ТРИБОТЕХНИКА

УЧЕБНИК

Москва

ИНФРА-М

2020

А.И. ДОЦЕНКО
И.А. БУЯНОВСКИЙ

Рекомендовано 

Учебно-методическим объединением вузов РФ по образованию 

в области строительства в качестве учебника для студентов, 

обучающихся по программе бакалавриата по направлению 

«Строительство» (профили «Механизация и автоматизация строительства» 

и «Механическое оборудование и технологические комплексы 

предприятий строительных материалов, изделий и конструкций»)

2-е издание, переработанное и дополненное

ISBN 978-5-16-015079-6 (print)
ISBN 978-5-16-107579-1 (online)

© Доценко А.И., Буяновский И.А., 2014
© Доценко А.И., Буяновский И.А., 2020, 

с изменениями

Р е ц е н з е н т ы :

Кустарёв Г.В., профессор, заведующий кафедрой дорожно-строи-

тельных машин Московского автомобильно-дорожного государствен-
ного технического университета (МАДИ);

Густов Ю.И., профессор Национального исследовательского Мос-

ковского государственного строительного университета

УДК 621.891(075.8)
ББК 34.41я73
 
Д71

Доценко А.И. 
Триботехника : учебник / А.И. Доценко, И.А. Буяновский. — 

Москва : ИНФРА-М, 2020. — 2-е изд., перераб. и доп. – 399 с. — (Выс-
шее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/1016651.

ISBN 978-5-16-015079-6 (print)
ISBN 978-5-16-107579-1 (online)

В учебнике изложена история развития трибологии и ее научно-тех-

нического раздела — триботехники — с древнейших времен до наших 
дней. Рассмотрены современные представления о свойствах поверхностей 
твердых тел и их контакте, приведены основы теории трения и износа 
твердых тел и их смазки, даны сведения о современных триботехнических 
материалах, включая наноматериалы, а также методы триботехнических 
испытаний и обеспечения заданной износостойкости и снижения энерге-
тических потерь при трении. 

Соответствует требованиям федеральных государственных образова-

тельных стандартов высшего образования последнего поколения.

Предназначен для студентов вузов, обучающихся по направлению 

«Строительство», а также может быть полезен студентам, обучающимся 
по направлению «Наземные транспортно-технологические комплексы».

УДК 621.891(075.8)

ББК 34.41я73

Д71

ПРЕДИСЛОВИЕ

Трибология — это наука о трении, износе, смазке и взаимодей-

ствии контактирующих поверхностей при их взаимном перемеще-
нии. Об этом говорит само название, состоящее из греческих слов 
«трибос» — трение и «логос» — наука.

Как наука трибология имеет научно-технические разделы: трибо-

технику, трибофизику, трибохимию, трибомеханику, триботехниче-
ское материаловедение (трибоматериаловедение), триботехнологию 
и др.

Триботехника — прикладной раздел трибологии, который охваты-

вает конечную стадию процесса создания фрикционных сопряжений 
с учетом достижений трибологии.

Как будет показано в гл. 1, различают трение внешнее и внутрен-

нее. В машиностроении в большинстве случаев приходится иметь 
дело с внешним трением, которое представляет собой сопротивление 
относительному перемещению, возникшему между двумя телами 
в зонах их соприкосновения по касательной к ним. Явление это рас-
пространено повсеместно, и проявления его весьма разнообразны. 
Как отмечает один французский физик, «трение представляет собою 
настолько распространенное явление, что нам, за редкими исклю-
чениями, не приходится призывать его на помощь; оно является 
к нам само».

Действительно, трение не проявляется самостоятельно, но всегда 

препятствует любому перемещению тел в различных средах. Разуме-
ется, инженеры стремятся уменьшить трение, так как оно в значи-
тельной мере определяет энергетические затраты при работе машин 
и механизмов. Так, преодоление трения поглощает 30–40% всей вы-
рабатываемой в мире энергии, а потери средств в промышленности 
развитых стран вследствие трения и сопутствующего ему износа до-
стигают 4–5% национального дохода. Но хотя в технике трение во 
многих случаях считается крайне вредным явлением, мы должны 
быть ему благодарны, поскольку оно дает нам возможность ходить, 
сидеть и работать без опасения, что книги, ручки и карандаши упадут 
на пол, а шнурки на ботинках развяжутся.

Добавим к этому, что работа ряда узлов и механизмов совре-

менных машин и оборудования основана на явлении трения (меха-
нические тормоза и фрикционные муфты, сварка и наплавка тре-
нием), что на этом явлении основано передвижение автомобиля по 
дороге и поезда по рельсам, что трение неизменно сопутствует чело-
веку с момента его зачатия и до его похорон.

Из явлений, сопровождающих трение, отметим два, оказыва-

ющих наибольшее влияние на работоспособность подвижных сопря-
жений различных машин и механизмов. Это — изнашивание кон-
тактирующих деталей подвижных сопряжений машин и механизмов 
и генерирование тепла в процессе трения. Изнашивание деталей ма-
шин и его непосредственный результат — износ, являются непре-
менным следствием процесса трения и причиной выхода из строя 
более 80% деталей машин и механизмов. Нагрев трущихся тел при-
водит к разрушению смазочных слоев, разделяющих их контактиру-
ющие поверхности, к интенсификации процесса изнашивания и 
выходу из строя узлов трения, но благодаря этому явлению наши 
предки добывали огонь. Сейчас нагрев позволяет осуществить такой 
технологический процесс, как, например, сварка трением.

Трение и сопровождающие его процессы разнообразны по при-

чинам, характеру протекания и по следствиям. Изучающая эти явле-
ния триботехника базируется на достижениях ряда дисциплин как 
фундаментальных (прежде всего механики и физической химии), так 
и прикладных (материаловедения, теории механизмов и машин 
и т.д.).

В настоящем учебнике приведены сведения по теоретическим 

основам трения, изнашивания и смазки, триботехническим матери-
алам (включая наноматериалы) и рациональным технологиям полу-
чения износостойких антифрикционных и фрикционных покрытий 
и поверхностных слоев на различных элементах узлов трения и де-
талях машин. Рассмотрены наиболее опасные и вредные виды изна-
шивания (абразивное, адгезионное, водородное), которые приводят 
к негативным технико-экономическим последствиям.

Цель преподавания дисциплины «Триботехника» состоит в фор-

мировании у студентов системы знаний и навыков по фундаменталь-
ным вопросам теории трения и изнашивания твердых тел, а также 
умения применять эти знания в дальнейшей практической деятель-
ности.

В результате освоения дисциплины обучающиеся будут:
знать

• основы механико-молекулярной теории трения и изнашивания; 
• виды трения и изнашивания материалов и деталей узлов трения; 
• роль смазки в процессах трения и изнашивания; 
• основные характеристики поверхностного слоя материалов 

и его влияние на износостойкость; 

• конструктивные, технологические и эксплуатационные методы 

повышения триботехнических свойств деталей машин;
уметь

• выполнять расчеты пар трения по критериям изнашивания при-

менительно к типовым узлам трения скольжения и качения; 

• осуществлять подбор материалов для пар трения механизмов 

машин; 

• выбирать современные смазочные материалы; 
• оценивать состояние трибосистемы, строить графики износа 

и интенсивности изнашивания и прогнозировать ресурс пар 
трения; 

• пользоваться имеющейся нормативно-технической и справоч-

ной документацией;
владеть

• методами и средствами моделирования процессов трения и из-

носа; 

• навыками измерения макроотклонений размеров деталей от но-

минальных значений; 

• информацией о перспективных направлениях развития трибо-

техники.
Учебник предназначен как для студентов вузов, так и для широ-

кого круга инженерно-технических и научных работников, специа-
лизирующихся в области строительного, дорожного и коммуналь-
ного машиностроения.

Авторы книги выражают благодарность кандидату технических 

наук В.Д. Самусенко за помощь в подготовке рукописи к изданию.

Глава 1

ВВЕДЕНИЕ В ТРИБОТЕХНИКУ

1.1. 
ИСТОРИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ТРИБОТЕХНИКИ

Термины «трибология» и «триботехника» стали использоваться 

в научной литературе в 1966 г., хотя уже к тому времени наука о тре-
нии, износе и смазке контактирующих тел имела длительную и яр-
кую историю. Еще длиннее был донаучный период ознакомления че-
ловека с этим процессом, в течение которого человек учился, с одной 
стороны, ограничивать энергетические затраты при перемещении 
тел, уменьшая трение, с другой — использовать трение в своих инте-
ресах — прежде всего как технологический процесс при добывании 
огня. В борьбе с трением уже первобытный человек обратил внима-
ние на то, что внутреннее трение в жидкости намного меньше, чем 
внешнее трение твердых тел, и начал транспортировать грузы на пло-
тах по реке.

Донаучный период развития инженерной мысли был ознамено-

ван также такими гениальными открытиями, как замена трения 
скольжения трением качения (изобретение колеса), создание кон-
струкций подшипников скольжения в древних колесницах, которые 
несомненно смазывались (а в надгробии Юки и Туйи была найдена 
колесница, на оси которой даже сохранился смазочный материал, 
нанесенный до 1400 г. до н.э.). Повседневные наблюдения пытливых 
умов позволили не только расширить возможности использования 
еще неизвестных в то время законов трибологии, но и изучить сам 
процесс трения с получением его количественных характеристик. 
Аристотель, Плиний Старший и Ветрувий знали о существовании 
трения, об эффективности подшипников с металлическими покры-
тиями, о смазочных материалах различной вязкости, знали, что тре-
ние качения меньше для круглых объектов, хотя и не выявили коли-
чественных характеристик процесса. Через два тысячелетия Лео-
нардо да Винчи (1452—1519), обратив внимание на то, что для 
перемещения каната, как свернутого в бухту, так и развернутого по 
земле, требуется одинаковое усилие, установил независимость силы 
трения от площади контакта. Этот величайший инженер всех времен 
и народов намного опередил свою эпоху, проведя исключительно 
изящные и корректно поставленные эксперименты по исследованию 
трения. Описания этих экспериментов, виртуозно иллюстрирован-
ные самим гениальным художником, сохранились в недавно обна-
руженном так называемом Мадридском кодексе. Леонардо установил 

также, что «сила трения зависит от материала соприкасающихся по-
верхностей, а также от степени их обработки и не зависит от площади 
соприкасающихся поверхностей, она прямо пропорциональна весу груза 
и может быть уменьшена путем введения «роликов» или смазочных ве-
ществ между трущимися поверхностями». В этом изумительно четком 
и ясном высказывании нет ни одного слова, которое не подтвердило 
бы последующее развитие трибологии.

В 1699 г. Гильом Амонтон (1663–1705), будущий изобретатель га-

зового термометра, вплотную подошедший к представлению о суще-
ствовании абсолютного нуля температуры, представил во Француз-
скую Королевскую академию обессмертивший его имя мемуар о за-
кономерностях процесса трения, в котором привел результаты 
проведенных им экспериментов, позволивших сформулировать ос-
новные законы трения — пропорциональность силы трения нормаль-
ной нагрузке и независимость силы трения от площади контакта тру-
щихся тел. Крупнейшие английские специалисты ХХ в. Боуден 
и Тейбор оценивают эту работу как первую современную статью 
в исследовании трения. Амонтон, а также подтвердивший его резуль-
таты де ля Гир и их последователи связывали возникновение трения 
с зацеплением неровностей поверхностей контактирующих тел или 
их деформированием при относительном перемещении. Другой 
француз, А. Паран (1666–1716), установил, что при движении тела 
по наклонной плоскости с углом α отношение тангенциальной силы 
к нормальной (т.е. коэффициент трения) равно tgα, что придало 
представлениям Амонтона и его последователей определенное ко-
личественное обоснование, позволив связать потери на трение 
с углом наклона неровностей контактирующих тел. Англичанин 
Джон Теофил Дезагюлье (1683–1744) показал, что трение в значи-
тельной степени определяется адгезией контактирующих тел по по-
верхности контакта. Однако большинство ученых того времени при-
держивались представления о том, что причиной трения является 
подъем одного трущегося тела по неровностям другого. Таких же ме-
ханистических представлений придерживался гениальный швейца-
рец Леонард Эйлер (1707–1783), предложивший уравнения для рас-
чета коэффициента трения тела, равноускоренно опускающегося 
по наклонной плоскости, и для оценки «выигрыша в силе для каната, 
намотанного на кнехт и удерживающего судно за счет трения». По-
следняя формула, носящая имя своего автора, очень изящная 
по форме, до сих пор используется в инженерной практике.

Следует отметить, что еще в 1722 г. А. де Камю установил, что 

между трением твердых тел в моменты страгивания и трением этих 
же тел при установившейся скорости их относительного движения 
имеется заметная разница. Позднее Сегнером были введены понятия 
трения покоя и трения движения (1758).

Важнейшим этапом в развитии трибологии явились работы зна-

менитого французского инженера и физика Шарля Огюстена Кулона 
(1736–1806). Блестяще владея экспериментальной техникой, он все-
сторонне изучил трение скольжения, качения и верчения. Получен-
ные Ш. Кулоном фундаментальные результаты позволяют по праву 
считать его основателем современной трибологии. По авторитетному 
мнению замечательного отечественного триболога И.В. Крагель-
ского, работы Кулона содержали в зачаточном состоянии все важ-
нейшие положения современной науки о трении. Кулон установил, 
что сила трения состоит из двух составляющих, одна из которых про-
порциональна внешней нагрузке, а другая не зависит от нее, хотя эту 
составляющую он считал незначительной. Он показал также, что 
продолжительность контакта влияет на силу трения, и этим объяснил 
различие статического и кинетического трения, а также дал первые 
систематические исследования трения качения.

Если XVIII в., век Кулона, Дезагюлье и Эйлера, был ознаменован 

огромными достижениями в изучении сухого трения, то XIX в. стал
веком, когда были сделаны блестящие открытия, положенные 
в фундамент величественного здания теории гидродинамической 
смазки.

В 1847 г. на основании тщательных, хорошо продуманных экспе-

риментов Г.А. Хирн установил, что трение в подшипниках скольже-
ния, смазанных как растительными и животными, так и нефтяными 
маслами, не подчиняется закону Амонтона—Кулона для твердых тел, 
а зависит от некоторой величины, характеризующей каждое исследу-
емое масло и уменьшающейся с ростом температуры. Его работа, на-
печатанная только в 1854 г., осталась непонятой современниками 
из-за неожиданности полученных результатов. В 1883 г. выходит клас-
сическая статья нашего замечательного соотечественника Николая 
Павловича Петрова «Трение в машинах и влияние на него смазыва-
ющей жидкости», в которой были заложены начала гидродинамичес-
кой теории смазки, основанной на представлении о том, что сопро-
тивление относительному перемещению при вращении одного ци-
линдра в другом, концентричном первому, разделенных тонким слоем 
смазочной жидкости, определяется не внешним трением твердых тел, 
а внутренним трением этой жидкости. Н.П. Петров вывел простую 
формулу для расчета силы трения на поверхности шипа, связываю-
щую эту величину с вязкостью масла. Впервые в истории науки о тре-
нии удалось связать силу трения с характеристикой материала (в дан-
ном случае — с вязкостью масла), определенной независимыми из-
мерениями. Формула Петрова до сих пор используется для оценки 
силы трения в подшипниках скольжения, а ее автора, с легкой руки 
известного немецкого ученого А.И. Зоммерфельда заслуженно назы-
вают «отцом гидродинамической теории смазки».

Эта теория продолжала бурно развиваться. Всего через полгода 

после публикации упомянутой работы Н.П. Петрова английский 
исследователь Б. Тауэр установил, что в слое жидкости, разделяющем 
цапфу вращающегося вала и подшипник, самопроизвольно генери-
руется давление, превышающее давление от внешней нагрузки. Ис-
следования Б. Тауэра послужили отправной точкой для видного анг-
лийского физика и механика О. Рейнольдса, который 11 февраля 
1886 г. зачитал Королевскому обществу доклад «Теория смазки и ее 
приложение к экспериментам Б. Тауэра», опубликованный в том же 
году. В этой знаменитой работе О. Рейнольдс на базе основных урав-
нений гидродинамики получил приближенное дифференциальное 
уравнение для распределения давлений, развивающихся в смазочном 
слое, разделяющем вращающийся шип и подшипник. Согласно 
этому уравнению, для возбуждения избыточных гидродинамических 
давлений, обеспечивающих несущую способность подшипниковому 
узлу, смазочный слой должен иметь форму клина, т.е. в цилиндри-
ческих подшипниках скольжения вал должен быть расположен экс-
центрично. Это фундаментальное уравнение, известное во всем мире 
как уравнение Рейнольдса, до сих пор является основным уравне-
нием гидродинамической смазки. Дальнейшее развитие теории и 
практики гидродинамической смазки в основном происходило уже 
в XX в. и связано с именами А.И. Зоммерфельда, Н.Е. Жуковского, 
С.А. Чаплыгина, Р. Штрибека, И. Герси, Л.К. Гюмбеля, А.К. Дьяч-
кова, М.В. Коровчинского, С.М. Захарова и др.

Теорию смазки в условиях, когда гидродинамический эффект не 

может проявиться и разделение трущихся поверхностей осуществля-
ется тончайшим слоем продуктов взаимодействия активных компо-
нентов смазочного материала с материалами поверхностных слоев 
трущихся тел, т.е. граничной смазки, в 1919–1934 гг. разработал 
У.Б. Харди.

Большую роль в дальнейшем развитии теории граничной 

смазки сыграли Б.В. Дерягин, А.С. Ахматов, Ф.Ф. Боуден, Д. Тей-
бор, Г.В. Виноградов, Г.И. Фукс, Р.М. Матвеевский, Ю.Я. Подоль-
ский. Ю.Н. Васильев, а также В.Л. Лашхи, Г.И. Шор и др. Откры-
тие П.А. Ребиндером эффекта адсорбционного понижения проч-
ности твердых тел позволило понять, что в процессе трения при 
граничной смазке активно участвуют не только адсорбционный 
слой, но и тончайшие поверхностные слои трущихся тел, свойства 
которых изменяются под действием активных компонентов сма-
зочного материала. Это явление детально изучено трудами 
В.И. Лихтмана, Е.Д. Щукина, Г.И. Фукса и др. Весьма перспек-
тивна возможность значительного улучшения фрикционно-из-
носных характеристик некоторых пар трения при граничной 
смазке за счет реализации эффекта избирательного переноса, от-

крытого Д.Н. Гаркуновым и И.В. Крагельским (1957) и эффекта 
трибополимеризации (1972).

Двадцатый  век ознаменовался значительным прогрессом в изу-

чении процессов трения и изнашивания. Тщательные эксперимен-
тальные исследования перехода контактирующих тел от покоя к от-
носительному движению позволили А.В. Верховскому (1926) уста-
новить эффект предварительного смещения. Новые эксперимен-
тальные данные привели к возрождению представлений Дезагюлье 
в виде так называемых адгезионных теорий, независимо разрабо-
танных У.Б. Харди, Г.А. Томлинсоном и видным отечественным уче-
ным Б.В. Дерягиным. Авторы этих теорий рассматривали трение как 
результат молекулярного взаимодействия контактирующих поверх-
ностей. Г.А. Томлинсон (1929) впервые рассчитал коэффициент тре-
ния твердых тел, исходя из затрат энергии при разъединении пар 
молекул трущихся тел по площади их упругого контакта, так что 
число взаимодействующих пар молекул предполагалось функцией 
геометрии контакта, упругих констант контактирующих тел и при-
ложенной нагрузки. Однако прямая пропорциональность площади 
упругого контакта и силы трения экспериментально не была под-
тверждена. Большое влияние на дальнейшее развитие представле-
ний о молекулярном механизме процесса внешнего трения оказали 
работы Б.В. Дерягина (1934), предложившего свой вариант двуч-
ленного закона трения, основанный на учете молекулярной шеро-
ховатости поверхности твердых тел и на влиянии на трение моле-
кулярного притяжения этих тел по площади их фактического 
контакта [9].

В дальнейшем исследователи трения пошли по пути учета как 

адгезионных, так и деформационных явлений в фрикционном кон-
такте. За рубежом получила распространение адгезионно-деформа-
ционная теория трения, развиваемая кембриджской школой трибо-
логов, возглавляемой Боуденом. Ими было установлено, что в усло-
виях скольжения фактическая площадь контакта трущихся тел 
представляет собой ничтожную часть их номинальной площади и что 
на участках фактического контакта возникают высокотемпературные 
вспышки. Было сформулировано положение о том, что адгезионное 
взаимодействие трущихся тел приводит к возникновению между 
контактирующими телами на микроучастках контакта «мостиков 
сварки», которые разрушаются и вновь образуются по мере относи-
тельного перемещения этих тел, что в значительной степени обуслов-
ливает сопротивление относительному перемещению твердых тел, 
т.е. процесс трения. В то же время Боуден и его школа учитывали 
деформационную составляющую силы трения в виде «пропахиваю-
щей» для металлов и пластмасс и гистерезисных потерь при трении 
упругих твердых тел [2].