Влияние шероховатости поверхности на эксплуатационные свойства деталей автомобилей

Качество поверхности деталей машин оказывает существенное влияние на их эксплуатационные свойства: износостойкость, усталостную прочность, стабильность посадок, коррозионную стойкость и др.

Износостойкость нужна трущимся поверхностям сопряженных деталей подвижных соединений. В начальный период работы трущихся поверхностей, их контакт происходит по вершинам неровностей, поэтому фактическая поверхность соприкосновения (опорная длина профиля _р) значительно меньше расчетной, что вызывает в местах фактического контакта по вершинам неровностей большие давления, часто превышающие предел прочности или предел текучести трущихся металлов, что приводит к срезу, смятию или откалыванию вершин неровностей и вызывает интенсивный начальный износ трущихся поверхностей и увеличение зазора в сопряженной паре деталей.

Характер износа трущихся поверхностей с течением времени их работы можно представить в виде графика и выделить на нем три участка (рис.4.5).

1 — участок приработки; II — нормальное естественное изнашивание в процессе эксплуатации; III — аварийный участок.

R_Z1 < R _Z2

Рис. 4.5 Характер износа трущихся поверхностей с течением времени

Началъный износ более продолжительный, но меньший по величине у рабочих пар с меньшим значением параметров шероховатости.

В трущихся парах высота неровностей R_Z, должна быть оптимальной, при которой износ в период приработки и работы будет минимальным (рис.4.6).

Рис.4.6 Влияние шероховатости на интенсивность износа в период приработки

Увеличение R_Z. более оптимальной приводит к более интенсивному зацеплению неровностей, их смятию и скалыванию, как было показано выше.

Уменьшение же R_Z менее R_Z0 ведет к выдавливанию смазки и возникновению сухого трения, что в конечном итоге приводит к сухому трению, возникновению молекулярного сцепления и заедания плотно соприкасающихся поверхностей сопряженных деталей. Поэтому задача конструктора — назначить оптимальную шероховатость поверхностей сопряженных деталей.

На начальный износ сопряженных деталей подвижных соединений влияют также форма и направление неровностей относительно направления скольжения.

Установлено, что тонкие и многочисленные неровности обеспечивают большую износостойкость, чем крупные большого шага при одинаковом значении R_Z.

Влияние направления неровностей на износостойкость в разных условиях трения и при разных размерах неровностей различно. При жидкостном трении и малой высоте неровностей направление рисок значения не имеют, а при увеличении шероховатости более выгодным является параллельное направление рисок к скорости движения.

В период начального износа трущихся поверхностей высота неровностей может уменьшаться на б5...75 % от перваначальной. При малых размерах детали c шероховатостью поверхностей R_Z = 3... 10 мкм двойная высота неровностей соизмерима с допуском на изготовление детали. Поэтому необходимую высоту шероховатости рекомендуется устанавливать в зависимости от требуемой точности проектируемого сопряжения расчетом по формулам:

при d > 50мм, R_Z =(0,1...0,15) Т;

при d = 18... 50 мм, R_Z =(0,15...0,2) Т;

при d < 18 мм R_Z = (0,2...0,25) Т.

Шероховатость поверхности существенно влияет на стабильность неподвижных посадок. С увеличением R_Z прочность прессовых посадок снижается, т.к. после смятия вершин неровностей коэффициент опорной поверхности tp очень мал и при работе узла такое соединение не выдерживает эксплуатационных нагрузок. Поэтому при сборке прессовых посадок в холодном состоянии стремятся шероховатость сопряженных поверхностей получить минимальную, что повышает опорную поверхность и прочность соединения. При получении горячепрессовых посадок (нагрев втулки или охлаждение вала) микро неровности в определенных пределах способствуют повышению прочности соединений.

От шероховатости поверхности сильно зависит усталостная прочность деталей

Физико-механические свойства поверхностного слоя детали оказывают влияние на эксплуатационные свойства и в первую очередь — на износостойкость.

Повышению износостойкости деталей способствует увеличение твердости поверхностного слоя. Одним из методов повышения твердости и износостойкости деталей является предварительное упрочнение поверхностного слоя — наклеп.