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

Глава III

КОМПЛЕКСНЫЙ КРИТЕРИЙ А ДЛЯ ОЦЕНКИ ШЕРОХОВАТОСТИ ПОВЕРХНОСТЕЙ ТРЕНИЯ

Как показывает опыт, высотные параметры Ra, Rq, Rz, Rm&x недостаточно полно определяют служебные свойства поверх­ ностей применительно к задачам трения и изнашивания.

Развитые за последнее время методы расчета площадей касания, сил трения, интенсивности изнашивания показывают, что наиболее существенной характеристикой шероховатости поверхности является профиль поверхности. Обработка про­ филограммы позволяет получить перечисленные выше статисти­ ческие параметры.

В этой главе рассматриваются характеристики шерохова­ тости поверхности Rmax, г, b и v, существенным образом влияю­ щие на процесс контактирования поверхностей и нашедшие широкое применение в расчетной практике.

На основе анализа выполненных ранее работ и проведенных нами исследований предлагается безразмерный комплексный критерий оценки шероховатости А, равный отношению макси­ мальной высоты неровностей Rmax к произведению радиуса за ­ кругления единичных неровностей г на параметр bi/v, учитываю­ щий распределение неровностей по высоте: ^ = Rmaxjrbih.

§ 1. Геометрическое истолкование комплексного критерия шероховатости поверхности

Известно, что в силу дискретности контакта твердых тел на фактических площадях касания развиваются высокие напря­ жения. В области давлений, наиболее часто встречающихся в машиностроении, рост фактической площади касания в зависи­ мости от приложенной нагрузки описывается в основном началь­ ным участком опорной кривой. В формировании фактической площади касания участвует только часть наиболее высоких не­ ровностей, соответствующих некоторой относительной величине сближения

Если распределение материала в поверхностном слое описыва­ ется степенным уравнением tv = bev, то заполнение профиля поверхности произойдет на некоторой условной величине сближе-

32

ния h\ меньшей величины Rm3iX. На фиг. 15 представлена опор­ ная кривая профиля (1— действительный профиль; 2 — услов­ ный профиль). Применительно к расчету фактических площадей касания в указанной области представляет интерес определение величины h' [19, 20].

Из уравнения (II.8) определим величину сближения /Г,

Напряженное состояние на контак­ те в общем случае зависит также от радиуса закругления микроне­

rbl/v

Согласно [51] безразмерное отношение h/r в теории трения и изнашивания является одной из важнейших характеристик. Оно является основным критерием оценки концентрации напряжений и классификации видов фрикционной связи при трении [52].

Безразмерный критерий А — это наиболее полная оценка шероховатости поверхности применительно к указанным зада­ чам; она включает не только геометрические, но и статисти­ ческие характеристики распределения выступов по высоте. Из уравнения (III.3) следует, что А является угловым коэффи­ циентом прямой, определяющим изменение величины h/r в зави­ симости от tpi/v. В § 5 настоящей главы мы приведем эксперимен­ тальные данные, иллюстрирующие это положение.

§ 2. Методика расчета критерия А по профилограммам

Предлагаемый критерий шероховатости поверхности А, согласно шкалам градации шероховатости поверхности по ГОСТу 2789—59, лежит в диапазоне 102— 10~5 для 14 классов чистоты. С увели­ чением класса чистоты комплексный критерий уменьшается. Параметры, входящие в А, определяются статистической обра­ боткой из профилограмм.

При определении критерия А использованы ГОСТ 2789—59 на шероховатость поверхности и «Методические указания № 176

[66] по обработке профилограмм». Согласно «Методическим указаниям» с исследуемой поверхности в направлении, перпен­ дикулярном следам обработки (или следам трения), снимается профилограмма с базовой длиной /, величина которой может быть выбрана из табл. 10 в соответствии с предполагаемым классом чистоты и видом обработки.

Участок измерения разбивается на базовые длины. На базо­ вой длине I определяется положение средней линии профиля по

Фиг. 16

одному из трех рекомендуемых «Методическими указаниями» способов.

Средней линией профиля называется линия, делящая про­ филь так, что в пределах базовой длины сумма квадратов рас­ стояний точек профиля до этой линии минимальна.

На выбранных участках измерения с различным числом базовых длин определяется базовая линия отсчета, характери­ зующая момент начала контакта соприкасающихся поверх­ ностей. Эта линия проводится эквидистантно средней линии на

34

расстоянии, определяемом значением средней наибольшей высоты выступов профиля; методика обработки профилограмм разработана в лаборатории теории трения ИМАШ [102].

Rmax

Решим систему двух уравнений, откуда определим параметр степенной аппроксимации v:

Из уравнения (III.5) следует, что v не зависит от величины Rmax. Решим первое из уравнений (III.4) относительно pi

определяется без дополнительного вычисления его отдельных величин. Это отношение обычно принимается равным среднему значению для нескольких сечений профиля поверхности (рп). За­ тем определяем средний радиус закругления единичных неров­ ностей г по формуле (II.6).

Приведенное значение радиуса гприв определяется как сред­ нее геометрическое величин гпрод и гпоп:

прив = у т прод поп» (III. 8)

Применительно к поверхностям с нерегулярным профилем для нормального стационарного случайного закона средний радиус закругления единичных неровностей определяется по формуле (II.5). Параметр Rmax может быть рассчитан по формуле:

Rmax~5R q~6R a. (III.9)

Параметр Ra определяется непосредственно по показанию про­ филометра.

Для получения безразмерного комплексного критерия шеро­

Используя известные методики [66, 102], можно определить критерий А из профилограмм применительно к различным задачам, связанным с учетом шероховатости поверхности.

/

§ 3. Связь критерия А с параметрами Ra и R z для некоторых видов технологической обработки

Как было отмечено выше, получение необходимых характеристик исследуемой шероховатой поверхности является весьма кропот­ ливым и трудоемким процессом. Это затрудняет применение современных методов расчета на трение и изнашивание с при­ влечением комплексного критерия шероховатости поверхности. В работе [2] сделана попытка установить связь между отноше­ нием RmaJ r и чистотой поверхности для различных видов обра­ ботки. Однако полученные авторами результаты не учитывают характеристик распределения неровностей по высоте. Мы сде­ лали попытку установить эту связь с учетом параметров b и v, различно обработанных и приработанных поверхностей трения.

Исследуемыми объектами являлись выпускаемые заводом «Калибр» рабочие эталоны образцов шероховатости поверх­

плиток каждого класса чистоты для данного вида обработки поверхности снимались профилограммы. Профилограммы сни­ мались по нескольким сечениям в направлении, перпендику­ лярном к следам обработки. Кроме того, исследовались детали, обработанные современными отделочными методами. Такими методами обработки являются алмазное выглаживание, хонингование, обкатывание роликами внутренних цилиндри­ ческих поверхностей [68].

Методики обработки профилограмм, расчетные статисти­ ческие формулы для вычисления RmSLX, г, Ь, v, а также приспособ­ ление для обработки профилограмм были использованы для получения значений A, Ra, Rz, tp для различно обработанных и

иприработанных поверхностей. Были также использованы экс­ периментальные данные 3 . В. Рыжова [88, 89], Я, А. Рудзита [2]

иН. Б. Демкина [19, 20]. Результаты расчетов приведены в табл. 11— 13. По результатам расчетов построены графики зави­ симости безразмерного комплекса А от величины Ra и Rz для каждого вида обработки, а также для приработанных поверх­ ностей. На фиг. 17 приведена зависимость А от параметра Rz

для различных видов технологической обработки (стальные поверхности). Обозначения: 1— торцовое фрезерование; 2— плос­ кое шлифование; 3— полирование; 4— точение; 5— доводка плос­

На фиг. 19 приведена зависимость А от параметра Ra (1— алмаз-

36