Теплообмен в зоне контакта разъёмных и неразъёмных соединений Попов В.М. (1013700), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Анализ распадок'синя кривых зависимости хтикротвсрдосзи от высоты мнкронсроппостей Пд=~(й)1, а также данные авторов 1Л. 581 показывают, что микротвсрдость маклспатшого слоя уменьшается при повышении чистоты обработки поверхностей. Для тато чтобы иь еть ясное представление о микротвердости исследуемой поверхности, целесообразно определить ее в каждом частном счучае, Приведенные выше физико-чсхапнчсские н геометрические особенности поверхностного слоя твердого тела наиболее существенно могут оказать влияние на формирование фактической площади контакта при контактировапии поверхностей. 2-2.
ВЗАИМОДЕИСТВИЕ ПОВЕРХНОСТЕН ПРИ МЕХАНИЧЕСКОМ КОНТАКТЕ Соприкосновение двух поверхностей твсрдых тел ввиду наличия на них шероховатостей всегда дискретно, т, е, происходит па отдельных малых площадках, кото- Рвс. 2-8. Контактирование поверхностей. - ° вврлвоовв вло л оо оваолов ооо: б — волов оо; в — о волов. оввлово:вввв. рыс при наличии волнистости или макронеровностей концентрируются в определенных областях, носящих название контурных. Дискретный характер соприкосновения онест место нри любом механическом контакте )Л.
59). Различают три площади контакта (рис. 2-8): !) номинальную площадь 5„, очерченную размерами сопрпкасающнхгп тел; 2) контурную плошадь 5в, образованнуго при смкгни отдельных воли и накронеровностей; 3) фактнчсскуко площадь 5о, образояаннуао в результате снятия выступов шероховатости. Для выражения площади контакта и сближения соприкасающихся поверхностей более удобным являются Бб безразмсрпыс величины, а имеипо: зв 5„ьв а — т,= —."; и= —; з= —, 'н Л ас где г)ь Пь цз — относительные площади контакта; и -- сближение соприкасающихся поверхно.
стсй при приложении нагрузки. При отсутствии макропсровпостсй и волппстостн, КОГда Яя.=Як, щ — — ПЛ И т1З=З)П)Ь При соприкосновеиии шероховатой поверхности с гладкой вначале в контакт вступают паиболес высокис выступы поверхности, а затем в результате дальнейшего сближения поверхностей — основная масса выступов микроисровиостай. Возрастаиие нагрузки, воспримимаемой микроперовиостями, ведет к упругой деформации волн, иа которых оии располагаются. Это приводит к увеличению числа микронсровпостей, воспринимающих нагрузку, росту фактической плошади контакта и сближению.
Наибольшую деформацию претерпепают самые высокие микроксровпости. При контакте менее твердой шероховатой поверхности с более твердой гладкой наблюдается расплющивание выступов шероховатой поверхности, В случае, если гладкая поверхность мспсе тверда, чем шероховатая, выступы шероховатой поверхности внедряются в гладкую поверхность. При контакте двух шероховатых понерхвостей вначале взаимно соприкасаются тс из выступов, сумма высот которых окажется наибольшей. Увеличение пагрузкп.
ведет к вступлению в контакт новых пар противолежащих выступов с меныпей суммой высот. Площадки касания будут располагаться па разных высотах и под разиымп углами, что, одиако, за счет малых углов иаклопа площадок (до 3 — 10') пе ведет к сколько-нибудь заметному увеличению самих площадок касания. Площадь фактического контакта в основном пс зависит от размеров соприкасающихся поверхностей; кроме того, па кее также мало влияют форма и величина шероховатости поверхности. Это приводит к тому, что дажс при иебольшой нагрузке местные давления па площадках фактического коитакта достигают высоких зпачеиий и могут оказаться достаточиыми для пластического точения в области контакта даже у металлов со зчачительпой твсрдостью.
чт Принципиально возможны четыре вила деформации ныступов неровностей (табл. 2-2). Гяблнпл 2-2 Разновидности деформапий коитактнруюмих поверхностей Условия, оя„с,челяожне палыче ояч лсзормяччнн Вял лсеормаянв 1. )мнерчпогтя нысокой чисюты обрабочки (11 — (х-й классы) 2. Поверхности матсриалоп с нысокчги прслслон упругости (11,"м13. Ю" и,'м'] 3. Пысокоэлагтичныс полимеры и резины Ч.
Попччрлности, исны~ываннцие многократные приложения нагрузки Упруглн 1. Первоиачальнос контактнропзннс грубо обработанных поверхностей (1 †-й классы) прн небольших коьчурных нагрузках р †.(!00 †; 200))Г„ уч10в н,м 2. ййатериа.ы с инчкнм прстчслом тскучссти Пластическая Упруго-пласти- ческая 1. 1!инертности срслнсй чистоты отчряботкн (5 — 9-й классы) прн первоначальном нагружении 1. Силию упрочьнккписсн материалы 2, Первоначально иагружсние металлических поверхностей при знажпсльнои контурном даплоиии (оя 200 10' и,'м'] (ьмстичсскаи с упро чисписач Примоя анне. Этн оно поня сарооонллвм ори условнн, соля ымоерлаура ЛОНтаКта т' ниже тЕМЯЕтвтУРЫ РСЛРаотаЛЛвтанни Гр(трмчпвх; 0,31 Т, ГЛС Г * внчямор» ялчвлснн«мегвалч яля сплава!, 1уольшипство исследователей тсплообмена в зона контакта [Л.
8, 14, 23, 26] вводит допущения о преобладающей роли пластической деформации неровностей в процессе сбои)кенси и формирования фактической площади контакта. В принципе нельзя отрицать того, что при первоначальном сопряжении поверхностей (не выше 5-го класса чистоты обработки) выступы неровностей деформируются пластически. В то жс время последующие взаимпыс перемещения поверхностей, вызываемые либо термическим расширением, либо циклическим приложением нагрузки, не превышающей первоначально приложенную, принсдут к тому, что нагрузка будет восприниматься выступами неровностей упруга.
68 У ЯФ = ЙВг или ЙВ (2-1) Авторы считают ес универсальной для всех без исключения поверхностей. Однако следует отмстить существенные недостатки формулы (2-1), так как она нс учитывает зависимости площади контакта от высоты И Фактическая плошадь контакта, образовавшаяся прн повторных пагружспиях, превышает плоьцадь, сформировавшуюся при начальном приложении нагрузки для аналогичных усилий сжатия (рис. 2-9). зама Сближение по данным аа (Л. 12] при повторном нагружении значительно 4 мспьшс, чем при началь- / ном,приложении нагруз- з ки, как зто видно из табл. 2-3. Кроме того. прн а г повторном загружснии различие в сближениях для различных материалов меньше, чем при пер'воначальном.
Если ~первоначальное сближение определяется в Оснпвпом рпо, З.З, Заннонагоо,н фантнчоопогг исходной щероховатостькг площади контакта алювибненого 'поверхности, пределом тс- обраапа ат нагрузки (точснио, кучести или твердостью, б-«ага оу р — обагоп, нарнонанананооо орнаоже. то при повторных нагружспнях сближение завп- орнаопонна на~орган. сит от модуля упругости н геометрии поверхности после первоначальной деформации. Экопсримсптальныс данные табл. 2-3 показывают, что при псрвоначалнном пагружспии необходимо учитывать изменения величины сближения в зависимостиотпагрузки.
При повторных жс нагружсниях целесообразна пренебрегать величиной сближения. Задача как теоретического, так и зкспсримснтальпого определения фактической площади контакта была и остается достаточно трудоемкой и мало изученной. Пан. более широкое распространение почучила упрощенная зависимость, предложенная Боудепом и Тсйбором (Л. 13]: неровностей, их формы н распределсния по высоте. Деформация псровпостсй в каждом частном случае контактов для различных материалов принимается пластической. Утверждения же авторов относительно возмож- Тлбхппа 23 Српаашс значения всформацнн выступов прв первоначальном а повторном вагружсппях !Л.
!З1 Ссеанее анааенне еалнвен: а нрн а=с,е наа!лл' Мане, нал еарама 4 ности прпмепсиня зависимости (2-1) для понсрхпостей с волпнстостью и макроиеровностямп не подтверждаются опытными данными. Несколько иная зависимость была предложена Хольмом [Л. 29]: У гНЯ (2-2) Коэффициснт й изменястся от 1 до 0,02, при этом ббльшис значения относятся к случаю формирования пятен контакта в результате чисто пластической деформа~гни, а меньшие — к полированным поверхностям, когда имеют место упругпс деформации нерояностсй.
Однако выражение (2-2) далеко нс полностью учить!пает вес особснностн механического контакта, так как пеопрсделснность вели~и!пы й для каждого частного случая вполне очевидна. Более универсальная зависимость для расчета фактической плошади контакта при упругом взаимодействии выступов неровностей была предложена Крагельскнм (Л.
60], когда повсрхцость представляется набором сфер с распределением по высоте, описываемым пор- во пальпым законом Гаусса: (.»-Гб — ~л . ~ е ' (х--а)»(х, (2-3) » 4»зе где х — исходная высота выступа неровностей; х .-паиболсс вероятная высота выступа; а — среднее квадратическое отклонение высоты неровностей; а — всличяпа сближения соприкасающихся поверхностей; г — радиус сферы; и†число выступов. Рассчет по формуле (2сй) предусматривает применение метода численного интегрирования, что в какой-то морс сужаст границы гс использования. Несколь»»о в другом плане построена работа Лолжа и Хоуэлла [Л.
61], в которой за основу принимается упруго-пластичсскии характер контакта. Исследуемая поверхность моделируется набором одинаковых сферических выступов, и площадь единичного контакта рекомендуется определить по выражению (2-4) где ») — удельная нагрузка; й, гл — константы. Лвторы работы [Л. 61] принимают при пластическом контакте ш=( н при упру»ом з/зч.гл<1. Модель Лоджа и Хоуэлла явно идеализирована, так как она предполагает постояппымн число пятен контакта и высоту выступоп прн дсформапни.
В то же время результаты дальнейп»их исследований проблемы механического контакта указывают па постоянное изменение указанных величин с изменением нагрузки. В основе исгледовапня, проведенного Ильченко [Л. 62], заложена модель ныступоп нерояностей поверхности в виде пирамид со сферической всршинои. Деформация выступа описывается на первой стадии расчета формулой Герца для деформации .сферы, а затем законом Гука для одпоосного напряженного состояния, в результате предлагается полуэмпири»сская формула для расчета фактической площади контакта двух шерохоб! ватых поверхностей 1254+308й )о( — Н) У„о (25) где йг — нагрузка; б-- относительное удлнцспис материала, о/о, лг — переменный показатель, зависящий от нагрузки и учнтывающий распределение выступов поверхности по высоте.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
