Глава 6. Шероховатость и волнистость поверхностей деталей

6.1 Система нормирования шероховатости поверхности

Во всех предыдущих разделах мы предполагали, что действительная поверхность детали эквидистантна номинальной. Этого в действительности не наблюдается. Вместо цилиндрического вала мы можем увидеть конус, пирамиду или фигуру сложной формы. Это погрешность формы. Если же ось этой фигуры не совпадает с номинальной осью, то это погрешность расположения. Причем ось является базой, относительно которой определяется номинальная поверхность.

Если рассмотреть поверхность детали более тщательно, то окажется, что ее форма носит периодический характер. При малой частоте периодичности это волнистость, при большой – шероховатость.

При реальном соединении детали контактируют не номинальные, а действительные поверхности, у которых имеется своя волнистость (шероховатость), а также погрешности формы и расположения, поэтому для многих деталей помимо допусков на размеры следует ввести и другие ограничения.

Номинальная поверхность детали, указанная на чертеже, задается относительно какого-либо элемента, который называется базовым. Под базовым элементом понимают какую-либо поверхность, линию, точку или их совокупность.

При этом допуск на размер нормирует действительную поверхность при допущении, что она имеет ту же форму, что и номинальная, причем действительный базовый элемент также должен совпадать с номинальным. Однако в ряде случаев форма расположения относительно базового элемента и микроструктура действительной поверхности определяют эксплуатационные характеристики изделия, поэтому деталь не может быть годной, даже если действительный размер не выходит за поле допуска T_d. Следовательно, необходимо наложить специальные ограничения.

Рассмотрим цилиндрический вал, укажем его номинальную поверхность, базовую ось, радиальные допуски , номинальный диаметр детали , действительную поверхность, а также действительную ось (рис. 6.1).

Из рисунка видно, что действительная поверхность детали не выходит за пределы допуска и деталь должна быть признана годной по допуску T_d. Однако, в отличие от номинального профиля детали, действительный профиль имеет форму конуса, (где профиль – сечение соответствующей поверхности какой-либо плоскостью).

Рисунок 6.1 – Уровни отклонений

Если действительная поверхность коническая, и это имеет решающее значение в соединении, то это отклонение нормируется погрешностью формы, если действительная ось не соответствует номинальной, то это погрешность расположения.

Если на действительной поверхности наблюдается периодическая структура со средней удвоенной амплитудой W и шагом S_w (относительный шаг ) то:

в пределах - поверхность волнистая,

- поверхность шероховатая,

- говорят о погрешности формы.

6.2 Основные положения по нормированию шероховатости поверхности

Шероховатость поверхности наряду с другими факторами, определяющими качество поверхностью (волнистостью, отклонениями формы и физико-механическими свойствами поверхностного слоя) оказывает большое влияние на эксплуатационные свойства деталей, сборочных единиц и изделий машиностроения, в том числе на качество сопряжений, в расчет которых входят параметры качества поверхности и поверхностного слоя.

Возможность эффективного и единообразного нормирования и контроля шероховатости поверхности обеспечивается стандартизацией терминов и определений, номенклатуры параметров и рядов их значений для количественной оценки, общих правил установления требований к шероховатости в технической и нормативной документации, условных обозначений этих требований. Кроме того, имеются стандарты на методы и средства контроля шероховатости поверхности.

Термины и определения основных геометрических понятий, относящихся к шероховатости обработанных поверхностей, установлены ГОСТ 25142-82. Некоторые из основных терминов и определений представлены в табл. 2 и проиллюстрированы на рис. 44.

Основные положения по нормированию шероховатости поверхности, установленные ГОСТ 2789-73 сводятся к следующему.

1. Требования к шероховатости поверхности должны быть обоснованными и устанавливаться исходя из функционального назначения поверхности.

2. Требования к шероховатости поверхности должны устанавливаться путем указания числового значения (наибольшего, номинального или диапазона значений) параметра (параметров) и значений базовой длины, которой происходит определение параметра.

Т а б л и ц а 6.1 - Некоторые из основных терминов и определений, относящихся

к шероховатости поверхности

Термин

Определение

1. Шероховатость поверхности 2. Базовая линия 3. Базовая длина 4. Отклонение профиля 5. Средняя линия профиля 6. Линия выступов (впадин) профиля

Совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенная с помощью базовой длины Линия (поверхность) заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно профиля (поверхности) и служащая для оценки геометрических параметров поверхности Длина базовой линии, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности Расстояние между точкой профиля и базовой линией Базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратическое отклонение профиля до этой линии минимально Линия эквидистантная средней линии, проходящая через высшую (низшую) точку профиля в пределах базовой длины

Рисунок 6.2 - Профилограмма к определению основных параметров

шероховатости поверхности

3. Требования к шероховатости должны устанавливаться без учета дефектов поверхности (царапины, раковины и т.п.).

4. При использовании номинальных числовых значений параметров шероховатости должны быть установлены допустимые отклонения. Допустимые отклонения параметров шероховатости в процентах от номинальных значений следует выбирать из ряда: 10, 20, 40. Отклонения могут быть односторонними и симметричными.

5. Параметры шероховатости (один или несколько) выбирают из приведенной номенклатуры:

а) среднее арифметическое отклонение профиля - среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины

,

где - базовая длина, - число выбранных точек профиля на базовой длине;

б) высота неровностей профиля по десяти точкам - сумма средних абсолютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины

,

где - высота -го наибольшего выступа профиля, - глубина - ой наибольшей впадины профиля;

в) наибольшая высота неровностей профиля - расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины

,

где - высота наибольшего выступа профиля, - глубина наибольшей впадины профиля;

г) средний шаг неровностей профиля - среднее значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины

,

где - шаг неровностей, равный длине отрезка средней линии между точками пересечения ее с одноименными сторонами соседних неровностей, - число средних шагов в пределах базовой длины;

д) средний шаг местных выступов профиля - среднее значение шагов местных выступов профиля, находящихся в пределах базовой длины

,

где - шаг местных выступов профиля, - число шагов неровностей по вершинам в пределах базовой длины;

е) относительная опорная длина профиля отношение опорной длины профиля к базовой длине

.

Опорная длина профиля равна сумме длин отрезков, отсекаемых на заданном уровне в материале профиля линией, эквидистантной средней линии в пределах базовой длины .

6. Типы направлений неровностей поверхности и числовые значения параметров шероховатости (наибольшие, номинальные и диапазоны значений) выбирают из таблиц ГОСТ 2789.

7. Относительная опорная длина профиля в процентах от базовой длины выбирается из ряда: 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90.

8. Числовые значения уровня сечения профиля выбирают из ряда: 5, 10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 процентов от .