Свойства рабочих поверхностей деталей машин

Параметры профиля рабочей поверхности детали. При изготовлении деталей их поверхностям придают определённую геометрическую форму, которая обусловливает характер взаимо­действия деталей сопряжения, режим трения, интенсивность изнашива­ния и в конечном итоге долговечность узла трения. Рабочая поверхность детали, подвергшейся любой, даже самой качественной, механической обработке, представляет собой совокупность неровностей.

Различают три типа неровностей поверхности: макроотклонения, волнистость и шероховатость.

Единичные, регулярно не повторяющиеся отклонения поверхности от номинальной формы, называются макро­отклонениями. К макроотклонениям относят конусность, выпуклость, вогнутость рабочей поверхности, овальность, огранку и ряд других видов отклонений.

Волнистостью называют совокупность периодических, близких по размерам выступов и впадин. Расстояние между двумя соседними выступами или впадинами называют шагом волны (рис. 3.1). Высоту Н волны определяют, как среднее расстояние от номинального профиля поверхности до верхней точки выпуклости или нижней точки впадины. Для волнистости отношение S/H> 40.

Рис. 3.1. Параметры волнистости поверхности

Под шероховатостью понимают совокупность неровностей, шаг которых не превышает 800 мкм, а высота изменяется от 0, 03 до 400 мкм.

Реальная рабочая поверхность детали может включать несколько видов отклонений от расчетного уровня (рис. 3.2). Эти отклонения определяют объемную или, как принято говорить, топографическую картину шероховатой поверхности. Шероховатость оценивают так называемым профильным методом, при котором измеряют параметры неровностей в плоскости сечения, перпендикулярной к некоторой поверхности, принятой за базовую, т. е. рассматривают профиль рабочей поверхности.

Типы неровностей профиля отличаются между собой в основном шагом. Для определения различий между шероховатостью и неровностями других типов установлена так называемая базовая длина. За базовую длину принимают длину базовой линии, используемую для определения шага, высоты неровностей и других параметров шероховатости. Размеры базовой длины наиболее часто выбирают равными 0, 25 и 0, 8 мм.

Рис. 3.2. Типы профилей рабочих поверхностей деталей: а — вогнутость; б — выпуклость; в — волнистость

Основные понятия и показатели, применяемые при оценке не­ровностей профилей поверхностей деталей, регламентированы стандартами. При измерении параметров профиля (рис. 3.3) за линию отсчета принимают так называемую среднюю линию т — т, имеющую форму номинального профиля и проведенную так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля от этой линии минимально.

Рис. 3.3. Профиль рабочей поверхности детали: а — на базовой длине; б — для одной неровности

Высотные, шаговые и структурные параметры неровностей их характеристика. Неровности поверхностей разделяют на высотные, характеризующие размеры неровностей по нормали к базовой линии отсчета; шаговые, характеризующие расстояние между неровностями профиля вдоль базовой линии; структурные, характеризующие строение и форму неровностей.

К высотным параметрам относятся:

• среднее арифметическое отклонение профиля

или

где l — базовая длина; х — абсцисса профиля, отсчитываемая по базовой линии; у — расстояние между любой точкой профиля и средней линией, измеренное

по нормали, проведенной к средней линии через эту точку профиля; n — число выбранных точек;

• высота неровностей профиля по десяти точкам, определяемая как сумма средних арифметических абсолютных отклонений точек пяти наибольших минимумов и пяти наибольших максимумов профи­ля в пределах базовой длины:

где Н_imax (Н_imin.) — отклонение соответственно наибольших высот выступов (глубин впадин) профиля;

•наибольшая высота неровностей профиля, определяемая как расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профи­ля в пределах базовой длины:

Линией выступов А—А (впадин В—В) профиля называется линия, эквидистантная средней линии и проходящая через высшую (низшую) точку профиля в пределах базовой длины. Принято высоту неровностей профиля оценивать по высоте неровности по доминирующему циклу (расстоянию R_p между линией выступов и средней линией профиля), а также расстоянию R_u между линией впадин и средней линией профиля.

К шаговым параметрам неровностей профиля относят:

•средний шаг неровностей , т. е. среднее арифметическое значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины. Шаг неровностей определяется как длина отрезка средней линии между точками ее пересечения с одноименными сторонами двух соседних местных выступов профиля;

• средний шаг неровностей по вершинам (средний шаг

местных выступов), определяемый как среднее арифметическое значение шага неровностей профиля по вершинам в пределах базовой длины.

К структурным параметрам неровностей профиля рабочей поверхности детали относят:

• средний радиус r кривизны вершин выступов (среднее арифме-­
тическое значение радиусов кривизны вершин), определяемое по
пяти наиболее высоким выступам в пределах базовой длины;

• средний угол φ наклона неровностей профиля (средний угол
наклона боковых сторон неровностей профиля к средней линии в
пределах базовой длины);.

• опорную длину профиля (сумма длин отрезков в пределах базовой длины, отсекаемых на заданном уровне в материале выступов профиля линией, эквидистантной средней линии); относи­ тельную длину профиля на уровне р сечения профиля, определяемом как расстояние между линией выступов профиля и эквидистантной линией, пересекающей профиль. Относительная длина есть отношение опорной длины профиля к базовой длине . Обычно
t_pi выражают в процентах от базовой длины.

Распределение материала детали по высоте неровностей профи­ля характеризует так называемая опорная кривая (рис. 3.4), показывающая закономерность нарастания площади опоры в выбранном сече­нии при сближении в процессе взаимодействия абсолютно гладкого тела с реальной шероховатой поверхностью.

Рис. 3.4. Схема построения опорной кривой профиля рабочей поверхности: а —шероховатость на базовой длине; б — опорная кривая

Опорную кривую, как правило, строят в относительных величинах. По оси абсцисс откладывают отношение суммы длин сечений выступов на данном уровне к базовой длине профиля, а по оси ординат — отношение сближения а поверхностей к R_max или R_р.

Опорная кривая описывается выражением

где Δ l_p —сумма длин сечений выступов на уровне p; n — число пересекаемых выступов; А_p — площадь сечения выступов на уровне р; А_с — контурная площадь поверхности на базовой длине.

Начальную часть опорной кривой до средней линии определяют с помощью выражения

где t_m — относительная опорная длина профиля на уровне средней линии; b, v_m - параметры опорной кривой;

Как уже отмечалось, профиль рабочей поверхности характеризует форму и размеры неровностей в определенной плоскости. Условия взаимодействия деталей сопряжения существенно зависят от направления неровностей в пространстве.

Существует шесть направлений неровностей поверхности: параллельное, перпендикулярное, пересекающееся, произвольное, кругообразное, радиальное (рис 3.5). Эта важная геометрическая характеристика поверхности зависит от способа обработки детали. Поэтому при решении задачи обеспечения надежности машины на стадиях конструирования и производства необходимо строго обосновать технологию изготовления деталей.

Рис. 3.5. Типы направления неровностей поверхности и их обозначения