он охватил основные аспекты трения: сопротивление скольжению, качению, стягиванию, обобщил закон Амонтона и показал, что часть трения слабо зависит от нагрузки (или не зависит), то есть.

где, А — часть трения, зависящая от «сцепляемости» поверхностей трения.

Кулон показал, что трение зависит от многих факторов (нагрузка, скорость, материалы, шероховатость, смазка, температура). Исследуя трение качения, Кулон вывел формулу сопротивления перекатыванию Fк:

где х — коэффициент трения качения, имеет размерность длины; rрадиус перекатывания тела; Fnего вес, Н.

Эта формула используется и сейчас, хотя ее многократно пытались опровергнуть.

Б. Томпсон (1798г.) показал, что механическая энергия при трении не исчезает, а превращается в тепло.

В середине XIX века впервые были высказаны предположения об адгезионной природе трения (адгезия — сцепление, слипание поверхностей прижатых друг к другу тел).

Трудами многих ученых была разработана концепция молекулярномеханической природы трения, в которой процесс трения представляется как результат двух взаимосвязанных процессов: деформации контактирующих микронеровностей и молекулярного взаимодействия материалов на пятнах фактического контакта. По этой теории коэффициент трения (суммарный).

где FM — молекулярная (адгезионная) составляющая силы трения;

F0 — механическая (деформационная) составляющая силы трения;

ѓм — молекулярная (адгезионная) составляющая коэффициента трения;

ѓ0 — механическая (деформационная) составляющая коэффициента трения.

Триботехнику делят на 4 раздела:

Основы износостойкости при трении.

Конструктивные методы повышения долговечности и надежности ма;

Технологические способы повышения долговечности трущихся деталей.