книги из ГПНТБ / Якушев А.И. Взаимозаменяемость, стандартизация и технические измерения учебник

о

§ 25. ВОЛНИСТОСТЬ И ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТЕЙ ДЕТАЛЕЙ

Под волнистостью поверхности понимают совокупность перио­ дически чередующихся возвышенностей и впадин, образующих неровности поверхности, у которых расстояния между смеж­ ными возвышенностями или впадинами превышают базовую длину I (см. ниже). Волнистость занимает промежуточное положение между отклонениями формы и шероховатостью по­ верхности.

Границу между различными порядками отклонений поверх­ ности можно установить по значению отношения шага Sw к высоте

173

длине участка измерения Lw, равного не менее пяти действи­ тельным наибольшим шагам S w волнистости (рис. 09, а):

W z = О (Wx+ W2+ Wз+ W4+ 1B5).

Допускается непоследовательное расположение участков изме-

Рпс. 69. Волнистость поверхности:

а — к определению высоты; б — к определению шага

Числовые предельные значения Wz должны выбираться из

участка может быть равна периметру детали. Отдельное измерение волнистости производится на длине 1цп, равной пятой части длины Lw- Наибольшая высота волнистости Wmax — расстояние между наивысшей и наинизшей точками измеренного профиля в пределах L\y, измеренное на одной полной волне.

Средний шаг волнистости Sw — среднее арифметическое зна­

i= l

Положение средней линии mw определяется так же, как и средней линии профиля т шероховатости (см. ниже).

174

Форма волны может быть различной в зависимости от причин, которые вызывают волнистость поверхности. Чаще волнистость имеет синусоидальный характер, что является следствием вибра­ ции системы станок — приспособление — инструмент — деталь, возникающей из-за неравномерности сил резания, наличия не­ уравновешенных масс, погрешностей привода и т. п.

Волнистость измеряют при помощи приборов-волномеров или специальных приспособлений, например к профилографу-профи- ломегру мод. 201 завода «Калибр».

Шероховатостью поверхности называют совокупность неров­ ностей с относительно малыми шагами, образующих рельеф поверхности детали и рассматриваемых в пределах базовой длины I.

Шероховатость обработанной поверхности является след­ ствием пластической деформации поверхностного слоя детали при образовании стружки, копирова­

заны на рис. 70. Графическое изо­ бражение действительного профиля, полученного в результате измерения, называется профилограммой.

Существует несколько систем определения числовых значений параметров шероховатости поверхности: система средней линии (система М), огибающей линии (система Е) и др.

Новая система (ГОСТ 2789—73) нормирования шероховатости поверхности основана на системе М и соответствует рекоменда­ циям ISO и СЭВ. Она отличается от действующей системы расширенной номенклатурой параметров для количественной оценки, возможностью установления направлений неровностей и другими особенностями.

При определении числовых значений шероховатости поверх­ ности по системе М отсчет производят от единой базы, за которую принята средняя линия профиля т. Средней линией профиля т называется базовая линия, имеющая форму номинального про­ филя поверхности и делящая действительный (измеренный) про­ филь так, что в пределах базовой длины I сумма квадратов рас­ стояний yv у2 ... уп точек профиля до этой линии минимальна (рис. 71, а). Положение средней линии можно определить по

175

профилограмме. Допускается, чтобы в пределах базовой длины площади, расположенные по обеим сторонам от этой линии до контура профиля, были равны между собой, т. о.

Базовой длиной I называется длина участка поверхности, выбираемого для измерения шероховатости без учета других видов неровностей (например, волнистости), имеющих шаг более L Для надежной оценки шероховатости с учетом рассеяния показа­ ний прибора и возможной неоднородности строения неровностей длину участка измерения рекомендуется увеличивать до несколь-

Рис. 71. Действительный профиль (профилограмма) поверхности (а), кривая опорной длины про­ филя (б) и радиусы выступов и впадин неровностей (в):

' выступ; 5 — впадина профиля

ких базовых длин. В этом случае за результат измерения прини­ мают среднее арифметическое из результатов определения шерохо­ ватости на нескольких участках, причем длина каждого участка должна быть равна I. Числовые значения базовой длины выбирают из ряда 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8; 25 мм.

Количественно шероховатость поверхности (независимо от способа ее получения) по системе М оценивается средним арифме­ тическим отклонением профиля 7?0, средним квадратическим отклонением профиля Rq, высотой неровностей профиля по десяти точкам Rz, наибольшей высотой неровности профиля i?max, сред­ ним шагом неровностей Sm, средним шагом неровностей по вер­ шинам S, относительной опорной длиной профиля tp и радиусами закругления р выступов и впадин неровностей (рис. 71, а и в.)

Среднее арифметическое отклонение профиля Ra — среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля у

176

Под отклонением профиля у понимается расстояние между точкой профиля и средней линией, измеренное по нормали, прове­ денной через данную точку профиля к средней липни.

Среднее квадратическое отклонение профиля Rq — кореш» квадратный из среднего значения квадратов отклонений профиля в пределах базовой длины:

Числовых значений Rq в стандарте не приводится.

Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz — среднее

где hi max n hi min — ординаты соответственно пяти высших и пяти низших точек (в пределах базовой длины), измеренные от линии эквидистантной средней линии, и не пересекающей профиль.

Средняя высота неровностей R — среднее значение высот неровностей профиля в пределах базовой длины.

Наибольшая высота неровностей профиля Rmax — расстояние между наивысшей точкой выступов и наинизшей точкой впадин профиля в пределах базовой длины.

Средний шаг неровностей Sт — среднее значение шага неров­ ностей в пределах базовой длины:

где Smi — шаг неровностей, под которым понимается длина отрезка средней линии, ограниченного точками пересе­ чения этой линии одноименных сторон соседних неров­ ностей;

п — число шагов в пределах базовой длины.

Средний шаг неровностей по вершинам S — среднее значение расстояний между вершинами характерных неровностей в пре­ делах базовой длины:

i = 1

177

где п — число шагов неровностей по вершинам в пределах базовой длины.

Числовые значения параметров шероховатости /?„, Rz, й Шах, Smи S приведены в табл. 9. Параметры Rq, R и р не нормированы.

Относительная опорная длина профиля tp — отношение опор­ ной длины профиля т]р к базовой длине в процентах:

где г|р равна сумме длин отрезков Ъь отсекаемых на выступах профиля заданной линией, эквидистантной средней линии, в пре­ делах базовой длины, т. е.

Опорная длина профиля г|р определяется на так называемом уровне сечения профиля Р, т. е. на заданном расстоянии между линией выступов и линией пересекающей профиль эквидистантно линии выступов. Линия выступов — это линия эквидистантная средней линии, проходящая через паивысшую точку выступов профиля в пределах базовой длины.

Значение уровня сечения профиля отсчитывается от линии выступов в процентах к наибольшей высоте неровностей профиля

Где Р И /'('max — В MKM.

178

Числовые значения tp н р выбирают из ряда

Выбор параметров шероховатости и их числовых значении.

Требования к шероховатости поверхности деталей, как и выбор параметров для ее оценки, должны быть обоснованными и уста­ навливаться исходя из функционального назначения поверхностей деталей и их конструктивных особенностей. Расширенный комплекс параметров будет способствовать установлению обоснованных требований для поверхностей различного эксплуатационного назначения. Например, для трущихся поверхностей ответствен­ ных деталей устанавливают допустимые значения Ra (или Rz), Rmnx и tp, а также направление неровностей (см. ниже); для поверх­ ностей циклически нагруженных ответственных деталей — .Втях, Sm и S и т. д. При выборе параметров Ra или Rz следует иметь в виду, что Ra дает более полную оценку шероховатости, так как для его определения измеряются и суммируются расстояния большого количества точек действительного профиля до его сред­ ней линии, тогда как при определении Rz измеряются только расстояния между вершинами и впадинами неровностей.

Форма неровностей влияет па параметр Ra. Однако влияние фор.мы неровностей на эксплуатационные качества детали величи­ ной Ra оценить нельзя, так как при различных формах неровно­ стей значения Ra могут быть одинаковыми. О форме неровностей можно косвенно судить по параметрам Sm, S и tp.

Износостойкость, контактная жесткость, прочность прессовых посадок и другие эксплуатационные свойства сопрягаемых поверх­ ностей деталей связаны с фактической площадью их контакта. Для определения опорной площади, которая будет образована при рабочей нагрузке, строят кривые опорной длины профиля т|р. Для этого расстояние между линиями выступов и впадин делят на несколько уровней сечений профиля с соответствующими зна­ чениями Р. Для каждого сечения профиля определяют значение tpпо формуле (64) и откладывают его по абсциссе, а расстояние р до каждого сечения профиля, определяемое по формуле (66), — по оси ординат. Соединяя точки пересечения значений tp и р каждого се­ чения, получают кривую нарастания опорной длины профиля (рис. 71, б). При выборе значений tp следует учитывать, что с уве­ личением tp требуются все более трудоемкие процессы обработки, например при tp ~ 25% (определенной по средней линии про­ филя) можно применять чистовое точение, а при tp ~ 40% — хонингование.

Требования к шероховатости поверхности устанавливают, указывая числовое значение или диапазон значений одного или нескольких параметров и величину базовой длины, на которой необходимо определять параметры шероховатости. Значение I

179

выбирают тте в зависимости от Rn (или /?.), а исходя из требований к шероховатости поверхностей. IIрп необходимости могут быть установлены следующие допустимые отклонения средних значений параметров шероховатости в процентах от их поминальных значений: 10; 20; 40%. Отклонения могут быть односторонними и симметричными. Если требований к шероховатости поверхности не установлено, то она контролю не подлежит.

В экономически обоснованных случаях при использовании технической документации, выпущенной до введения ГОСТ 2789—73, допускается применять до 1980 г. классы шероховатости. В зависимости от числовых значений Ra и Rz установлено 14 классов шероховатости поверхности (табл. 10). Классы шерохо­ ватости поверхности с 6-го но 14-й разделяются на разряды а, б, в. В классах шероховатости 1—5,13 и 14 не применяется параметр Ra, а в классах 6—12 — параметр Rt. Это вызвано необходимостью однозначного определения класса шероховатости при различных методах ее контроля. Числовые значения параметров шерохова­ тости, приведенные в табл. 9 и 10, относятся к сечению, нор­ мальному к номинальной поверхности. Для неответственных по­ верхностей значение шероховатости определяется требованиями технической эстетики, коррозионной стойкости и технологией изготовления.

Требования к шероховатости поверхности устанавливают без

Во многих случаях желательно установить требование к на­ правлению неровностей, а иногда и к виду или последовательности видов обработки. Типы и условное обозначение на чертежах нормированных направлений неровностей поверхности указаны -в табл. Г1. Наименьший коэффициент трения и износ трущихся деталей получаются тогда, когда направление их движения не совпадает с направлением неровностей. Это достигается, напри­ мер, при произвольном направлении неровностей, возникающем при суперфинишировании и хонинговании.

Действующая система нормирования шероховатости по ГОСТ 2789—59 предусматривает также 14 классов шероховатости, но только два показателя для количественной оценки шерохова­ тости — Ra и Rz. Числовые значения этих параметров по классам шероховатости одинаковы в действующем и новом стандартах (табл. 10). Значительное различие имеется в обозначении шерохо­ ватости на чертежах.

Обозначение шероховатости поверхности. До 1/1 1975 г. будет действовать ГОСТ 2.309—68, по которому шероховатость поверх­ ности на чертежах обозначается равносторонним треугольником с добавлением к нему номера класса или номера класса и разряда (например, \/1, V?a).

Числовое значение шероховатости ограничивает только ее наибольшую величину (например, у 9 означает поверхность с Ra

ISO

Таблица 1(,

Числовые значения шероховатости поверхности по IIа и llz при установленных классах шероховатости

не более 0,32 мкм). В тех случаях, когда требуется ограничить и наименьшую величину шероховатости, необходимо указывать номера двух классов или разрядов, ограничивающих допустимую шероховатость (например, ••• V 9 означает, что шероховатость должна быть по Ra не более 0,03 и не менее 0,16 мкм). Эти слу­ чаи обозначений относятся к условиям, когда, чрезмерно малая шероховатость нежелательна (например, не способствует удер­ жанию смазки на трущихся поверхностях в подшипниках сколь­ жения).

Шероховатость поверхностей грубее 1-го класса обозначается

знаком \/, над которым указывается высота неровностей Rz в мкм,

181