22. Измерение шероховатости труднодоступных поверхностей. Профилографы, профилометры, оптические приборы для измерения шероховатости.

Измерение шероховатости труднодоступных поверхностей. Часто встречаются изделия, шероховатость поверхностей которых невозможно определить с помощью приборов. В таких случаях применяют метод слепков. Сущность его состоит в том, что по определенному рецепту изготовляют специальную массу, которую с усилием прижимают к поверхности измеряемой детали. После того как масса застынет, она отделяется от поверхности. Граница соприкосновения массы с поверхностью повторяет неровности, имеющиеся на испытуемой поверхности. Измерив шероховатость поверхности слепка, можно определить параметры шероховатости проверяемой поверхности.

Материалами для изготовления слепков могут быть: целлулоид, легкоплавкие сплавы, гипс-хромпик, лак-цапон, парафин, сера, масляная гуттаперча и др. Наилучшие результаты дают масляная гуттаперча и воск.

Профилографы, профилометры, оптические приборы. На использовании профильного метода основаны широко распространенные приборы для измерения шероховатости: профилометры и профилографы системы М, т. е. системы средней линии профиля. Профилографом называется прибор, регистрирующий координаты профиля поверхности.. Профилометром называется контактный (щуповой) прибор, служащий для измерения шероховатости поверхности по системе .

Профилографы и профилометры выпускаются двух типов: типа А для измерения номинально прямолинейных поверхностей и типа Б — для определения шероховатости одной или нескольких номинально непрямолинейных поверхностей. Работа этих приборов основана на контактных методах, в отличие от оптических приборов, работающих бесконтактным методом. Среди них наибольшее распространение получили методы светового сечения, теневой проекции, метод с применением растров, микроинтерференционные методы.

Принципиальная схема м е т о д а с в е т о в о г о с е ч е - н и я приведена на рисунке 3.6. Освещенная узкая щель S проецируется микроскопом А₁ на поверхности Р₁ и Р₂, образующие ступеньку высотой Н. Изображение щели на поверхности Р₁ займет положение S΄₁, а на поверхности Р₂ — положение S΄_2. В поле зрения микроскопа А₂, ось которого расположена под углом 90° к оси проецирующего микроскопа, изображение щели будет иметь вид световой ступеньки (О₁ и О₂ — объективы микроскопов А₁ и А₂). Размер ступеньки b, соответствующий смещению изображения S˝₂ относительно S˝₁, служит мерой высоты ступеньки Н (высоты неровности) и отсчитывается он окулярным микрометром. Такими приборами измеряются шероховатости средней высоты (от 0,8 до 80 мкм).

П р и н ц и п т е н е в о й п р о е к ц и и (рис. 3.7) представляет собой видоизмененный принцип светового сечения, в котором граница между светом и тенью создается острием ножа. С помощью приборов, использующих этот принцип измеряется большая шероховатость (от 40 до 1 600 мкм).

Сущность р а с т р о в о г о м е т о д а измерения шероховатости поверхности состоит в том, что измеряемая поверхность рассматривается в микроскоп и одновременно на изображение поверхности накладывается муаровая картина, получаемая в результате переналожения штрихов исходного и рабочего растров.

При м и к р о и н т е р ф е р е н ц и о н н о м м е т о д е измерения шероховатости измеряемая поверхность рассматривается в микроскоп (рис. 3.9) одновременно на изображение поверхности накладываются интерференционные полосы, которые искривляются в зависимости от шероховатости поверхности. Свет от источника L проходит через конденсор К и диафрагму D и разделяется полупрозрачной пластинкой М на два когерентных пучка. Один из пучков падает через микрообъективы О₁ на исследуемую поверхность S₁, отразившись от которой снова попадает в объектив О₁ и фокусируется в плоскости В, являющейся фокальной плоскостью окуляра О_к. Второй пучок проходит разделительную пластинку М и микрообъектив О₂, падает на зеркало сравнения S₂, наклоненное относительно оптической оси на небольшой угол. Объектив О₂ проецирует изображение зеркала сравнения S₂ также в плоскости изображения В. В результате сложения этих двух когерентных пучков света в плоскости В возникают интерференционные полосы. По искривлению интерференционных полос определяют высоту неровностей. Интерферометры позволяют измерять только небольшие высоты неровностей (от 0,005 до 1 мкм, а в некоторых случаях до 10 мкм), так как при больших значениях интерференционная картина пропадает.

По методу светового сечения работают двойные микроскопы МИС-11, ПСС-2. Принцип теневой проекции используется в приборах ПТС-1 и ТСП-4М, растрового метода — в микроскопе ОРИМ-1, на микроинтерференционном методе построены двойные микроскопы МИИ-4, МИИ-9, МИИ-10, МИИ-11 и МИИ-12.

23. Влияние шероховатости поверхности на работоспособность с надежностью детали. Оптимальная шероховатость.

Влияние шероховатости на работоспособность и надежность детали. Шероховатость, волнистость, отклонения формы и расположения поверхностей деталей, возникающие при изготовлении, а также в процессе работы машины под влиянием силовых и температурных деформаций, уменьшают контактную жесткость стыковых поверхностей деталей и изменяют установленный при сборке начальный характер подвижных посадок.

В подвижных посадках, когда трущиеся поверхности деталей разделены слоем смазки (жидкостное трение) и непосредственно не контактируют, указанные погрешности приводят к неравномерности величины зазора в продольных и поперечных сечениях, что нарушает ламинарное течение смазки, повышает температуру и снижает несущую способность масляного слоя.

Неровности, являясь концентраторами напряжений, снижают усталостную прочность деталей, особенно при наличии резких переходов, выточек и т. п. Так, при уменьшении шероховатости впадины нарезанной или шлифованной резьбы болтов с Ra = 1,25 до Ra = 0,125 допустимая предельная амплитуда цикла напряжений увеличивается на 20—50%, причем в большей степени у болтов из высокопрочных легированных термически обработанных сталей и в меньшей — у болтов из низколегированных и углеродистых сталей. Это объясняется большей чувствительностью легированных сталей к концентрации напряжений.

Выглаживание поверхностей (после точения или шлифования) алмазными наконечниками с радиусом сферы или цилиндра 2—3 мм на 25—40% повышает усталостную прочность и на 15—30% износостойкость деталей из легированных сталей (за счет создания остаточных напряжений сжатия и лучших параметров шероховатости).

Коррозия металла возникает и распространяется быстрее на грубообработанных поверхностях, особенно в местах концентрации напряжений; корродированные детали имеют в несколько раз меньшую прочность. Шероховатость поверхности и твердость — управляемые факторы. Шероховатость поверхности можно получить с заданной характеристикой у всех деталей партии, ее можно проверить, не повреждая детали.

Оптимальная шероховатость, методы ее определения. В процессе работы машины различают три периода: обкатку или приработку, когда у деталей повышенный износ; период нормальной работы (самый длительный) и период катастрофического износа, сопровождающийся постоянными, крупными и все более частыми поломками.

Получающаяся после приработки (при трении скольжения, трении качения и трении с проскальзыванием) шероховатость, обеспечивающая минимальный износ и сохраняющаяся в процессе длительной эксплуатации машин (участки А₁Б₁ и А₂Б₂ кривых на рисунке 3.4), называется о п т и м а л ь н о й. Оптимальная шероховатость характеризуется высотой, шагом и формой неровностей (радиусом впадин, углом наклона неровностей в направлении движения и др.). Параметры оптимальной шероховатости зависят от качества смазки и других условий работы трущихся деталей, их конструкций и материала. Оптимальная шероховатость не обязательно низкая. Так перед испытаниями компрессора шероховатость наружной поверхности поршня соответствовала Ra = 0,7—1,0 мкм, а зеркала цилиндра — Ra = 0,2—0,3 мкм. После испытаний в идеальных условиях в течение 1 000 часов шероховатость поршня не изменилась, а шероховатость зеркала цилиндра стала Ra = 0,7—1,2 мкм.