Свойства. Влияние шероховатости поверхности на ее эксплуатационные

Влияние шероховатости поверхности на ее эксплуатационные

Трение и износ в сопряжения деталей различных механических устройствах в значительной степени связаны с высотой, формой и направлением неров-ностей поверхностей.

В начальный момент контакт сопрягаемых поверхностей происходит по вершинам неровностей. При этом площадь фактического контакта поверх-ностей составляет 30-50% от расчетной, т.е. без неровностей. При действии нагрузки возникают в сопряжении большие давления, нередко превышающие предел текучести и смятия. Под действием этих давлений при неподвижном контакте поверхностей происходит упругое сжатие и, при определенном давлении, пластическая деформация (смятие) неровностей, а при взаимном перемещении поверхностей – их срез, смятие и отламывание вершин, что и характеризует начальный износ и увеличение зазоров в сопряжении, а, иногда, и схватывание сопрягаемых поверхностей и формирования адгезии (молеку-лярного холодного «схватывания» поверхностей). Указанное явление обычно называют «приработкой» поверхностей. К концу приработки фактическая пло-щадь сопряжения возрастает и приобретает оптимальное значение, давление в сопряжении снижается и дальнейший износ и увеличение зазора существенно замедляются. Для ускорения «приработки» и снижения роста зазора выбирается соответствующий метод и режимы обработки поверхностей заготовок.

Однако следует отметить, что:

– с увеличение высоты неровностей сопрягаемых поверхностей по сравнению с некоторым оптимальными значениями повышает износ за счет увеличения механического зацепления неровностей и сил их смятия или среза;

– уменьшение высоты неровностей по сравнению с оптимальным значением приводит к существенному возрастанию износа в связи с усилением молекуляр-

ного сцепления и адгезии плотно соприкасающихся поверхностей, что способ-

ствует выдавливанию смазки и пониженная смачиваемость очень чистых по-

верхностей.

Точность сопряжения (величина посадки), установленная чертежом и опре-деляемая зазором сопряжения, может измениться в результате износа соприка-сающихся поверхностей. За период приработки высота неровностей сопрягае-мых поверхностей может уменьшаться на 65 -75% от первоначальных значе-ний. Так, например, для подшипникового узла, прибора с посадкой 6 с шеро-ховатостью поверхностей сопряжения R_z = 5 мкм максимальный чертежный за-зор (без учета параметра шероховатости R_z) составит 9 мкм. За период прира-ботки максимальная высота неровностей может составить R_z.пр.^max»0,25·R_z = 1,25 мкм, дополнительный радиальный зазор от уменьшения неровностей сос-тавит З_доп»7,5мкм, т.е. за период приработки зазор увеличится почти на величи-ну проектного зазора, что может нарушить работоспособность подшипнико-вого узла.

При проектировании приборов и приборных комплексов можно рекомен-довать следующие зависимости шероховатости (мкм) от точности сопряжений:

· при Ø до 18 мм R_z ≈ (0,20 – 0,25)·δ_{d max}; (4.6)

· при Ø от 18 до 50 мм R_z ≈ (0,15 – 0,20)·δ_{d max}; (4.7)

· при Ø от 50мм R_z ≈ (0,10 – 0,15)·δ_{d max}, (4.8)

где δ_{d max} – максимальная величина поля допуска на сопряжение (мкм).

Например, на поверхности сопряжения ø6 с максимальным полем допуска δ_{d max} = 17 мкм параметр шероховатости R_z≈0,13 · δ_{d max} = 0,2·17 =3,4 мкм (или R_a =0,76мкм).

С ростом шероховатости заметно снижается прочность соединений с гарантированным натягом в особенности при сборке механической запрес-совкой, т.е. когда частично сминаются и срезаются неровности сопрягаемых поверхностей (на 20 - 40%). Для компенсации потери прочности соединения в

этом случае необходимо изготавливать сопряжения с бо¢льшим натягом.

Наличие неровностей на поверхностях деталей, работающих в условиях знакопеременных и циклических нагрузок, способствует концентрации напряжений, т.е. неровности являются центрами субмикроконцентраторов напряжений, являющихся первопричиной образования усталостных микро-трещин. В этом случае подобные поверхности следует обрабатывать с меньшой подачей, режущим инструментом с большим радиусом или плоской вершиной режущей пластины, обеспечивающих меньшую высоту неровностей, либо производить дополнительную накатку или раскатку поверхностей роликами или шариками.

Дата добавления: 2014-11-29