Методика визначення характеристик мікрогеометрії поверхонь тертя

Для оцінки мікрогеометрії поверхні найбільш широко застосовують щуповий метод, при якому шорсткість оцінюється за допомогою профілографа, що має голку радіусом 2…10 мкм (рисунок 3.5). В профілографі голка 1 переміщується по поверхні і зміщується по вертикалі відносно кульової опори 2, яка має великий радіус кривизни завдяки чому вона ковзає по вершинах мікровиступів, опускаючись і піднімаючись у відповідності з наявною хвилястістю. Переміщення голки 1 перетворюється датчиком 3 в електричні сигнали, які поступають в блок 4, де посилюються і аналізуються і звідти поступають на показуючий пристрій 5 і самописець 6. Завдяки тому, що кульова опора повторює форму хвиль прилад реагує тільки на шорсткість поверхні. Для одночасної оцінки хвилястості і шорсткості прилад працює в другому режимі, коли опора притискається і ковзає по гладкій рівній поверхні АВ (рисунок 3.5). В цьому випадку голка реагує на шорсткість і на хвилястість.

Рисунок 3.5 – Схема профілографа-профілометра

При аналізі профілограм слід врахувати, що вертикальне збільшення значно більше горизонтального, а це приводить до спотворення форми профілю. На рисунку 3.6 показана профілограма шліфованої поверхні і її вид при однакових вертикальному і горизонтальному збільшеннях.

Рисунок 3.6 – Профілограма шліфованої поверхні:

а – загальний вид; б – з одинаковим вертикальним та горизонтальним збільшенням

Звичайно шорсткість має направлений характер, що відображає траєкторію руху інструмента. У зв'язку з цим профілограми знімають у поздовжньому і поперечному напрямках.

Радіуси кривизни вершин виступів (рисунок .) визначають по поздовжніх і поперечних профілограмах. Вибирається не менше п’яти найбільш високих виступів і знаходять для них ширину перетину d_i на віддалі 0,3R_a або 0,06R_max від вершини h_i. Тоді радіус кожного виступу профілограми обчислюють по формулі

(3.5)

де g _в, g _г - вертикальне і горизонтальне збільшення відповідно.

Радіус кривизни знаходиться для поперечної (r_поп) і поздовжньої (r_поз) профілограм. Середні радіуси з п’яти виступів визначають так

(3.6 )

В розрахунках на тертя і зношування використовується середній радіус, який визначається по формулі

(3.7)

В таблиці 3.2 приведені значення r_поп і r_поз для поверхонь деталей машин після різних видів механічної обробки.

Таблиця 3.2 - Радіуси кривизни вершин виступів для поверхонь

з різною обробкою

Слід відзначити, що ці вихідні значення r_поп і r_поз можуть суттєво мінятися при терті і зношуванні, особливо при сухому і граничному терті, тому для більш точних розрахунків тертя, зношування і теплоутворення при терті доцільно знімати поперечні і поздовжні профілограми з поверхонь тертя деталей машин після їх приробки і на режимі нормального тертя і зношування. В додатку у таблиці Д.2 приведені параметри шорсткості, отримані з поверхонь тертя різних деталей машин після їх приробки в машинах і механізмах. В цій же таблиці даються дані для комплексної характеристики шорсткості (критерій Комбалова), який враховує гостроту мікровиступів і їх розподіл по висоті

(3.8)

Крім профілографів, для оцінки шорсткості застосовується оптичні методи.

Для оцінки грубої шорсткої поверхні використовують подвійний мікроскоп, що працює по принципу світлового січення. На досліджувану поверхню під кутом 45˚ направляють вузьку яскраву щілину. Проекція відтворює форму профілю, який вимірюється за допомогою мікроскопу.

Для дослідження гладких поверхонь використовується інтерференційний метод.

У останні роки розроблені методи отримання профілограм на растровому, електронному і скануючому (тунельному) мікроскопах. Роздільна здатність у цьому випадку сягає нанометрів. Вдається реєструвати шорсткість молекулярних розмірів (субмікрошорсткість), а також мікродефекти кристалічної структури.

Поверхня виступів сама по собі не є гладкою, на ній є шорсткість другого порядку яку називають субшорсткістю. Дослідження за допомогою растрового електронного мікроскопу показали, що субшорсткість має порядок 0,001…0,01 мкм. Не зважаючи на малі розміри вона безсумнівно впливає на характеристики тертя і є відповідальною за формування так званої фізичної площі контакту.