З моменту виникнення Землі процеси тертя і зношування завжди грали найважливішу роль. Так, механізм роботи суглобів у хребетних або шар слизу у риб є ніщо інше як ідеальна, що виникла в процесі еволюції трибологічних система.
Про тертя, а значить і про трибології, людям було відомо ще в кам'яному столітті: якщо вставити суху дерев'яну паличку в отвір шматка дерева і терпляче водити нею вперед-назад, то через деякий час можна добути вогонь. В цьому випадку тертя було ефективним засобом досягнення мети.
500-600 тис. Років тому люди почали користуватися першими інструментами, такими як важелі, кам'яна сокира і т.п. Значно пізніше, приблизно 5-6 тис. Років тому, з винаходом лучковою дрилі і гончарного круга, з'явилися перші найпростіші машини; проте з явищами тертя і зносу люди познайомилися набагато раніше.
За рахунок сили тертя люди добували вогонь. Відомим прикладом трибології є використання візків і роликів для зменшення сили тертя при перевезенні важких вантажів.
В історії ми знаходимо докази того, що спроби змусити явища тертя і зносу служити на благо людей прийняті дуже давно. Ефекти трибології були відомі людям.
Спроби людства відшукати ефективні мастильні матеріали настільки ж численні й старі, як і сама історія. Китайці вже в 3500 до н.е. почали експлуатувати мастильна дія води, єгиптяни в 1400 р до н.е. змащували свої колісниці тваринним жиром або оливковою олією, змішаним з порошковим вапном; в 780 р до н.е. китайці виявили знижують тертя властивості суміші рослинних масел і свинцю, а понад 100 років тому вперше заговорили про придатність повітря в якості мастильного матеріалу. Ефекти трибології дійшли до нас через тисячоліття.
«Голь на вигадки хитра»: це прислів'я найточніше описує епоху неоліту (4000-1800 до н.е.). Зараз можна припустити, що для зниження тертя шумери і єгиптяни використовували деякі «мастильні матеріали» (бітум, тваринний і рослинний жир, воду). Все це було пов'язано з трибології.
- Прості пристрої для розпалювання вогню і проробляє отворів за допомогою обертальних рухів
- Гончарні круги з опорами з дерева і каменю
- Осьові підшипники з шкіряними петлями для роликових і колісних транспортних засобів
- Використання мастильних речовин, таких як масло, жир, вода
- Поява візків для перевезення важких каменів
Ще близько 3000 років тому шумери оснащували свої транспортні засоби шкіряними петлями і перевернутими дерев'яними «рогатками» для підтримки жорстких осей. Судячи з археологічних знахідок, точки тертя у цих механізмів були змащені, щоб зменшити тертя, а отже - і знос.
Підшипник кочення зобов'язаний своєю назвою і походженням «тілах кочення», таким як круглі лісоматеріали, які використовувалися єгиптянами за часів фараонів.
Цей метод дозволив підвищити швидкість роботи, вирішити проблему трибології тертя і спростити виконання певних завдань.
Ідея про заміну тертя ковзання на тертя кочення вже давно з'явилася в історії цивілізації.
На деяких ділянках єгипетського рельєфу залишилися сліди транспортування величезних кам'яних блоків, призначених для будівництва монументів і переміщалося не перекатом, а на стовбурах дерев.
Знайдене зображення наочно доводить, що транспортування єгипетської статуї до усипальниці Техуті-хетеп приблизно в 1880 р до н.е. в ель-Берше вже проводилася на полозах, оброблених мастилом.
На зображенні чітко видно людину, який наливає мастильна речовина перед поверхнями ковзання. Підпис до зображення вказує, що мастильним речовиною була вода, в той час як в супроводжує зображення епіграфі говориться, що це було оливкова олія. Перше допоміжна речовина в історії трибології.
З мастилом все працює краще - це знали ще стародавні єгиптяни.
Оливковою олією навіть змочували поверхню трону фараона. Завдяки зниженню тертя економляться сили 50% персоналу поїзда.
В інші історичні епохи як змащувальні матеріали і протизносних присадок в рамках трибології були значною мірою використані рослинні масла і тваринні жири. Однак ми також можемо припустити, що в стародавні часи для цього застосовувався і бітум (одержуваний з нафти).
Найперші документи про використання коліс для зменшення тертя.
Грецький інженер Діад, можливо, розробив один з найперших підшипників кочення для підтримки таранів військових кораблів - ще одне досягнення трибології.
Залишки обертової платформи з корабля імператора Калігули, знайдені в 1930 році на дні озера Немі, показують, що ще в давні часи людям були знайомі найпростіші підшипники.
Ця платформа може стати одним з перших прикладів використання наполегливих підшипників, тобто підшипників, призначених для підтримки безпосередніх навантажень і здатних обертатися навколо своєї осі.
«Механічні науки - найблагородніші і корисні з усіх, так як з їх допомогою всі рухомі тіла виконують роботу, для якої були створені».
Вивчення трибології як науки почалася тільки в період новітньої історії починаючи з Леонардо да Вінчі, який досліджував тему тертя в 1500 році з точки зору коефіцієнта тертя (спокою) на похилій площині. Да Вінчі визначив значення коефіцієнта тертя f = ¼ і сформулював закони сухого тертя.
Да Вінчі провів дослідження тертя на горизонтальній і похилій площині, а також зношування підшипників ковзання. Звідси були виведені перший і другий закони тертя Леонардо да Вінчі.
У 1490 році Леонардо да Вінчі вдалося майже повністю замінити у підшипника кочення рухоме з'єднання між двома частинами за рахунок зниження тертя кочення. Для цього він використовував кулі.
Він прийшов до висновку, що якщо кулі не стикаються, тертя знижується. Тому він розробив розділові елементи, щоб кулі могли вільно переміщатися.
Малюнки досвіду Леонардо да Вінчі з області трибології на тему тертя.
Початок розвитку трибології як науки довелося на епоху Ренесансу. Однак отримання фундаментальних знань про терті і зношуванні не привело до розробки мастильних матеріалів.
французький фізик і з Лілля.
Проводячи дослідження в області змішаного тертя, він виявив, що сила тертя залежить від нормальної сили, і причиною тертя повинна вважатися шорсткість поверхні.
Амонтон звів поняття тертя до механіко-геометричним причин, а саме - до «зачеплення» нерівностей. Теорія зачеплення говорить: геометричне замикання мікровозвишеній гальмує відносний рух і викликає рух, напрямок якого протилежно напрямку сили тертя. Амонтон визначив коефіцієнт тертя як f = 1/3.
Два закони Амонтона складають основу емпіричного розуміння трибології (закону про терті). Обидва закони трибології були знову відкриті і в 1699 р представлені Французької академії наук у Парижі. Фактично ж їх вперше сформулював Леонардо да Вінчі (1452-1519 рр.) Приблизно за двісті років до цієї події.
Вони свідчать, що сила тертя пропорційна нормальній силі і не залежить від площі ймовірного зіткнення. Крім того, потрібно мати на увазі, що сила тертя залежить не тільки від зчеплення, але і від абразивного дії. Вплив абразивного дії особливо велике, якщо шорсткі контактні поверхні складаються з більш твердого матеріалу або якщо абразивний поверхню представлена у вигляді твердих частинок окисленого металу.
натураліст, народився у Франції.
Дезагюлье розробив модель опису тертя і пояснив виникнення тертя впливом когезии і адгезії Дезагюлье вивів новий аспект науки: він встановив, що на більш полірованій поверхні виникає більш висока сила тертя, і показав, що два добре відполірованих і щільно стислих свинцевих тіла можуть бути відокремлені один від друга тільки в результаті застосування разюче великої сили: таким чином йому відкрилася вся важливість адгезії і когезії для процесу тертя. Однак він ще не міг привести свою ідею у відповідність з кількісними законами трибології про терті.
Саме Ньютон сформулював поняття в'язкості.
Теорія адгезії, або припущення про молекулярно-механічній природі тертя, з'явилася в той час, коли НЬЮТОН (1687 г.) дав визначення матеріальної характеристиці динамічної в'язкості. Це визначення лягло в основу уявлень про молекулярно-механічній природі тертя.
Ейлер займався дослідженням тертя на похилих площинах і встановив, що тертя спокою приблизно в два рази вище, ніж тертя ковзання. Крім того, він ввів у вживання коефіцієнт тертя «μ» (в трибології він тепер називається «коефіцієнт тертя F»).
Де Кулон розвинув фундаментальні ідеї Амонтона відносно глибини поверхні і змішаного тертя і займався взаємозалежностями між горизонтальним зусиллям і ваговій часткою. Обидва ці аспекти є найважливішими в трибології.
Згідно з розробленою де Кулоном моделі, коефіцієнт тертя такій поверхні не залежить від навантаження, тобто сила тертя пропорційна вазі. Крім того, сила тертя залежить від поверхні, так як вона є функцією середнього кута нахилу шорсткостей. Чим більш гладкою є поверхню, тим менше повинен бути коефіцієнт тертя; цей висновок відповідав уявленням того часу і сприяв визнанню розробленої де Кулоном моделі. Однак модель де Кулона мала один суттєвий недолік: вона не враховувала компоненти розсіювання. Енергія, що утворюється при виштовхуванні похилих площин, повинна утворитися знову, коли похилі площини будуть ковзати вниз з іншого боку; таким чином, по де Кулону тертя ковзання не є процесом споживання енергії трибології.
Модель шорсткості для тертя по де Кулону. Нормальна сила FN розподіляється по височин з однаковим кутом нахилу.
Перший відомий патент на радіальний шарикопідшипник належав Філіпу Вогану (Англія).
Механізм роликового підшипника або підшипника кочення був заново винайдений в 18-м столітті: в той час в Англії кінні екіпажі були оснащені віссю з кульовою опорою в напівкруглих пазах, розташованих уздовж цієї осі.
Тепер, щоб зробити прогресивні кроки в напрямку розробки мастильних матеріалів в сфері трибології. треба було дочекатися настання промислової революції. Такі кроки припускали знання механіки рідин і вязкостного течії, наявність зростаючого попиту на промисловий випуск мастильних матеріалів належного обсягу і якості, а також стрімке витіснення рослинних і тваринних жирів мінеральними; останні виходили шляхом перегонки і очищення нафти, сланців і вугілля.
Запатентовані конічні роликопідшипники М. Кардін, Франція.
Ці підшипники здатні витримувати дуже високі навантаження як в радіальному, так і в осьовому напрямках. Як правило, вони встановлюються попарно: два підшипника монтуються один навпроти одного, так як підшипник складається з двох вільних компонентів: внутрішнього кільця з тілами кочення і зовнішнього кільця, службовця корпусом підшипника.
Ці тіла кочення на внутрішньому кільці мають форму усіченого конуса і злегка нахилені до осі вала. Величину зазору можна регулювати. Осі конуса внутрішнього і зовнішнього кілець, а також конічні ролики зустрічаються в точці на осі обертання, тому що тільки в цьому випадку конічні ролики можуть переміщатися без ковзання.
Перше буріння в Тітусвілл.
Справжній «прорив» в області мастильних компонентів стався в 19-м столітті, в ході індустріалізації. Для цього періоду був характерний високий попит на промислово поставляються підшипники, які використовувалися в якості конструктивних вузлів. Основні елементи підшипників кочення - два кільця, що рухаються відносно один одного: внутрішнього і зовнішнього, які розділені тілами кочення. У більшості випадків тіла кочення знаходяться в сепараторі, який утримує їх на однаковій відстані один від одного і запобігає їх зіткнення.
Період з 1850 по 1925 рр. відомий як період «технічного прогресу». Залізничні перевезення знаходяться в центрі суспільної уваги; для змащення підшипників і напрямних замість консистентних мастил (застосовувалися до синтетичних мастильних матеріалів) використовують текучі мастильні матеріали. Саме в цей період були зроблені важливі відкриття, які лягли в основу сучасної трибології. Збільшеним вимогам тепер протистоїть майже необмежену кількість недорогого мастильного матеріалу - мастила на основі мінерального масла, широкий якісний діапазон якого робить можливим його використання практично у всіх галузях трибології.
Епоха трибології бере свій початок в роки після Першої світової війни. Сильні навантаження, швидкість і температура пред'являють до пари тертя більш високі вимоги. Межі фізичних властивостей мастильних матеріалів повинні були бути адаптовані до більш жорстких умов.
Якщо перші кроки технологічного розвитку і розробки добавок датуються 19-м століттям, то сучасні концепції цих присадок до мастильних матеріалів з'явилися лише в 30-х роках минулого століття. У цей період з'явилися: присадки для підвищення індексу в'язкості, депресорні присадки, інгібітори корозії і окислення і т.д. - ціла палітра захисних засобів. Паралельно з цим почалася розробка синтетичних мастильних матеріалів, необхідність в яких була викликана надзвичайно жорсткими вимогами роботи в умовах високих і екстремально високих температур. Незважаючи на велике значення синтетичних мастильних матеріалів, їх частка в трибології становить лише близько п'яти відсотків від обсягу традиційних мастильних матеріалів. По закінченню Другої світової війни на службі у людства з'явилася виняткова мастило для виняткових умов - твердий дисульфід молібдену (MoS2), - ідеально підходить для освоєння космічного простору.
Термін «трибология» вперше з'явився в 1966 році в зв'язку зі звітом по дослідженню Jost, одному з фінансованих британським урядом досліджень ушкоджень, що виникають внаслідок зносу. Цей звіт і по сей день згадується і використовується в контексті тертя, зносу і мастила.
За останні десятиліття відбувся різкий стрибок вимог до трибології в частині мастил. для забезпечення надійності мастила активно застосовуються синтетичні мастильні речовини, які в основному виготовляються з нафти, але мають перспективу стати повністю синтетичними. Синтетичні мастила відрізняються високою термічною стабільністю, низькими коефіцієнтами тертя, хорошими властивостями змочування поверхні металу, низькою схильністю до випарювання і вогнестійкістю.
«Близькими родичами» мастил є консистентні мастила.
Консистентні мастила замінюють собою масла в тих випадках, коли потрібно обробити велику кількість точок змащення, так як масло може протекти. Консистентні мастила є загущені мастила; як загусник використовується, зокрема, літієве, кальциевое і алюмінієве мило, а також неорганічні кошти затвердіння (наприклад, бентоніт).
Першорядне значення має область застосування мастильних матеріалів, тому що «без змащення нічого не буде працювати».