Влияние шероховатости обработанной поверхности на эксплуатационные свойства деталей строительных машин

UDK 621.81 - 408.8

Ivanov М.V.

Postgraduate student

Department of Construction Production Technology

Volgograd State Technical University

Volgograd, Russian Federation

Rashevskiy N. M.

Postgraduate student

Department of Mathematic and Information Technology

Volgograd State Technical University

Volgograd, Russian Federation

Sinitsyn A. A.

Postgraduate student

Department of Mathematic and Information Technology

Volgograd State Technical University

Volgograd, Russian Federation

INFLUENCE OF THE ROUGHNESS OF THE PROCESSED SURFACE ON OPERATIONAL PROPERTIES OF DETAILS OF CONSTRUCTION MACHINERY

Обеспечение заданного качества машин и длительное сохранение его во многом зависит от качества поверхностей их деталей. От шероховатости поверхности зависят основные эксплуатационные свойства деталей машин: износостойкость, сопротивление усталости, жесткость, контактная выносливость, коррозионная стойкость и др.

Трение и изнашивание в значительной степени связаны с высотой, формой неровностей поверхности и направлением рисок (штрихов) обработки [1, 2].

В начальный период работы трущихся поверхностей их контакт происходит по вершинам неровностей. В результате этого фактическая поверхность соприкосновения составляет лишь небольшой процент от расчетной, поэтому в местах фактического контакта по вершинам неровностей возникают большие давления, часто превышающие предел текучести и даже предел прочности трущихся металлов.

Под действием этих давлений при неподвижных поверхностях в точках контакта происходят упругое сжатие и пластическая деформация смятия неровностей, а при взаимном перемещении поверхностей – срез, отламывание и пластический сдвиг вершин неровностей, приводящие к интенсивному начальному износу трущихся деталей и увеличению зазоров трущейся пары [3]. При работе деталей в легких и средних условиях высота неровностей в период начального износа трущихся поверхностей уменьшается на (65…75)%, что приводит к увеличению фактической поверхности их контакта, а следовательно, к снижению фактического давления [4].

Задачей конструктора, проектирующего новые машины, является назначение шероховатости трущихся поверхностей, соответствующей ее оптимальному значению, при котором износ и коэффициент трения при данных условиях изнашивания являются наименьшими.

Влияние направления неровностей на износостойкость также различно в разных условиях трения и при разных размерах неровностей [5,6]. Эксперименты показывают, что при жидкостном трении и малой высоте неровностей направление рисок значения не имеет, однако при увеличении шероховатости более выгодным оказывается параллельное направление рисок и скорости движения.

При граничном трении поверхностей с малыми неровностями и параллельным направлением неровностей и скорости движения возникающие схватывание и износ оказываются больше, чем при перпендикулярном направлении. Для поверхностей с большей шероховатостью, когда схватывания не происходит, параллельное направление рисок дает наименьший износ.

Коэффициент трения тоже связан с направлением неровностей и их высотой. При сочетании поверхностей, имеющих одинаковое направление неровностей, и при их перпендикулярном направлении к движению коэффициент трения достигает наибольшего значения. При перпендикулярном направлении неровностей трущихся поверхностей или при их беспорядочном расположении, что наблюдается при суперфинишировании, коэффициент трения минимален.

Снижение высоты неровностей повышает контактную выносливость, то есть работоспособность деталей в условиях трения качения. Чем меньше высота неровностей на рабочих поверхностях контактируемых деталей (например, поверхности шаров и желобов колец шариковых подшипников), тем меньшая вероятность появления усталостных трещин в концентраторах (впадинах микронеровностей) при контактных циклических нагрузках и тем позднее наступит усталостное выкрашивание.

Усталостная прочность деталей сильно зависит от шероховатости их поверхностей. Наличие на поверхности детали, работающей в условиях циклической и знакопеременной нагрузок, отдельных дефектов и неровностей способствует концентрации напряжений, которые могут превысить предел прочности металла. В этом случае поверхностные дефекты и обработочные риски играют роль очагов возникновения субмикроскопических нарушений сплошности металла поверхностного слоя и его разрыхления, являющихся первопричиной образования усталостных трещин.

Качество поверхностного слоя существенно влияет на коррозионную стойкость [7]. Продукты коррозии накапливаются во впадинах микронеровностей и оказывают свое разрушительное действие, проникая вглубь металла и приводя к отделению микрочастиц и образованию новой поверхности. Экспериментальными исследованиями установлено, что с увеличением высоты неровностей коррозионная стойкость снижается, а с ее уменьшением и увеличением опорной длины профиля и среднего шага неровностей, наоборот, повышается.

Таким образом, высота шероховатости, направление штрихов обработки, форма и шаг неровностей, размеры опорной поверхности и другие геометрические характеристики микрорельефа поверхности оказывают влияние на все важные эксплуатационные показатели деталей машин, приборов и оборудования.