1.2 Етапи розвитку тріботехніки

Тріботехніка, як і інші науки, безперервно розвивається. Етапи її розвитку пов’язані з створенням корабельної техніки, металообробної промисловості, залізодорожнього транспорту, автомобільної промисловості, авіації і космонавтики. В Царський Росії основи науки про тертя і спрацьовування були закладені в період організації Російської академії наук. Великий вчений М.В.Ломоносов сконструював прилад для дослідів зчеплення між частками тіл “долгим стиранием”, який є прототипом сучасних приладів для визначення зносостійкості матеріалів. М.В.Ломоносов є засновником теорії спрацьовування матеріалів і експериментальних досліджень в цій галузі, він зв’язав поняття міцності з уявленням про силу зв’язку між частками. Працюючи над підбором матеріалів для опор годинникових механізмів М.В.Ломоносов вказував на доцільність використання для цього скла.

Видатний внесок в науку про тертя вніс Л.Ейлер. Виведені ним залежності тертя гнучкої нитки, яка не розтягується, будучи перекинутою через шків, до цього часу використовують в цілому світі при розрахунках сил тертя у елементах з гнучким зв’язком.

Світову відомість одержали праці М.П.Петрова по теорії змащування підшипників. Над проблемою мастил працювали Н.Є.Жуковський і С.О.Чаплигін, які математично розробили питання по теорії змащувального шару за рубежем над гідродинамічною теорією змащування працювали О.Рейнольдс, А.Кінгсбері, Герсі і інші.

В Радянському Союзі перший огляд розвитку вчення про тертя і спрацьовування був виконаний в 1947 році професором Ленінградського інституту О.К.Зайцевим в книзі “Основы учения о трении, износе и смазке машин”. В 1956 році І.В.Крагельський і В.С.Щедров опублікували монографію “Развитие науки о трении”, в якій відзначають, що тертя уявляє собою складну сукупність багатьох фізичних явищ, і розкривають шлях розвитку наукової думки в цьому напрямку з XVI ст. до 40-х рр. XX сторіччя. Монографія про тертя без змащування написана вказаними авторами з глибоким аналізом першоджерел російських і зарубіжних робіт і одержала визнання в багатьох країнах.

На основі наведених робіт, а також матеріалів конференцій і семінарів можна поділити процес розвитку тріботехніки на наступні напрямки:

• Вчення про тертя і спрацьовування деталей машин.

• Конструктивні рішення питань тертя і спрацьовування.

• Технологічні методи підвищення зносостійкості деталей.

• Експлуатаційні заходи по підвищенню довговічності машин.

1.3 Вчення про тертя і спрацьовування деталей

Перші елементарні уявлення про тертя і спрацьовування виходили з чисто механічної точки зору, згідно якої механізм явищ полягає у тому, що при ковзанні, нерівності однієї поверхні, зачіплюються за нерівності другої, спряженої поверхні, що спричиняє зріз нерівностей. Внаслідок цього виникають нові нерівності. Процес продовжується з можливим вигладжуванням поверхонь тертя.

Ще в 20-х роках минулого сторіччя спрацьовування уявлялось як поєднання двох процесів, стирання і зминання, які протікають одночасно. Під першим розуміється відрив і зріз часток, з наступним їх видаленням. Мірою стирання є втрата маси об’єкту, що спрацьовується. Під зминанням розуміють зміну лінійних розмірів, що відбувається без втрати маси, за рахунок розплющування. Механічній теорії суперечить часто спостерігаєме підвищення інтенсивності спрацьовування при доведенні поверхні тертя до дуже малої шершавості; залишається неясним, чому при терті декотрих пар без мастильного матеріалу, при переході через певну швидкість ковзання, інтенсивність спрацьовування падає. Експерименти по тертю і спрацьовуванню матеріалів, які проводились в 30-х роках М.Фінком, встановили підвищене окислення металів при терті. Це спонукало ряд авторів вважати хімічні процеси найбільш важливими в кінетиці спрацьовування. Роботи в цьому напрямку проводились Б.І.Костецьким і його учнями І.В.Крагельським, Є.М.Швецовою, Г.В.Виноградовим і багатьма іншими.

В 1947 році вийшла в світ праця В.Д.Кузнєцова “Фізика твердого тіла”, в якій викладені питання фізики зовнішнього тертя твердих тіл. На основі аналізу основних праць по тертю і спрацьовування В.Д.Кузнєцов прийшов до невтішного висновку, що в області вивчення тертя панує майже чистий емпіризм. Він пише, що “спеціалісти по спрацьовуванню вважають, що спрацьовування можна вивчити тільки емпірично, шляхом проб, шляхом постановки таких експериментів, умови яких близькі до тих, які зустрічаються практично. При вивченні літератури по спрацьовуванню складається враження, що в цій області принципово не може бути ніяких загальних законів, а, тому, нема ніякого цензу робити спробу вносити в цю область які-небудь теоретичні уявлення, на основі яких можна заздалегідь передректи і обчислити спрацьовування”.

Далі В.Д.Кузнєцов пише, що “...задача наукових досліджень і полягає у тому, щоб розкрити природу спрацьовування, виявити загальні закономірності і вміти заздалегідь передректи спрацьовування в окремих випадках Якщо ми не переключимося на цей шлях, то ніколи не будемо в змозі зрушити науку про спрацьовування з мертвої точки. Процес спрацьовування - дуже складний процес і якщо ми будемо ставити наші дослідження так, що в них буде відтворена вся складність процесу, то можна з певністю сказати, що з цього нічого не вийде. Необхідно ставити досліди так, щоб складність процесу була розділена і щоб в кожному досліді домінувала якась, по змозі, одна частина процесу. Тільки вивчив ці процеси, ми зможемо зрозуміти процес спрацьовування в його складному вигляді”. Вдається, слова В.Д.Кузнєцова і в наш час не втратили своєї актуальності при вивчені спрацьовування твердих тіл.

Глибокі дослідження по спрацьовуванню твердих тіл з врахуванням середовища були виконані П.О.Ребіндером і його учнями. Ще в 30-х роках П.О.Ребіндер відкрив адсорбційний ефект зниження міцності твердих тіл, завдяки адсорбції поверхнево-активних речовин зменшується поверхнева енергія твердого тіла, що призводить до полегшеного виходу дислокацій. Все це має велике значення для пізнання природи тертя і спрацьовування металів. Диспергування металу при терті може бути підсилено або послаблено поверхнево-активними речовинами в багато разів. Праці П.О.Ребіндера і його учнів знайшли широкий відгук у всьому світі у спеціалістів не тільки по міцності матеріалів, але і по обробці металів, тертю і спрацьовуванню. На базі праць П.О.Ребіндера сформулювалась нова наука – фізико-хімічна механіка матеріалів, яка охоплює питання фізики, хімії і механіки в галузі створення і експлуатації нових матеріалів.

Успіхи в розробці фізичної сторони процесу тертя, залучення сучасних методів фізичного експерименту до дослідного вивчення тертя, докладне фізико-хімічне дослідження природи поверхневих шарів твердого тіла і великий експериментальний матеріал дозволяє глибше познати механізм тертя і спрацьовування.