Шрифт:
Основоположником современной науки о трении считается известный французский ученый и военный инженер Кулон (Coulomb) Шарль Августин, в 1781 году опубликовавший свою знаменитую книгу «Теория простых машин», которую можно считать одним из первых изданий по трибологии.
Трибология (греч. tribos — трение, logos — наука) — наука о контактном взаимодействии твердых тел при их относительном движении, охватывающая весь комплекс вопросов трения, изнашивания, смазки и самоорганизации в машинах.
Однако еще до его рождения, в 1699 году, французский учёный Амонтон (Amontons) Гийом (Гильом) направил во Французскую академию письмо, в котором математически описал закон о прямой пропорциональности между нормальной силой (N), прижимающей одну трущуюся поверхность к другой, и силой трения (F) в виде:
F = N, где — коэффициент пропорциональности, названный впоследствии коэффициентом трения (рис. 2).
Рис. 2. Схема определения силы трения: F — сила трения; N — нормальная (прижимающая) сила
Сила трения — сила сопротивления при относительном перемещении одного тела по поверхности другого под действием внешней силы, направленной по касательной к общей границе между этими телами.
Гийом Амонтон писал: «Теперь, установив в достаточной мере природу трения и его законы, остается только сказать кое-что о правилах, по которым оно может быть сведено к расчету, дабы знать, каково трение в самых сложных машинах».
Трение — механическое сопротивление, возникающее в плоскости касания двух соприкасающихся, прижатых друг к другу тел при их относительном перемещении.
В опытах с медью, свинцом, железом и деревом Амонтон получил соотношение между силой трения F и силой нормального давления N равное 1/3. Во время своих опытов он покрывал все исследуемые образцы одним и тем же смазочным материалом — специальным жиром на основе свиного сала. С тех пор для смазывания трущихся деталей долгое время применяли искусственно производимые животные жиры, масла, древесный деготь и другие аналогичные препараты.
Великий итальянский художник, ученый, конструктор и т. д. — Леонардо да Винчи (Leonardo da Vinci) (1452–1519) также занимался вопросами трения. По результатам своих опытов он считал постоянным значение отношения F/N для всех материалов и равным 1/4.
Шарль Кулон, работавший на военных верфях Рошфор (западное побережье Франции), первый пришел к выводу о том, что сила трения F в подвижных соединениях зависит еще от одного параметра — адгезионной составляющей А, и переписал известную формулу в другом виде:
F = N + А.
В настоящее время этот закон носит наименование Амонтона — Кулона, или Леонардо да Винчи — Амонтона, который до начала XX века применялся в инженерной практике.
Адгезия (лат. adhaesio — прилипание) — соединение поверхностей двух разнородных твёрдых или жидких тел, связанное с межмолекулярным взаимодействием (вандерваальсовым, полярным, частично химическим или взаимной диффузией) в поверхностном слое.
Выдающийся российский механик — самоучка Иван Петрович Кулибин (1735–1818), состоя на службе при дворе российской императрицы Екатерины II, должен был изготовить плавный и бесшумный дворцовый лифт. Для этого лифта потребовались особые смазочные материалы, так как распространенные в то время смазки из растительного масла, сала и тем более дёгтя не могли быть использованы по причине неприятного, отдающего «деревней и мужиками» запаха. Применение Кулибиным твердой смазки из графита позволило оригинально решить эту деликатную проблему.
В 1763 году еще один гениальный русский механик — самоучка Иван Иванович Ползунов (1728–1766) выдвинул гениальную идею «огненной машины» (парового двигателя) и сумел собрать ее действующую модель. Он же впервые в мире изобрел двухцилиндровый двигатель.
Только через 20 лет, в 1784 году, шотландский изобретатель Джеймс Уатт (James Watt, 1736–1819) создал такой же паровой двигатель, который положил начало строительству серийной самодвижущейся транспортной техники. Трущиеся детали такой техники было необходимо регулярно смазывать, для чего применялись различные растительные и животные смазки.