Для значительного повышения технического уровня и качества машин, их экономичности и надежности необходимо решить проблему смазывания. Это может быть обеспечено за счет повышения технического уровня и качества смазочного оборудования, его унификации и стандартизации, за счет конструктивного совершенства узлов трения машин, разработки и применения новых эффективных технологических процессов обработки трущихся деталей и других методик.
Повышение технического уровня смазочного оборудования целесообразно проводить по следующим основным направлениям:
Проблему смазывания деталей нельзя отделит от изучения взаимодействия смазочного материала с металлом и влияние на это взаимодействие структурных факторов металла и легирующих элементов смазочного материала. Исследование такого взаимодействия с определением сил трения и износостойкости пар трения позволит оптимизировать структуру и химический состав металла и состав компонентов смазочного материала. Это научное направление, успешно развиваемое в последние годы и потребовавшее разработки новых физических методов исследования тонких поверхностных слоев металла (десятые доли микрометра), должно получить дальнейшее развитие в организациях как занимающихся созданием смазочных материалов, так и разрабатывающих износостойкие и антифрикционные сплавы. Именно результаты этих исследований будут положены в основу теории безызносности трущихся деталей.
Проблема исследования электрических, магнитных и вибрационных явлений при изнашивании
В литературе по триботехнике за последние 30-50 лет неоднократно обращалось внимание на роль электрических, магнитных и вибрационных процессов в трении, износе и смазке машин. Последние исследования процесса водородного изнашивания показали, что здесь кроются большие резервы в части повышения срока службы деталей машин и режущего инструмента. Электрические, магнитные, вибрационные, а также тепловые явления непосредственно не влияют на интенсивность изнашивания деталей или влияют незначительно, но они кардинально влияют на поведение водорода. Разрушительной силой в данном случае является именно водород, а не электрическое или магнитное поле. Это связано с тем, что водород имеет электрический заряд, который взаимодействует с указанными полями. Вибрации с высокими частотами также воздействуют на скорость изнашивания не сами по себе, а посредством электрических явлений, которые, в свою очередь, влияют на движение водорода и способствуют его образованию. Тепловые явления, как и напряжения, влияя самостоятельно на трение и износ, являются процессами образования водорода и способствуют продвижению его в зону контакта.
Все изложенное требует глубокой и всесторонней проработки как в теоретическом плане, так и при проведении экспериментальных исследований. Следует заметить, что исследование магнитных и электрических явлений при трении – это один из наиболее достоверных и эффективных путей изучения самой природы трения и изнашивания. Для управления процессом трения следует провести исследования по раздельному изучению электрических, термоэлектрических и магнитных явлений, установить роль каждого в зависимости от внешних условий трения и видов разрушения поверхностного слоя. Особенно следует обратить внимание на выявление нелинейности распределения зарядов в подвижном электрическом источнике зоны фрикционного контакта. Именно в нелинейности кроются многие до сего времени еще не известные процессы трения и изнашивания, определяющие кинетику и интенсивность этих физико-химических процессов.
Проблема разработки методов расчета деталей на износ
Наибольшее внимание при разработке методов расчета деталей на износ необходимо уделить методам расчета типовых наиболее изнашиваемых узлов машины: направляющих металлорежущих станков, зубчатых передач, подшипников скольжения и качения, кулачковых механизмов, фрикционных передач, уплотнений валов. По вопросам расчета указанных сочленений имеются фундаментальные разработки, которые подробно описаны в технической литературе и широко используются на практике.
Главной трудностью на пути подобных расчетов является то, что в процессе трения происходят физико-химические изменения в поверхностных слоях трущихся металлов, которые трудно поддаются математическому анализу.
Проблемы необычных условий работы машин и приборов
Сложность этой проблемы состоит, прежде всего, в том, что все узлы трения все чаще обязаны работать в условиях, принципиально отличных от тех, которые сформировались в нашу эпоху на поверхности Земли и которые с точки зрения человека являются наиболее привычными и естественными. Неудивительно, что опыт по разработке узлов трения, накопленный в машиностроении за весь период его развития, относится главным образом именно к земным условиям. Совершенно иными являются условия работы космических объектов, характеризуемые высоким и сверхвысоким вакуумом, интенсивным воздействием различных излучений, необычными тепловыми условиями и невесомостью. Промежуточными между земными и космическими можно считать условия, возникающие при полетах высотных самолетов и ракет. Очень специфичны также условия, возникающие при работе технических устройств в атомной промышленности (интенсивное жесткое облучение и высокие температуры), энергомашиностроении (высокие температуры и химически активные среды), вакуумной и полупроводниковой промышленности (разреженные среды строго определенного состава), криогенной технике (сверхнизкие температуры) и ряде других. Параллельно и одновременно с повышением температуры окружающей среды в современной технике все настойчивее проявляются тенденции к увеличению быстроходности механизмов и росту рабочих нагрузок, что особенно типично для военной авиации и ракет. Таким образом, при переходе от обычных условий к экстремальным решающее значение приобретает внешнее воздействие на узел трения, связанное со специфическими условиями окружающей среды. Наиболее характерными и важными факторами здесь являются плотность и физико-химическая активность среды, а также наличие теплового, ионизирующего и других излучений. Влияние каждого из перечисленных факторов оказывается настолько специфичным, что требует специального рассмотрения. Поэтому полезно классифицировать узлы трения, работающие в напряженных и необычных условиях, по характеру воздействия на них окружающей среды.
Необычные и напряженные условия все чаще заставляют создателей новой техники пересматривать традиционные, сложившиеся в течение многих лет принципы разработки узлов трения и основанные на них конструкторские решения.
Проблема построения и реализации банка данных
Данные по триботехнике тесно взаимодействуют между собой, и поэтому потоки информации, поступающие из различных источников, должны распределяться по специально разработанным картам и таблицам, систематизирующим триботехническую информацию. Подобная систематизация является трудоемким процессом и занимает значительное время.
Активные работы по созданию информационных систем в области трибологии в мире и у нас в стране развернулись в средине 80-х годов прошлого века. Был создан ряд информационных систем и баз данных по трибологии, но, к сожалению, из-за ослабления связей между трибологическими центрами и отсутствию в период спада производства интереса производителей к этим работам создание единой информационной системы не было завершено.
Решение проблемы рационального использования триботехнической информации в научном и практическом применении должно быть реализовано путем создания трибологических баз данных (ТБД), содержащих информацию по различным направлениям триботехники. При решении конкретных триботехнических задач (выбор составов сред, методов испытаний и т. д.) наличие аналогов в ТБД позволяет сузить область поиска оптимальных вариантов. Для разработки логической модели ТБД необходимо предварительно систематизировать по типичным признакам основные триботехнические факторы, то есть провести паспортизацию. ТБД обеспечивает надежное хранение данных и их достоверность; гибкую организацию и открытую структуру данных, обеспечивающую возможность их обновления и накопления; эффективный доступ к данным; защиту данных от несанкционированного доступа и уменьшение их избыточности. Существенное значение имеет тип системы управления базой данных, применяемой для организации ТБД.
Многочисленные аналитические формы описания процессов трения направленные на решение конкретных частных проблем, соответствуют узкому интервалу граничных условий. Это является основной причиной, препятствующей их использованию при построении и реализации ТБД.