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

у и с для различных видов обработки стальных поверхностей. Аналогичные расчеты были проведены для чугунных поверх­ ностей; при этом, как показал анализ, результаты также хорошо описываются уравнениями (ШЛО), (111.10а).

Из графиков фиг. 17, 18 и 19 отчетливо видно, что параметры Ra и Rz не определяют служебных свойств поверхностей. Одному значению Ra или Rz могут соответствовать различные значения А для различных видов обработки, что, естественно, отражается на эксплуатационной способности поверхности.

Таким образом, существующие в настоящее время критерии оценки шероховатости поверхности Ra и Rz по ГОСТу 2789—59 недостаточны для решения задач трения и изнашивания, и ГОСТ необходимо дополнить комплексной характеристикой шерохова­ тости поверхности.

41

42

Полученная связь комплекса А с параметрами Ra и Rz по­ зволяет рассчитать его величину с учетом вида обработки поверхности без дополнительной обработки профилограмм, что значительно упрощает инженерные расчеты' в задачах трения и изнашивания.

Угловой коэффициент у для различных видов обработки из­ меняется в пределах от 1,82 до 2,4 и в приближенных расчетах по формуле (III. 10а) можно принять у~2. Коэффициент с, учи­ тывающий вид обработки, изменяется в 100— 1000 раз, что весь­ ма существенно.

§ 4. Геометрические характеристики шероховатости приработанных поверхностей

На приработанных поверхностях преобладает нерегулярная ше­ роховатость, которой свойственны как случайное очертание не­ ровностей, так и их случайное расположение по высоте; как по­ казано [107], эта нерегулярная шероховатость может быть при­ ближенно описана нормальным стационарным случайным про­ цессом. Начальная часть опорных кривых вполне удовлетвори­ тельно может быть выражена уравнением вида tp = bzv.

В связи с тем, что при исследовании процесса трения и изна­ шивания приходится иметь дело с шероховатостью приработан­ ных поверхностей, нами была поставлена задача ее комплексной оценки и установления ее связи с тегированными параметра­ ми шероховатости. Изучались поверхности различных деталей промышленного оборудования, машиностроительных изделий, на­ ходившихся в длительной эксплуатации. Использовались экспе­ риментальные данные о приработке образцов различных мате­ риалов, а также известные литературные данные о приработке трущихся поверхностей. Ниже приводится результат расчета некоторых характеристик шероховатости приработанных поверх­ ностей по профилограммам без учета условий трения (табл. 16).

Статистическая обработка профилограмм порядка 200 при­ работанных поверхностей позволила установить связь критерия шероховатости А с гостированной величиной Ra. На фиг. 20 при­ ведена зависимость А от параметра Ra для различных при­ работанных металлических поверхностей трения.

При практических расчетах в контактных задачах трения и изнашивания, где необходимо располагать комплексным крите­ рием шероховатости приработанных поверхностей, в уравнении

поверхностей можно принять, что показатель аппроксимации опорной кривой v » 2 .

43

§ 5. Экспериментальная проверка применимости критерия Д для расчета площадей касания по профилограммам

Взаимодействие твердых тел при контактировании в значитель­ ной степени зависит от распределения материала по высоте, отсчитываемой от плоскости (в случае контактирования твердых тел, имеющих плоские поверхности), параллельной плоскости касания. Распределение материала в поверхностном шерохова­ том слое аналитически описывается [20] или нормальным законом со смещенным центром распределения для поверх­ ностей, у которых на образование микрогеометрии поверхности оказывают влияние периодические факторы, или нормальным законом для поверхностей, имеющих нерегулярную шерохова­ тость. Во многих расчетах взаимодействия контактирующих тел [20, 52, 83] начальную часть опорной кривой аппроксимируют степенной функцией (И.8). Уравнение (II.8) можно исполь­ зовать [69] для вычисления фактической площади касания в зависимости от сближения между поверхностями. В этом случае уравнение напишем в следующем виде:

женное состояние на контакте. При пластических деформациях в зоне касания при статическом контакте а = 1 , при скольжении твердых тел а = 1/2 [69]; при упругих деформациях в зоне каса­ ния при статическом контакте и при скольжении а = 7 2.

Уравнение, (III.12) справедливо только для начальной части опорной кривой, в так называемой зоне ненасыщенного кон­ такта. Эта зона характерна тем, что в ней суммарная площадь сечений микронеровностей плоскостью увеличивается за счет увеличения числа неровностей, попадающих в секущую плос­ кость, размеров единичных площадок и некоторого увеличения их числа.

При экспериментальном исследовании процесса контактиро­ вания твердых тел часто рассматриваются случаи, когда твердое тело, имеющее ровную и гладкую поверхность, контактируется с более мягким телом, поверхность которого шероховата, или, наоборот, твердое тело с шероховатой поверхностью контакти­ руется с мягким телом;- обладающим гладкой поверхностью. В первом случае происходит расплющивание неровностей, во втором — внедрение неровностей в более мягкое тело. В обоих случаях при одинаковой величине сближения фактическая опор­ ная кривая реальных твердых тел отличается от расчетной опор­ ной кривой. Однако теоретический анализ показывает, что это отличие будет незначительным. Это положение было проверено экспериментально для обоих случаев контактирования [70—71].

Для проверки применимости формулы (III.3) с поверхности стальных плоских образцов, представляющих собой эталоны

44

А

МАМ

Фиг. 21

чистоты поверхности по ГОСТу 9378—60, обработанных по V7 строганием, торцовым фрезерованием и плоским шлифованием, снимались профилограммы в направлении, перпендикулярном следам обработки. На фиг. 21 приведены участки профилограмм указанных эталонных поверхностей ( а — строгание; б — торцо­ вое фрезерование; в — плоское шлифование периферией круга). На фиг. 22 приведены опорные кривые, по которым определялись значения b и v на уровне аппроксимации /7 = 0,5 (/— строгание; 2 — торцовое фрезерование; 3—плоское шлифование периферией круга). Кроме того, по профилограммам рассчитывались /?тах, г, Д, значения Ra и Rz. Результаты расчета приведены в табл. 17.

На основании расчета был построен график зависимости

высотные параметры i?max, Rz, несущая способность поверхностей разная; она зависит от комплекса Д.

45

Кроме того, нами [38], совместно с Н. М. Михиным и В. В. Алисиным [71], проведены эксперименты по контактиро­ ванию указанных стальных образцов шероховатости с образ­ цами из материала Д-16.

?-е

Для испытаний по схеме жесткая шероховатая поверхность— мягкая гладкая использовались указанные выше стальные образцы шероховатости (ГОСТ 9378—60) в паре с кольцевым образцом из материала Д-16. Твердость материала Д-16, опре­ деленная на приборе ТК—2М, составляла НВ = 34 кг1мм". Особенностью мягких образцов из материала Д-16 является их рабочая поверхность, выполненная в виде трех кулачков, выступающих над поверхностью на 0,1 мм, общей площадью в 25 мм2. Такая конструкция образцов обеспечивала требуемую параллельность плоскостей образцов, а также позволила довести предельное контурное давление до 10 кг/мм2. Для испытаний по схеме жесткая гладкая поверхность — мягкая шероховатая были

46