Борьба за скорость

Ведь почти в каждой машине есть вращающиеся части, есть вращение, быстрое или медленное.

В часовых механизмах встречается скорость вращения, равная точно одному обороту в год. А есть электромотор на 120 000 оборотов в минуту. Части некоторых станков должны вращаться медленно, как будто нехотя. И есть станки для сверления малых отверстий, где патрон совершает в минуту 100 000 оборотов.

Там, где вращение, там должна быть и деталь, о которой мы говорим, — подшипник.

Подшипник позволяет нам бороться с одним из самых страшных врагов машины — трением.

Трение — явление известное, все его знают, все к нему привыкли и не замечают. Поэтому нередко, чтобы показать, что оно для нас значит, рисуют воображаемый мир без трения. Это поистине был бы страшный мир, где ветер и волны, раз появившись, никогда не утихнут, где нельзя ходить и ездить, и даже носить одежду нельзя.

Что же такое трение? Все ли ясно здесь?

До сих пор еще нет полной и ясной картины. Многого не удалось объяснить. Но многое уже изучено, объяснено, и наши ученые стремятся разгадать тайны трения, чтобы им управлять — пользоваться трением, когда оно нужно, или бороться с ним, когда оно мешает.

Ведь трение не только враг, оно и друг. Без него, например, не было бы ременных передач и не было бы тормозов.

И все же трение в машинах чаще всего враг. За его помощь, когда она нужна нам, приходится платить — и довольно дорого.

Так получается потому, что трение мешает движению и вызывает износ машин.

Трение — неизбежный спутник движения. Едва только начинается движение, появляется и трение.

Как бы мы ни старались сделать поверхность металла гладкой, на ней все равно останутся шероховатости, невидимые простым глазом. Но их легко увидеть глазом вооруженным.

В журналах нередко помещают фотографии-загадки. На одном из таких снимков виден как будто край обломанной пластинки, с зазубринами и неровностями. Пожалуй, можно подумать, что это кусочек старой пилы, источенной, изъеденной ржавчиной.

На самом же деле это гладкая, тщательно отполированная поверхность, снятая при сильном увеличении.

Даже самая гладкая, зеркальная поверхность металла, которую мы сглаживали с величайшей тщательностью, — шлифовали, полировали, притирали, — будет покрыта «рытвинами», «ухабами». Они очень малы эти «гребешки». Их высота может доходить всего лишь до 0,02—0,03 микрона, то-есть 2–3 стотысячных долей миллиметра.

И все же они есть.

При движении одной поверхности по другой шероховатости цепляются друг за друга, мешают двигаться. Зазубринки частично обламываются, и происходит разрушение трущихся поверхностей — возникает трение.

На то, чтобы его преодолеть, тратится энергия.

Это потерянная для нас энергия — она переходит в тепло и расходуется на износ. Вот почему мы и стремимся уменьшить трение, которое разрушает наши машины.

Но не только шероховатость поверхностей — причина трения.

Казалось бы, чем лучше обработана поверхность, тем меньше должно быть и трение. Это и в самом деле бывает так. Но — до известного предела.

Между двумя очень гладкими поверхностями, где трения почти не должно быть, оно, наоборот, получается колоссальным. Гладкие полированные пластинки прилипают друг к другу. Иногда удается даже сварить два гладких металлических брусочка под прессом, не плавя металл.

Значит, дело не только в микроскопических зазубринках поверхности, не только, как говорят, в ее микрогеометрии. Нужно идти глубже, внутрь металла, чтобы объяснить механизм простого лишь на первый взгляд явления — трения.

Там, где поверхности соприкасаются друг с другом, появляются силы взаимодействия, сцепления молекул.

Чем глаже поверхность, тем плотнее они сомкнутся, тем сильнее эти молекулярные силы. Выходит, чересчур большая гладкость не уменьшает, а увеличивает трение.

Трение: (1) сухое и (2) жидкостное (увеличение).

Однако, как не бывает идеально гладкой, так и не бывает и идеально чистой поверхности. Поверхностные молекулы имеют соседей не со всех сторон и поэтому, как мы уже знаем, могут притягивать молекулы из окружающей среды. Поверхность служит своеобразной ловушкой для молекул газов, паров, жидкостей. Поверхностный слой состоит из разрушенных обработкой и трением кристаллов металла, обладающих повышенной активностью. Он легко окисляется — даже нержавеющая сталь и золото могут покрываться пленкой окислов, когда поверхность разрушается трением. И продукты износа — металлический порошок — это не чистый металл, а крупинки его, покрытые «скорлупой» окисей.

Всегда металл покрыт тончайшей пленкой окисей и захваченных молекул. Выходит, сухого трения, трения металла о металл в чистом виде не бывает.

Трение, когда одна поверхность движется, скользит по другой, названо трением скольжения. Это самый большой враг машин, быстро разрушающий металл. Чтобы побороть его, нужно тратить много энергии.

Этому врагу ученые и инженеры объявили войну.

Чтобы трущиеся поверхности не истирались, их нужно разъединить, ввести посредник, который уменьшил бы трение. Такой посредник — смазка.