3.8. Влияние качества поверхности на эксплуатационные свойства детали

Основными эксплуатационными свойствами поверхностей детали являются: износостойкость, усталостная прочность, прочность неподвижного соединения, антикоррозионная стойкость.

3.8.1. Влияние шероховатости на эксплуатационные свойства детали

Влияние шероховатости поверхности на износостойкость. Износ поверхности во времени можно представить в виде графика (рис. 139). На кривой износа можно выделить три периода : приработки (Ι), нормальной работы (ΙΙ) и катастрофического износа (ΙΙΙ).

Рис. 139. Кривая износа поверхности во времени	Рис. 140. Зона контактирования шероховатостей поверхностей

В начальный период Ι контакт трущихся поверхностей происходит по вершинам неровностей. Фактическая поверхность соприкосновения во много раз меньше расчетной, удельные давления в местах контакта большие (рис. 140). Под их действием происходит интенсивный начальный износ трущихся поверхностей. Это период приработки. Высота неровностей уменьшается до своей оптимальной величины. После различных видов обработки, вследствие образования различной шероховатости, площадь контакта также будет неодинаковой. Так, площадь контакта после чистового точения – 25%, после шлифования высокой точности – 30-50%, после притирки – 90-95%.

В период нормальной работы ΙΙ интенсивность износа устанавливается наименьшей, при этом величина шероховатости считается оптимальной.

Наступление периода ΙΙΙ пытаются избежать.

Чем ближе шероховатость после механической обработки к оптимальной величине, тем меньше период приработки. Период приработки всегда следует уменьшать, так как в это время происходит уменьшение величины шероховатости, быстро увеличиваются зазоры до своих предельных значений, вследствие чего уменьшается срок службы детали.

Оптимальная величина шероховатости зависит от условий эксплуатации.

Рис. 141. Зависимость величины шероховатости от условий эксплуатации:

1 – тяжелые условия; 2 – нормальные условия

С целью уменьшения необоснованного сокращения сроков службы соединений необходимо стремиться получать шероховатость ближе к оптимальной.

Влияние шероховатости на прочность неподвижного соединения.

Чем ниже шероховатость, тем прочность неподвижного соединения больше.

Рис. 142. Схема соединения вала и втулки

Прочность неподвижного соединения можно оценить величиной натяга .

,(55)

где и− диаметры поверхностей вала и отверстия втулки,и− максимальные величины шероховатостей поверхностей вала и отверстия втулки,и− коэффициенты смятия для поверхностей вала и отверстия втулки (рис. 142).

Например, прочность прессового соединения ступицы вагонного колеса с осью при высоте неровностей Rz = 36мкм, оказалась меньше на 40% прочности такого же соединения с Rz = 18мкм.

Влияние шероховатости на усталостную прочность детали. Неровности обработанной поверхности детали, работающей в условиях циклических и знакопеременных нагрузок, являются концентраторами напряжений. Чем они больше, тем быстрее может произойти накопление напряжений, превосходящих предел усталости металла (рис. 143).

Рис. 143. Влияние шероховатости на усталостную прочность детали

Влияние шероховатости на антикоррозионную стойкость. Под действием газов и жидкостей поверхность детали подвергается коррозии. Чем больше величина шероховатости, тем воздействие коррозии активнее, поэтому шероховатость необходимо уменьшать.