книги из ГПНТБ / Лоповок Т.С. Волнистость поверхности и ее измерение

т.с . л о п о в о к

волнистость

ПОВЕРХНОСТИ

И ЕЕ ИЗМЕРЕНИЕ

И З Д А Т Е Л Ь С Т В О С Т А Н Д А Р Т О В

М о с к в а — 1 9 7 3

В В Е Д Е Н И Е

Улучшение качества машин и приборов — повышение их надежности и долговечности —неразрывно связано с пробле­ мой качества поверхностей, так как практически все эксплу­ атационные свойства деталей машин определяются теми или иными геометрическими и физическими параметрами их рабо­ чих .поверхностей.

Проблемам качества поверхности посвящены многочис­ ленные исследования, связанные со следующими основными направлениями:

определением взаимосвязи качества поверхности с их эксплуатационными характеристиками (функциональная взаимозаменяемость);

разработкой новых и совершенствованием известных тех­ нологических процессов с целью обеспечения требуемого ка­ чества поверхности;

усовершенствованием действующей и созданием новой аппаратуры для лабораторных исследований и производст­ венных измерений геометрических и физических характерис­ тик качества поверхности;

стандартизацией параметров качества поверхности; наи­ более точно и достоверно отражающих эксплуатационные свойства деталей машин.

з.

Успешному изучению шероховатости в немалой степени способствует также возможность управления ее геометричес­ кими характеристиками — формой неровностей, их шагом, высотой, а также создание и усовершенствование средств из­ мерения стандартизованных параметров шероховатости (пер­ вый стандарт на шероховатость был принят в Советском Союзе еще в 1945 г.).

ми показателями деталей и узлов машин, такими как жид­ костное трение, газогидродинамическое ^сопротивление и эро­

Отклонения формы (макроотклонения) стали изучаться значительно позже, чем шероховатость. Первый и ныне дей­ ствующий стандарт на отклонения формы (ГОСТ 10356—63) способствовал дальнейшему их изучению. Отклонения фор­ мы так же, как и шероховатость, могут рассматриваться изо­ лированно от других геометрических параметров качества обработанных поверхностей. Они характеризуют собой реаль­ ную форму поверхности всей детали или ее сечений. Имеют­ ся в достаточной мере разработанные методы и средства из­ мерения отклонений формы.

Волнистость поверхности изучена менее всего, хотя сведе­ ния о ней встречаются в технической литературе очень давно. Она занимает промежуточное положение между отклонения­ ми формы и шероховатостью и пока невозможно четко опре­ делить ее границы и дать строгое научно обоснованное опре­ деление.

В соответствии с геометрическим принципом волнистостью следует считать такие неровности, шаг которых составляет от 0,8 ~ 1 до 10 мм. Нижний предел 0,8— 1 мм является гра­ ницей между шероховатостью и волнистостью. Еще в 1945 г. Аббот, описывая свою конструкцию профилометра, указывал,

Геометрический принцип основан на формальном разгра­ ничении неровностей. В этом случае детали малых размеров (порядка 1 мм) будут иметь только шероховатость, детали размеров порядка 10 мм — только шероховатость и волнис­ тость. В то же время к волнистости должны быть отнесены неровности, получающиеся, например, при грубом цилиндри­ ческом или торцовом фрезеровании. Их шаги равны расстоя­ нию, которое проходит фреза при подаче ее на один оборот

ипревышают граничные значения 1 мм.

Всоответствии с определением, основанным на техноло­ гическом принципе, волнистость — это неровности, образую­ щиеся при недостаточной жесткости системы станок — при­ способление — инструмент — деталь (СПИД) вследствие возникновения вибраций.

Технологический принцип в чистом виде, т. е. минуя фазу определения геометрических характеристик волнистости, не получил развития, поскольку непосредственная связь техно­ логических и эксплуатационных характеристик (а последние являются основной и конечной целью исследований) очень затруднена.

Базирующееся на смешанном принципе определение волнистости претендует на большую полноту. В этом случае за волнистость принимаются такие периодические неровнос­ ти, которые образуются вследствие вибраций системы СПИД и шаги которых значительно больше, чем шаги неровностей, образующих шероховатость.

Геометрический и смешанный принципы оценки волнистос­ ти предполагают, получение исходной кривой — профилограммы волнистости, анализируя которую, можно установить те или иные параметры волнистости.

В абсолютном большинстве случаев (и почти во всех суще­ ствующих стандартах) волнистость оценивается только по высоте (амплитуде) волн.

Получение профилог.раммы волнистости чрезвычайно за­ труднено вследствие того, что волнистость и шероховатость на­ ходятся в состоянии суперпозиции и проблема разделения их до сих пор не решена.

Поскольку шероховатость как бы «наложена» на волни-

имеет решающее значение. В настоящей книге получили свое отражение все эти позитивные аспекты в изучении волнисто­ сти.

Поскольку реальная поверхность является реализацией сложного комплекса .кинематических и динамических процес­ сов, имеющего место при обработке, а волнистость — состав­ ной частью этой поверхности» то рассматриваются и причины возни кніовєния волни стости.

Большое .внимание в книге уделено вопросам стандартиза­ ции волнистости. Обычно стандарты являются конечным ре­ зультатом исследований, однако в данном случае все приво­ димые (и практически почти все существующие) стандарты были приняты без должного теоретического и эксперименталь­ ного обоснования. Стандарты рассматриваются здесь с целью установления официальных фактических материалов о вол­ нистости в разных .странах. В Советском Союзе, где стандар­ ты являются обязательными нормативными документами, не­ соблюдение которых карается законом, нормирование нечетко определяемого параметра, каким является волнистость, ока­ залось невозможным.

В тех странах, где волнистость была стандартизована, стандарты являются своего рода рекомендациями, информи­ рующими о существующем положении в стандартизуемой об­ ласти, и не носят обязательного характера.

Рассматриваются новые перспективные направления в ис­ следованиях волнистости, предложения по разделению шеро­ ховатости и волнистости, определению характерной (домини­ рующей) волнистости и т. д.

Хотя наибольшая информация 'Содержится непосредствен- г но в самом профиле поверхности, некоторые преобразования профиля позволяют решить ряд важных вопросов: определе­ ние доминирующей гармоники (с помощью разложения про­ филя в тригонометрический ряд Фурье), разделение система­

Влияние волнистости на эксплуатационные 'Свойства дета­ лей машин в достаточной мере определено только .в отношении качественных характеристик подшипников качения, .связанных с вибрационной устойчивостью машин. Эти вопросы получи­

шероховатости, они с успехом могут быть применены и для намерения волнистости, поскольку .последняя является одним из геометрических компонентов реальной поверхности и изме­ рение ее имеет много общих метрологических черт с измере­ нием других неровностей поверхности.

Профилографы, предназначенные для измерения шерохо­ ватости, .могут иметь увеличенную длину профилирования (35—40 мм и более) и с успехом использоваться для измере­ ния волнистости. Наибольшую информацию о неровностях по­ перечного профиля цилиндрических поверхностей .и, 'Следова­ тельно, о волнистости поперечного сечения дают .кругломеры, применяющиеся для измерения отклонений формы. С по­ мощью -кругломеров можно записывать от 1 до 450 (и даже 5О0) неровностей да окружности и с помощью .системы -филь­ тров выделять из этого диапазона более узкие диапазоны, что позволяет выя'вить все гармонические составляющие, ха­ рактеризующие волнистость поперечного профиля цилиндри­ ческих деталей.

В последнее время -было проведено несколько междуна­ родных конференций по качеству поверхностей. Наиболее важное значение имела международная конференция, про­ веденная в Англии в 1968 г. в Оксфорде. На ней было пред­ ставлено 46 докладов (в том числе несколько докладов пред­ ставителей Советского Союза), содержание которых в основ­ ном составляли результаты изучения свойств поверхности. Конференция показала, что имеется тенденция к комплексно­ му рассмотрению .всех аспектов, связанных с описанием по­ верхности, технологическим и метрологическим их обеспе­ чением и назначением требований с точки зрения функцио­ нальных свойств.

Большое внимание на этой конференции уделялось также вопросам стандартизации, в том числе и международной [26].

В ноябре 1969 г. в Ленинграде успешно прошла конферен­ ция по качеству поверхностей, на которой было доложено о следующих основных направлениях исследований в этой об­ ласти в СССР: качество поверхности и эксплуатационные свойства деталей (вопросы нормирования качества поверх­ ности); технологическое обеспечение качества поверхности; метрологическое обеспечение исследования и контроля каче­ ства поверхности.

На этой конференции была представлена схема (рис. 1) основных направлений работ по определению качества поверх­ ности и их связей с качеством машин и приборов, разработан.-!