Файл: Комбалов, В. С. Влияние шероховатости твердых тел на трение и износ.pdf

нических свойств поверхностных слоев материала в начальный период трения, обычно проявляющийся при постоянных внешних условиях в уменьшении работы трения, температуры и интенсив­ ности изнашивания».

Наиболее глубоко приработка исследована М. М. Хрущовым

[105].

Согласно М. М. Хрущову, по истечении периода приработки происходит процесс стационарного изнашивания, причем шерохо­ ватость остается, несмотря на износ, примерно одной и той же, т. е. она воспроизводится на протяжении всего периода стацио­ нарной работы. Это положение, установленное экспериментально в работе [37], далее нашло подтверждение в трудах многих дру­ гих исследователей [97— 100, 115— 117].

Так, например, В. С. Щедров [116] пишет: «В результате при­ работки материальная поверхность приходит к такому физиче­ скому состоянию и такой структуре, при которых поверхностный слой обладает минимальной потециальной энергией, т. е. пред­ ставляет устойчивую систему, допускающую в данных условиях минимальную диссипацию энергии. Эта воспроизводимая шеро­ ховатость называется оптимальной». По нашему определению эта шероховатость называется равновесной.

Изменение шероховатости в процессе приработки носит «вол­ нообразный» периодический характер [33, 97, 100]. «Волнообраз­ ный» характер изнашивания обнаружен посредством наблюде­ ний за изменением во времени коэффициента трения при истира­ нии образцов. Это также подтверждается исследованиями опти­ мальной чистоты поверхности пары коленчатый вал — вкладыши коренных и шатунных подшипников.

Одной из важных закономерностей приработки является не­ зависимость равновесной шероховатости от первоначальной ше­ роховатости. На фиг. 10 приведен график изменения микро­ рельефа поверхности трения при испытании в течение 5 час образцов, изготовленных из легированной стали, с различным исходным классом чистоты поверхности, при скольжении в усло­ виях граничной смазки, при скорости 5 м/сек, удельном давлении

50 кг/см2[44].

19

0а , мнм

0,064

0,032

Фиг. 12

На фиг. 11 приведены экспериментальные данные [16] об изменении параметра шероховатости Ra во времени при при­ работке шариковых подшипников, откуда следует, что при

20

Глава II

КРИТЕРИИ ОЦЕНКИ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ЗАДАЧАМ ТРЕНИЯ

ИИЗНАШИВАНИЯ

§1. Статистические методы оценки шероховатости поверхности

Количественная оценка шероховатости поверхности производится с помощью специальных критериев оценки микрогеометрии (параметров шероховатости). Каждый из них характеризует поверхность с учетом каких-либо особенностей ее геометри­ ческого строения и технологии ее изготовления.

Наиболее широкое применение в контактных задачах полу­ чили аспекты оценки шероховатости поверхности, которые можно условно классифицировать следующим образом:

а) статистические методы оценки профиля (назначение неза­ висимых параметров, характеризующих профиль поверхности); б) аналитическое выражение (уравнение) профильной кри­

вой; в) графическое изображение характерного профиля поверх­

ности.

Под качеством поверхности будем понимать шероховатость поверхности. Определение понятия сформулировано в ГОСТе 2789—59, оно гласит: «Шероховатость поверхности — совокуп­ ность неровностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхностей и рассматриваемых в пределах участка, длина которого выбирается в зависимости от характера поверх­ ности и равна базовой длине /» [31]. Базовой длиной I называется длина базовой линии, в пределах которой производится оценка

вания применимы лишь некоторые. Поэтому ниже рассмотрим лишь те исследования по оценке качества поверхности, которые связаны с трением и изнашиванием.

Основные геометрические характеристики шероховатости.

Непосредственная оценка параметров шероховатости поверх­ ности производится по следующим основным параметрам в си­ стеме М, принятой в СССР и ряде других стран. Дадим опре­ деления наиболее часто используемых новых характеристик (предусмотренных в проекте ГОСТа 2789—73 на шероховатость

22

поверхности) в количественном описании процессов, протекаю­ щих при контактном взаимодействии поверхностей.

Опорная длина профиля т]р— сумма длин отрезков, отсека­ емых на заданном уровне (р) в материале выступов измеряемого профиля линией, эквидистантной средней линии, в пределах

базовой длины:

п

1=1

где А/* — длина отрезка, отсекаемого на выступе измеряемого профиля линией, эквидистантной средней линии в пределах базо­ вой длины; п — число отрезков, отсекаемых на выступах измеря­ емого профиля линией, эквидистантной средней линии в пре­ делах базовой длины.

Относительная опорная длина профиля /р — отношение опор­ ной длины профиля к базовой длине:

Опорная кривая профиля — графическое изображение зави­ симости значений опорной длины профиля от высоты ее рас­ положения относительно линии выступов.

Радиус закругления вершины неровности профиля г (неров­ ность— занимаемая материалом часть секущей плоскости, ограниченная профилем и прямой, соединяющей две экстремаль­ ные точки соседних минимумов).

Среднее квадратическое отклонение профиля Rq определяется как корень квадратный из среднего значения квадратов откло­ нений в пределах базовой длины:

или приближенно

Критерий Rq, так же как Ra и RZ}— упрощенный; он является усредненной характеристикой высоты неровностей и не уступает в точности последним. _

Высота неровностей R определяется как среднее арифмети­ ческое значение из часто повторяющихся высот неровностей от

23

обсчетом графического изображения профиля, т. е. профило­ граммы поверхности, и являются по существу высотными харак­ теристиками. Проведенный нами анализ исследований влияния шероховатости поверхности на трение и изнашивание показал, что исследователи пользуются перечисленными выше парамет­ рами шероховатости трущихся поверхностей. Следует отметить, что оценка шероховатости поверхности одной высотной характе­ ристикой явно недостаточна для определения ее эксплуатаци­ онных свойств. Авторы [137] предлагают различать макронеров­ ности (волны), определяемые размером, протяженностью и их формой, и микронеровности, также определяемые размером, формой и распределением по высоте. В связи с этим, по их мнению, необходимо располагать дополнительными данными по оценке шероховатости, а именно углом наклона неровностей, шагом неровностей, радиусами закругления вершин микронеров­ ностей и параметрами распределения неровностей по высоте. Известно, что при помощи механической обработки (например, шлифования, полирования, виброобкатывания) можно получить поверхности с одинаковыми высотными характеристиками Ra или Rz\ однако радиусы закругления вершин и распределение вершин по высоте будут различными. Это отразится на экс­ плуатационных свойствах поверхностей [89, 104, 113, 137].

Развитие статистических методов позволяет наиболее полно оценить шероховатость поверхности, так как, помимо высотных характеристик, эти методы определяют закон распределения неровностей по высоте, коэффициент заполнения профиля, регулярную и случайную составляющие профиля, радиусы закругления неровностей, шаг неровностей, углы наклона боко­ вых сторон профиля к средней линии и другие параметры. По Пекленику, профиль поверхности может быть характеризован автокорреляционной функцией [130]. По данным работы [125], автокорреляционная функция, полностью характеризующая про­ филь исследуемой поверхности при условии, что функция про­ филя f(x) стационарна и одновременно подчиняется распре­ делению Гаусса, выражается двумя следующими зависимо­ стями:

ризующие вид неровностей.

Значения этих параметров применительно к различным фор­ мам неровностей, расположенных на одной высоте или одинако­ вых по форме, но расположенных на разной высоте, приведены в табл. 8 и 9 [129].

24