Выбор метода определения фактической площади контакта поверхностей взаимодействующих деталей

Основные способы определения фактической площади контакта поверхностей взаимодействующих деталей. Точность адгезионного метода. Наибольшее распространение в промышленности контроля по краске и копоти. Отсутствие относительного скольжения поверхностей.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 02.11.2018
Размер файла 154,8 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Выбор метода определения фактической площади контакта поверхностей взаимодействующих деталей

Грязев В.М.

Аннотации

Дан литературный обзор способов определения фактической площади контакта поверхностей взаимодействующих деталей. Показано, что наибольшую точность дает адгезионный метод. Наибольшее распространение в промышленности имеют контроль по краске и копоти. Последний применяется при отсутствии относительного скольжения поверхностей.

Ключевые слова: шероховатость поверхности, площадь контакта, методы контроля.

The literary review of ways of determination of the actual area of contact of surfaces of interacting details is given. It is shown that the adhesive method gives the greatest accuracy. The greatest distribution to the industries have control on paint and a soot. The last is applied in the absence of relative sliding of surfaces.

Keywords: surface roughness, contact area, control methods.

площадь контакт поверхность адгезионный

Основное содержание исследования

Реальные поверхности деталей машин по своей общей форме и местному рельефу лишь приближаются к своим идеальным прообразам. Понятие пятна контакта, как меры плотности прилегания отдельных сопрягающихся элементов, применимо к реальным поверхностям. Контакт реальных поверхностей отличается от идеального номинального контакта, площадь которого равна номинальной площади соприкосновения двух поверхностей, заданных в чертежах одинаковыми параметрами. В соответствии с этим различают [1] фактическую и контурную площади контакта.

Фактической площадью контакта называется площадь, по которой осуществляется контакт микронеровностей, образующих шероховатость. Контурная же площадь контакта определяется наличием макроотклонений и волнистости. При используемых на практике методах проверки контакта с помощью промежуточного красящего слоя определяется именно контурная площадь контакта.

На рис.1 схематично показаны фактическая - , контурная - и номинальная - площади контакта. Фактическая площадь контакта обычно составляет от номинальной десятые и даже сотые доли процента, а контурная - несколько процентов [2].

Известные в настоящее время более точные методы измерения контакта поверхностей - электрический; геометрический [1]; адгезионный [2]; оптический [1]; физико-химический [3] используются для определения фактической площади контакта. Из перечисленных методов наиболее простым и удобным следует признать адгезионный. Он основан на нанесении тонких угольных плёнок посредством распыления - угля специальным устройством в вакууме.

Рис.1. Номинальная - , контурная - и фактическая - площади контакта

Метод определения площади контакта с помощью тонких пленок, наносимых на одну из сопряженных поверхностей, является наиболее простым и удобным. В связи с этим были исследованы пленки различных веществ с точки зрения их применимости для этой цели. Такие пленки должны быть достаточно тонкими, чтобы не искажать профиль поверхности, и легко разрушаться в местах контакта. Кроме того, способ обнаружения пленок на поверхности должен быть достаточно простым и надежным. В частности, исследования пленок канифоли, наносимых по методике, описанной в работе [4], показали, что площадь разрушения таких пленок в местах контакта не полностью соответствует площади контакта. Обнаружение таких пленок при помощи люминофоров связано со значительными неудобствами.

Наилучшие результаты были получены при применении угольных пленок, напыляемых на образец, при распылении углерода в вакууме.

Перед нанесением пленки поверхность образца промывалась для удаления жира четыреххлористым углеродом. Для напыления пленки использовался вакуумный пост, давление выбирались 10-2 … 10-3 мм рт. ст.

На рис.2 представлена схема устройства для напыления пленки. Испарение угля происходит с разогретой поверхности двух угольных стержней, помещенных под колокол вакуумного поста и образующих контакт с высоким сопротивлением. Питание дуги осуществлялось низковольтным трансформатором, рассчитанным на большие токи.

Рис.2. Схема устройства для напыления угольной пленки в вакууме: 1 - колокол; 2 - держатель углей; 3 - угольные стержни; 4 - держатель образца

Для напыления использовались угли с минимальными примесями посторонних веществ, обычно применяемые при спектральном анализе. В зависимости от условий напыления (форма заточки углей, давление, расположение образцов, время напыления) толщина и прочность пленки значительно менялись. Прочность пленки зависит также от времени выдержки на воздухе, с течением времени она возрастает. В некоторых случаях угольный слой оказывается слишком прочным (например, его нельзя полностью удалить для повторного использования образцов). Для того чтобы уменьшить прочность угольного слоя, на поверхность металла наносится тонкий слой подложки.

Молекулярные силы, действующие на границе угольная пленка - образец, заменяются взаимодействием угольная пленка - подложка - образец. Подложка легко удаляется при помощи летучего растворителя, а вместе с ней удаляется и пленка.

Хорошие результаты были получены при использовании в качестве подложки пленки вазелина. Для нанесения пленки использовался метод титрованного раствора [5]. Для этой цели приготовлялся раствор вазелина в бензоле. Образец помещали в раствор и медленно извлекали. Толщина пленки вазелина менялась в зависимости от скорости извлечения и концентрации раствора. Толщина применяемой подложки была менее 10 ммк. Для определения толщины угольной пленки ее напыляли на поверхность стальной плитки высокой чистоты обработки и наносили на ней царапину. Рассматривая пленку с царапиной с помощью микроинтерферометра Линника МИИ-4, можно было по изгибу линии интерференции в зоне царапины определить толщину пленки.

Толщина угольной пленки определяет ее цвет. Оказалось, что угольная пленка толщиной 30 нм уже обнаруживается визуально на поверхности с высокой чистотой обработки металлов. В табл.1 указан цвет пленки в зависимости от ее толщины [6].

Таблица 1

Цвет угольной пленки в зависимости от ее толщины

Цвет пленки

Толщина, мкм

Серый

0,03…0,04

Светло-коричневый

0,04…0,1

Коричневый

0,1…0,2

Темно-коричневый

0,2…0,3

Черный

0,3…0,5

Таким образом, по цвету можно приблизительно определить толщину пленки.

Для определения площади контакта точное измерение толщины пленки необязательно, необходимо только, чтобы она была значительно меньше высоты неровностей.

Так, пленки толщиной 0,2 - 0,3 мкм пригодны для изучения контакта поверхностей с шероховатостью до . Более тонкие пленки позволяют определять площадь контакта поверхностей с шероховатостью до включительно. Пленки малой толщины не искажают профиль поверхности, на которую они наносятся.

При изучении площади контакта поверхностей с высокой чистотой обработки надежного разрушения пленки в местах контакта можно добиться, воздействуя тангенциальной силой на контактирующие образцы, находящиеся под нагрузкой. В некоторых случаях достаточно приложение тангенциальной силы без сдвига, в других случаях применялся сдвиг примерно на 1мкм. При сдвиге на 1 мкм площадь касания при упругом контакте почти не меняется, как это показывают приведенные ниже эксперименты, в то время как надежность измерения возрастает. Пленка в этом случае наносилась на поверхность, имеющую большую шероховатость.

Для поверхностей средней и грубой обработки (с шероховатостью до ), пленка надежно разрушается в местах контакта и без воздействия тангенциальных сил вследствие деформаций, возникающих в процессе нагружения.

При сопряжении поверхностей угольная плёнка в местах контакта разрушается, и при разъединении деталей на общем фоне угольного покрытия отчётливо видны светлые пятна, совокупность которых составляет площадь контакта. Достоинством этого метода является возможность нанесения очень тонких (до 0,03…0,05 мкм) плёнок, что и даёт возможность измерять фактическую площадь контакта, так как толщина плёнки значительно меньше высоты микронеровностей. Однако адгезионный метод, так же как и другие, ранее перечисленные методы, распространения не получил. Общей причиной этого обстоятельства является необходимость использования специального оборудования, а также значительная трудоёмкость их реализации.

Красящий слой для взаимно облегающих поверхностей, допускающих относительное скольжение друг по другу, наносят с помощью берлинской лазури, растертой с вазелином и машинным маслом.

Для поверхностей только соприкасающихся друг с другом и не допускающих в силу конструктивных особенностей относительного скольжения красящий слой наносят в виде копоти.

Первый способ используют, например, для проверки угла конуса инструмента. Угол конических поверхностей проверяют припасовкой детали конической пары по краске к калибру (тонкий слой краски наносят на коническую поверхность калибра или детали). Критерием годности детали является равномерное растирание всего слоя краски при тугих относительных поворотах калибра и детали ("полная припасовка"), что будет иметь место в тех случаях, когда наносимый слой краски компенсирует разницу в углах конуса калибра и изделия, а также погрешности геометрической формы. Таким образом, точность контроля конусов по углу, а также по геометрической форме путем припасовки зависит от толщины и постоянства толщины наносимого слоя краски. Толщина этого слоя не должна превышать 4 мкм при длине конуса до 100 мм и 6 мкм при длине конуса свыше 100 мм. Поскольку цветовой оттенок наносимой краски зависит от толщины ее слоя, то при известном навыке воспроизводить требуемую толщину слоя можно сравнительно легко и стабильно.

Для определения действительной толщины наносимого слоя краски ввиду невозможности непосредственной оценки этой величины Эйдиновым В.Я. был проделан следующий опыт [7].

Изготовили 5 наружных конусов высотой 80 мм с конусностью близкой к 0,05. Углы конуса отличаются друг от друга на 6"; если угол конуса 1 обозначить 2, то для остальных конусов углы будут соответственно: 2 + 6"; 2 + 12"; 2 + 18" и 2 + 24".

К конусу с углом 2 тщательно припасовали коническую втулку; однако оказалось, что угол конуса втулки меньше 2. Обозначили этот угол 20 и разность 2 - 20 обозначили .

Контролеру, занятому приемкой конических калибров, поочередно давали конусы (не в определенном порядке), предлагая определить проверкой по краске годность или негодность каждого конуса. Для припасовки у контролера имелась единственная втулка с углом 20. Каждый из 5 конусов прошел 100 проверок, т.е. всего контролер провел 500 испытаний. Результаты опыта отражены в таблице 2.

Таблица 2

Опытные данные разбраковки конусов по краске

№ конуса

Разность углов втулки и конуса

втулки и конуса

Из каждых 100 проверенных конусов

годно

не годно

1

2

3

4

5

+6"

+ 12"

+18"

+24"

92

51

7

3

0

8

49

93

97

100

Рассеивание результатов испытаний можно приписать непостоянству слоя краски, который наносит контролер. Измерили условно толщину слоя краски в величинах разности углов конусов и втулки, которые эквивалентны толщине слоя краски (т.е. слой краски, компенсирующий разность углов конуса, выражали условно в секундах). Таблицу результатов испытаний можно трактовать следующим образом: в 92 случаях из 100 слой краски больше , в 51 случае из 100 - больше +6", в 7 случаях из 100 - больше +12" и т.д. Или вероятность того, что слой краски меньше + 12", равна 0,93. Можно предположить, что случайные значения толщины наносимого слоя краски подчиняются нормальному закону распределения, а номинальное значение толщины слоя краски соответствует 2,36 мкм.

При изучении контактных сближений взаимодействующих деталей автоматических машин необходимо измерять контурную площадь контакта. В реальных производственных условиях измерение: этой площади производится с помощью копоти как промежуточного красящего слоя. В отрасли этот приём используется давно, является удобным и поэтому стал традиционным. Тенденций к его замене пока нет.

Список литературы

1. Дёмкин Н.Б. Контактирование шероховатых поверхностей. М.: Наука, 1970.227с.

2. Дёмкин Н.Б. Приближённый расчёт характеристик контакта деталей машин // Надёжность и долговечность машин. Калинин, КПИ. 1974. С.3-11.

3. Рыжов Э.В., Суслов А.Г., Фёдоров В.П. Технологическое обеспечение эксплуатационных свойств деталей машин. М.: Машиностроение, 1979.176с.

4. Тарасенко В.С. Методы и аппаратура для определения фактической площади контакта. ГОСИНТИ, 1961.

5. Ахматов А.С. Молекулярная физика граничного трения. М.: Физматгиз. 1963.471 с.

6. Gryazev V. M., Yamnikov A. S. Methodical bases of the solution of dimension chains with norm of soot surface contact // /European Science and Technology, Oktober 30th-31st, Publishing offise Vela Verlag Waldkraiburg - Munich - Germany 2012. Vol.I. p.161-168.

7. Васильев А.С., Грязев В.М., Ямников А.С. Функционально связанные сборочные размерные цепи, обеспечивающие нормированный контакт поверхностей. / Сборка в машиностроении, приборостроении, № 5, 2012. С.36-40.

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Черновое обтачивание цилиндрических поверхностей: правые и левые резцы, элементы их головки и форма передней поверхности. Точность размеров деталей и шероховатость поверхностей. Подготовка станка к чистовой обработке и отделке, закрепление деталей.

    реферат [6,8 M], добавлен 18.03.2011

  • Проектирования технологических процессов обработки деталей. Базирование и точность обработки деталей. Качество поверхностей деталей машин. Определение припусков на механическую обработку. Обработка зубчатых, плоских, резьбовых, шлицевых поверхностей.

    курс лекций [7,7 M], добавлен 23.05.2010

  • Анализ конструкции и назначения сборочной единицы. Выбор и обоснование метода достижения точности сборки узла, средств и методов контроля точности деталей. Обоснование допусков формы, расположения и шероховатости поверхностей. Автоматизация контроля.

    курсовая работа [2,9 M], добавлен 14.06.2009

  • Методика выбора оптимальных маршрутов обработки элементарных поверхностей деталей машин: плоскостей и торцев, наружных и внутренних цилиндрических. Выбор маршрутов обработки зубчатых и резьбовых поверхностей, отверстий. Суммарный коэффициент трудоемкости.

    методичка [232,5 K], добавлен 21.11.2012

  • Применение метода обработки без снятия стружки для деталей с ужесточением эксплуатационных характеристик машин. Данный метод обработки основан на использовании пластических свойств металлов. Обкатывание, раскатывание и алмазное выглаживание поверхностей.

    реферат [508,5 K], добавлен 20.08.2010

  • Назначение детали "Вилка" и условия работы её основных поверхностей. Обоснование выбора базирующих поверхностей и метода получения заготовки. Разработка технологии обработки поверхностей детали. Расчет режимов резания для токарных и сверлильных операций.

    курсовая работа [51,8 K], добавлен 18.02.2013

  • Причины износа и разрушения деталей в практике эксплуатации полиграфических машин и оборудования. Ведомость дефектов деталей, технологический процесс их ремонта. Анализ методов ремонта деталей, обоснование их выбора. Расчет ремонтного размера деталей.

    курсовая работа [2,3 M], добавлен 10.06.2015

  • Трудоемкость и производительность технологического процесса. Технологическая стоимость детали. Геометрическая точность обработки деталей. Производственная погрешность. Методы определения шероховатости поверхностей. Устойчивость и надежность процесса.

    реферат [51,3 K], добавлен 04.03.2009

  • Выбор методов и этапов обработки поверхностей. Классификация моделей станков: токарно-винторезные, сверлильно-фрезерно-расточные, круглошлифовальные, внутришлифовальные. Расчет режимов резания на обработку поверхностей. Нормирование операций и переходов.

    курсовая работа [244,7 K], добавлен 25.03.2015

  • Анализ конструкции деталей редуктора и синтез их размерного описания и технических требований. Классификация поверхностей деталей по функциональному назначению. Выбор метода достижения требуемой точности радиального биения зубчатого венца шестерни.

    курсовая работа [593,9 K], добавлен 27.09.2017

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.