Трение твердых тел

Понятия трение, износ и смазка являются основными параметрами, характеризующими триботехнический процесс.

Трение представляет собой процесс сопротивления относительному движению твердых, жидких и газообразных тел, а величина этого сопротивления называется силой трения (если нет движения, то и нет и трения). Микромир, окружающий нас, представляет собой вечно движущуюся материю, состоящую из несущих в себе электрические заряды и массы атомов, ионов и молекул. Движение на микроуровне, как правило, представляет собой хаотическое движение частиц в разных направлениях, среднестатистическая равнодействующая скоростей которых в целом приближается к нулю (компенсируется), и мы наблюдаем окружающие нас материалы (тела), которые они образуют, как бы находящимися в состоянии покоя относительно других тел. Эти частицы, совершая колебательные движения около мест своего равновесия, и взаимодействия со своими соседями проявляют фрикционные взаимодействия в виде тепла и излучения, которые мы легко регистрируем по кинетической энергии этих движущихся частиц (температуре) и спектру излучения. Тем самым результирующее трение частиц, составляющих тела, и температура этих тел представляют собой параметры тесно связанные между собой.

Для смещения тел, объединяющих большую группу атомов, ионов и молекул, друг относительно друга, необходимо прикладывать внешнюю силу, равную по величине силе трения при равномерном движении этих тел. Работа же трения проявляется здесь в виде дополнительного тепла и излучений в зоне трения. В зависимости от того, где при взаимодействии макротел формируются силы, препятствующие относительному движению, трение различают на внешнее, когда силы трения формируются на границе раздела трущихся тел, и внутреннее, когда процессы, формирующие силы трения, происходят внутри одного из взаимодействующих тел.

В основе внутреннего трения лежат процессы, происходящие внутри одного из трущихся тел между элементами, из которых оно состоит. Это могут быть жидкости, смазка, а также и твердые пластичные тела (например, такие как индий, галлий, медь, порошки, а в отдельных случаях даже и разогретые слои железа).

В основе внешнего трения лежит явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхностей по касательным к ним.

Наиболее распространенным в машиностроении и на транспорте является внешнее трение между элементами машин (пары трения: цилиндр-поршень, зубчатые колеса и др.). Многие свойства трущихся тел такие, как уровень трения, износа и их разрушения определяются характером взаимодействия между частицами их образующими.

Для сравнения уровня трения между различными телами используется понятие "коэффициент трения". Эта безразмерная величина, не несущая никакого физического смысла, представляет отношение реализующейся силы трения к нормальной нагрузке. Силы трения всегда направлены в сторону противоположную движению трущегося тела.