Трибология - наука о трении Видеоматериалы
Трибология (от греч. tribo – растираю) - наука, занимающаяся изучением трения и износа узлов машин и механизмов. Результаты научной деятельности трибологов касаются явлений, возникающих при контакте двух перемещающихся относительно друг друга поверхностей. Как правило, целью трибологических исследований и разработок является уменьшение износа и предупреждение повреждений трущихся поверхностей путем применения соответствующих смазочных материалов и иными способами. Трибология граничит с такими смежными дисциплинами, как металловедение, сопротивление материалов, физика, химия и т. п.
Свое начало трибология берет в глубокой древности. Основные детали узлов машин, радиальных подшипников, роликоподшипников, зубчатых передач, были известны в доисторическую эпоху примерно пять тыся лет назад.
![трибология наука о трении Просто подшипник](/InFo-data/item_019/spic_0006830.jpg)
Существует несколько оставшихся изображений (рисунков) подшипников скольжения, датированных той эпохой. Например, каменный карман для нижней оси двери ассирийского храма (приблизительно 2500 лет до н.э.) и изображение транспортировки Египетского каменного колосса с использованием деревянных салазок, доказывающих первое применение смазочного материала в трибологических целях (примерно 2400 год до н.э.). Расчет трения, произведенный современными трибологами, доказывает то, что между полозьями салазок и деревянными болванами была применена смазка. Существуют некоторые предположения относительно типа смазочного материала: вода, грязь (ил) из реки Нил, в который добавили оливковое масло.
В античности (900 г. до н.э. - 400 н.э.) наблюдалось значительное развитие технической мысли в области применения 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.). Железные кольца (втулки) использовались в деревянных рамах, чтобы избежать трения железного вала по дереву и, как следствие, большего износа.
- 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).
- Фрагменты упорного подшипника с коническими, сужающимися к концу роликами (деревянные ролики по деревянной платформе).
В течение Средневековья (400 г. н.э. - 1450 г.) не произошло значительных усовершенствований элементов машин. Это время может характеризоваться как период стагнации. Среди интересных изобретений:
- Валы размалывающих камней с зубчатыми передачами (мельница в Бокеле, примерно 1200 год).
- Часовой механизм средневековых часов собора в Уэлсе с металлическими зубчатыми передачами и латунными радиальными подшипниками (1392 год).
Эпоха Возрождения (1450-1600), эра Леонардо да Винчи (1452-1519), гениального художника, инженера, архитектора, характеризуется трудностями в реализации новых теоретических знаний на практике.Например:
- Примитивные радиальные подшипники в зубчатых передачах механизмов водяных насосов (примерно 1500 год) и часовой механизм собора в Юберлингене.
- Механизм червячных передач (1588).
Новых смазочных материалов не создавалось, но Леонардо да Винчи обнаружил, что трение может быть уменьшено применением доступных растительных и животных масел. В процессе своих исследований он обнаружил, что существует соотношение между нагрузкой и силой трения. Он также определили первые законы сухого трения. Применяя свои законы, он установил:
- Преимущества качения перед скольжением.
- Преимущества линейного/точечного контакта перед контактом по площади.
- Преимущества обеспечения расстояния между телами качения в подшипниках качения.
В альбомах Леонардо да Винчи мы находим примеры:
- Упрощенной формы сепаратора роликового подшипника.
- Эскизы для упорных шариковых подшипников и роликовых подшипников с коническими телами качения.
- Эскиз зубчатой передачи для преобразования вертикального движения во вращательные.
Эпоха начала промышленной революции (1600-1750 гг.) замечательна 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.
- Сконструирован механизм для открывания дверей с червячными передачами и коническими подшипниками (17 век).
- Подшипники для станочного инструмента с разделенными регулируемыми подшипиковыми блоками для компенсации износа (Плюмис, 1701 год).
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.
Все больше и больше ученых в эпоху начала промышленной революции вовлекаются в разработку теорий трения и изнашивания.
- Роберт Хук (1680) вывел закономерности трения качения;
- Исаак Ньютон (1687) определил вязкость как меру внутреннего трения жидкостей: вязкость = напряжение сдвига / скорость света.
- Гильом Амонтон (1699) подтвердил законы трения Л. да Винчи;
- Леонард Эйлер (1750) - аналитическое определение трения; обозначил коэффициент трения символом m.
Период технической революции (1750-1850 гг.) характеризуется улучшением в понимании функционирования элементов и деталей машин, что и привело к более совершенным их конструкциям - это эра Джеймса Ватта.
- Примеры зубчатых зацеплений:
- Зубчатые передачи для машины прокатки листового металла (1758).
- Механизмы, сконструированные Джеймсом Ваттом (1781).
- Примеры радиальных подшипников:
- Предложение конструкции радиальных подшипников для осей экипажа, сделанные Фелтоу (1794).
- "Высокотехнологичный" подшипник колеса железнодорожного вагона (1830).
- Примеры роликовых подшипников:
- Ранний вариант роликового подшипника флюгера зала Независимости в Филадельфии (1770).
- Шарикоподшипник колеса с максимальным количеством шаров для увеличения несущей способности без внутреннего кольца и сепаратора (Патент Вогана, 1794).
В этот период для применения были доступны несколько видов животных, растительных и минеральных масел, также как и твердых смазочных материалов. Было выдано несколько патентов
Развитие фундаментальных основ науки о трении и изнашивании может быть охарактеризовано перечислением выдающихся ученых того времени и их достижений:
- Шарль Августин Кулон (1785): подтверждение законов трения Л. Да Винчи и Амонтона.
- Джордж Рени (1825): измерение трения и износа; первый список коэффициентов трения для различных материалов; зависимость износа от смазки.
- Шарль Хатчет (1803): зависимость износа от материала.
- Клод Луи Навье (1822): определение и использование слова "вязкость".
- Джордж Габриэль Стокс (1845): определение совместно с Навье уравнений движения, ставших позднее основой гидродинамической теории.
В течение 75 лет технического прогресса (1850-1925 гг.) все еще довольно примитивные конструкции применялись для подшипников и зубчатых передач, выбор материалов был очень простым, но некоторые значительные усовершенствования могут быть отмечены:
- Смазываемый водой радиальный подшипник для буксы, сконструированный Артсом (1860).
- Шариковые, а затем и роликовый подшипник с возможностью компенсации углового перекоса, сконструированный Вингквистом, основателем SKF.
- Зубчатая передача для первого электрического локомотива, сконструированная Сименсом (1879).
- Ведущая шестерня главной передачи для автомобиля (1902).
- Шевронная зубчатая передача для морского редуктора (1913).
- В области смазочных материалов были сделаны следующие достижения:
- Растительные и животные масла интенсивно вытеснялись минеральными маслами.
Наиболее характерными для практического применения были следующие смазочные масла, полученные дистилляцией (перегонкой) и очисткой (1916): легкое и тяжелое веретённое масло; компрессорное масло; легкие и тяжелые машинные масла; очищенные цилиндровые масла.
Первые присадки в масло: диспергированный графит, эмульгаторы; компоненты, повышающие вязкость.
Известные ученые, инженеры и трибологи исследовали соотношение между трением, износом и смазкой, особенно применительно к радиальным подшипникам. Наиболее важное открытие было сделано Б. Тауэром в 1885 г., который обнаружил развитие гидродинамического давления в радиальных подшипниках. Это открытие привело к успехам в конструировании и эксплуатации подшипников.
В ряду знаменитых имен того времени:
- Густав Адольф Гирн (примерно 1880 год): подтвердил законы трения Л. да Винчи, Амонтона и Кулона.
- Генрих Рудольф Гер (1881): физические законы трения качения.
- Бишам Тауэр (1883): определил развитие гидродинамического давления в радиальных подшипниках. Интеграл гидродинамического давления в окружном и осевом направлении равен средней нагрузке подшипника.
- Николай Павлович Петров (1883): законы трения концентрических радиальных подшипников.
- Осборн Рейнольдс (1885): математическая разработка гидродинамических эффектов. Уравнение Рейнольдса для гидродинамического давления - основа для расчета подшипников.
- Ричард Штрибек (1902): измерение трения / подтвердил наличие гидродинамических эффектов. Кривая Штрибека: соотношение между трением, нагрузкой, скоростью и вязкостью.
- Йоаганн Вильгельм Зоммерфельд (1904): предложил аналитическое решение уравнения Рейнольдса. Ввел число Зоммерфельда.
С 1925 года по настоящее время произошли особо внушительные достижения в области машиностроения (конструирование узлов трения).Подшипники и зубчатые передачи получили дальнейшее развитие путем внедрения теоретических разработок в практику. Этот процесс происходил на основе оптимизации узлов трения, выбора материалов, обработки поверхностей и смазки. Как следствие, возросли ресурс и межремонтные периоды эксплуатации механизмов и оборудования.
В части разработки смазочных материалов характерны следующие особенности:
- Разработка и применение присадок;
- Улучшение базовых масел минеральной природы с помощью новых производственных технологий;
- Распространение (появление) синтетических базовых масел.
- Создание смазочных материалов с высокими техническими характеристиками для эксплуатации в условиях высоких и низких температур, высоких нагрузок.
По материалам сайта http://www.tribo.ru.
и специальных предложениях первыми