Рельеф поверхности твердых тел
Рельеф поверхности твердых тел
Поверхностям твердых тел всегда присущи отклонения от идеальной геометрической формы. Причиной тому являются дефекты поверхности, появляющиеся в процессе формирования самих твердых тел, в результате их взаимодействия с окружающей средой, в процессе обработки этих материалов на специальном оборудовании и при эксплуатации машин.
Качество поверхности деталей машин во многом влияет на многие свойства твердых тел таких, например, как сопротивление усталостному разрушению, износостойкость, коррозионную стойкость и ряд других свойств трущихся тел и машин в целом.
Макрои микрогеометрия поверхности твердых тел формируется как в процессе изготовления, так и при эксплуатации узлов трения. В процессе изготовления деталей по ряду причин, чаще всего связанных с техническим состоянием оборудования, они приобретают форму поверхности, отличную от заданной по чертежу (рис. 4.10). Среди дефектов поверхности наиболее характерными являются микроотклонения (в виде выпуклостей, вогнутостей, конусности образующей
деталей и т.п.), волнистость и шероховатость.
3 4
SB
1 2 HB
Рис. 4.10. Схема шероховатости твердых тел: 1 – форма по чертежу;
2 – макроотклонения; 3 – волнистость; 4 – шероховатость
Волнистость представляет собой совокупность периодических, регулярно повторяющихся микровыступов и макровпадин, когда шаг, образуемой ими волны SВ, более чем в 40 раз превышает ее высоту НВ.
Под шероховатостью подразумевается совокупность неровностей с относительно малым шагом 2...800 мкм и высотой 0,03...400 мкм.
Шероховатость и волнистость твердых тел можно оценить, с помощью измерительного прибора профилограф-профилометр. Этот
прибор с помощью специальной иглы (с радиусом закругления
2...10 мкм), перемещающейся по исследуемой поверхности, воспроизводит ее рельеф в увеличенном масштабе. Пример такой профилограммы представлен на рис 4.11.
1
Рис. 4.11. Профилограмма поверхности: 1 – линия выступов;
2 – средняя линия; 3 – линия впадин
Пользуясь профилограммой, можно определить среднее арифметическое отклонение профиля от средней линии
yi
Ra n ,
где yi расстояние некоторой точки профиля от средней линии; n число точек профиля.
Для этого на профилограмме обычно берут базовую длину L, на которой находится пять наибольших максимумов и пять минимумов. При разделении базовой длины на n участков повышается точность расчетов.
Используя профилограмму поверхности, определяют также и
среднее арифметическое отклонение неровностей по десяти точкам
где Нi расстояние расчетных точек от средней линии.
Для большинства обрабатываемых твердых тел Ra меняется в интервале от 100 до 0,008 мкм, a Rz от 1600 до 0,025 мкм. Несколько большую величину, чем Rz, имеет наибольшая высота профиля Rmax, определяющая расстояние между самой высокой точкой выступов и самой низкой точкой впадин.
Аналогичные характеристики шероховатости поверхности можно получить и для поверхностей деталей узлов трения.
|
Используя профилограмму поверхности твердого тела, можно построить кривую опорной поверхности. Она характеризует степень возрастания площади сечения микровыступов поверхности твердого тела по мере перехода от линии (плоскости) выступов к линии (плоскости) впадин. Строится она посредством суммирования площади выступов R = li на определенном удалении R от линии выступов (рис. 4.12).
Рис. 4.12. Профилограмма и опорная поверхность твердого тела
Достаточно часто при проведении расчетов сил трения и износа пользуются комплексной характеристикой шероховатости поверхности, имеющей вид
где r средний радиус кривизны вершин выступов; Rmax расстояние между линиями выступов и впадин; B, v параметры опорной кривой, характеризующей распределение материала по высоте шероховатого слоя.
Для наиболее распространенных в машиностроении шероховатых поверхностей B=2, v=2. На таких поверхностях также имеются наношероховатости, обусловленные уже отдельными кристаллитами, из которых и формируется твердое тело (рис. 4.3 и 4.15).
Обсуждение Основы триботехники
Комментарии, рецензии и отзывы