3. Caracterizarea microgeometriei suprafeţelor de frecare 18

Transcript

1 3. Crcterzre mcrogeometre suprfeţeor de frecre 8 3. CARACTERIZAREA MICROGEOMETRIEI SUPRAFEŢELOR DE FRECARE 3.. Mărm stdrdzte [A, A,A9, A5] Ctte suprfeţeor de cotct cupeor de frecre se pote crcterz pr : rugoztte suprfeţeor stre fzco-meccă mcrostructur strtuu superfc tesue remete cuzte de preucrre su de trtmetu termc f. Suprfeţee de cotct destte cupeor de frecre se obţ pr procedee tehoogce dferte, procedee cre cocură geerre profuu tot suprfeţe. Pe cest prof se pu î evdeţă următoree bter de profu de : - btere de mcrogeometre defte pr STAS c bter de ordu su de formă (se îscru pe dese coform STAS 7385/-85) - oduţe (W) smbu eregurtăţor perodce căror ps este de câtev or m mre decât dâcme or; - rugoztăţe smbu eregurtăţor cre formză btere geometrce de ordu 3-e, strţ, rzur perodce su pseudoperodce ş de ordu 4-e, smuger, urme de scue ş gour perodce ş căror ps este retv mc î rport cu dâcme or. Termoog ş defre prmetror stdrdzţ mcrogeometre suprfeţeor sut preczte î STAS 573/ Mărm specfce proceseor trboogce Rugoztte suprfeţeor de cotct, precum ş propretăţe fzco-chce e strtuu superfc sut determte de cţue smută m mutor feomee, prtre cre cee m mportte pot f cosderte următoree: deformţ esto-pstce e mteruu, feomee

2 3. Crcterzre mcrogeometre suprfeţeor de frecre 9 vbrtor fueţte de sstemu mşă-scuă-pesă ş feomeee de frecre dtre şch ş fţ de degjre, precum ş dtre fţ de şezre scue ş pes de preucrt. Itercţue cestor feomee, precum ş vrţ etore uor dtre mărme cre terv î procesu de formre ş desprdere şche coduc cocuz că mcrogeometr, sub spectu îăţm rugoztăţ, se crcterzeză c o mărme etore, proved dtr-o mărme determstă (ccubă pe bz cemtc mş ş geometre părţ şchetore scue) ş o mărme etore cre r îgob spectee etore e procesuu. Geerre mcrogeometre mpcă suprpuere uor specte cemtce perodce ş determste cu uee etore. Atuc câd predomă, tât î prof ogtud, cât ş î prof trsvers, spectee etore, suprfţ de frecre se cosderă f suprfţă etore de ordu ş este crcterstcă cupeor de frecre de tp cuzeţ obţuţ pr frezre, rectfcre, ezre su rectfcre după o sgură drecţe. Î czu obţer suprfeţeor de frecre pr strujre de fsre, strujre urmtă de rectfcre, specete cemtce perodce, deş cu podere mcă, u mportţă destu de mre î crcterzre rugoztăţ d puctu de vedere perodctăţ spertăţor. Astfe de suprfeţe pot f cosderte c suprfeţe etore de ordu -e, suprfeţe cre trebue cuoscute ş sub spectu perodctăţ rugoztăţ pr ure î cosderţe ugm de udă rugoztăţ. Dcă cosderăm că profu rugoztăţ î p trsvers este o fucţe (), tuc cest se pote scre c sumă două fucţ: d() - fucţe perodcă specfcă cemtc regmuu de şchere ş p() - fucţe etore, ( ) d( ) + p( ) (3.) Î czu î cre precem spertăţe c şte corpur dstrbute spţ î sstemu,, z, tuc îăţme cestor (z) v f sum două fucţ: determstă (d(,)) ş etore (p(,)). z (, ) d(, ) + p(, ) (3.) Îăţme teoretcă (determstă) spertăţor (R d ) crcterzeză mptude determste d() ş se pote ccu pe cosderete geometrce ş cemtce. Suprfeţe cu ceeş îăţme mede rugoztăţ R ) Mărm determste Descrere mtemtcă profuu rugoztăţ se pote fce cu jutoru uor mărm smpfctore. Dcă se precză feomeoogc procesu de deformre sub srcă rugoztăţor c fd eseţ, se cosderă că umăru rugoztăţor (N ) ş r secţu orme cestor ( ) o umtă dstţă (δ) de vârfu rugoztăţor crcterzeză portţ mcrogeometre. δ δ δ 3 R Suprfţ de bză

3 3. Crcterzre mcrogeometre suprfeţeor de frecre R Fucţe de form deztă rugoztăţor, se pote scre: m m m N C δ C R ε (3.3) δ ε - deformţe retvă 3 C + C δ C + CR ε (3.4) ude C, C, C, m, sut costte depedete de form rugoztăţor ş sut prezette î tbeu de m jos. Tbe 3. Modeu profuu (ugme L) C m C C L /4 L /4 - Cubur Semsfere L /4R πl /R Prmde drepte Dspuere îăţmor L / L / L /36R δ πl /4R Lră L/9Rδ πl /8R Lră L/4Rδ 4 4* 7πL 36R *) Mărm promtve

4 3. Crcterzre mcrogeometre suprfeţeor de frecre b) Dstrbuţ sttstcă îăţm ΣN φ N umăr de rugoztăţ de îăţme. N tot - btere mede rtmetcă R e h ( ( ) ) d - btere mede pătrtcă profuu - R q ( ) d (3.5) (3.6) Curb dstrbute tuturor ordoteor '! otţe terţoă σ RMS R. - dstrbuţ sttstcă îăţm N φ, N tot ude N - umăru de rugoztăţ de îăţme "" de pe ugme de referţă. N - umăru tot de rugoztăţ de pe ugme "". Î mute stuţ, dstrbuţ îăţmor rugoztăţor este de tp Guss (ormă). 35 φ ep [ ( / R ) ] 3 promre cu u poom σ π σ 3 R (3.7) cu σ R q R q - otţe STAS 573/-85) R d c) Fucţ de utocoreţe îăţm Vrţ perodcă îăţm rugoztăţ se evdeţză pr fucţ de utocoreţe R(L). Petru u prof cotuu R ( L) m ( ) ( + L) d L / / N L t N L t ()( + L) (3.8) ude L este dstţ dtre u puct org ş u t puct trstt; N - umăru tot de rugoztăţ de pe ugme de referţă ; L t - umăru de rugoztăţ de pe ugme de trstre L.

5 3. Crcterzre mcrogeometre suprfeţeor de frecre R(L) Î geer, r(l) scde cu creştere u L. Dcă L R(L) σ R q. Fucţ de utocoreţe î formă stdrdztă r(l), R(L) r(l) (3.9) σ r(l) re vore mmă, r(), petru L. Eempe de rugoztte Suprfţă rectfctă R,6 µm ) Suprfţă turtă f R,4 µm b) Suprfţă şefută R, µm c) Suprfţă superfstă R,8 µm d) d) Îcre ş curbur rugoztăţ Petru reprezetre profuu rugoztăţ pr (), îcre rugoztăţ se pue î evdeţă pr prmetr dervte profuu d ( ) & d (3.) f & ş Îcre, c vrbă etore, se crcterzeză pr destte de reprtţe ( ) & &. fucţ de reprtţe: F( ) f ( ) d & Petru estmre promtvă sttstc îcăr rugoztăţ, sut ecesre dor med rtmetcă ( & ) ş med pătrtcă ( & p σ& ) dervte. Med pătrtcă & p se pote prec î czu ue dstrbuţ orme îcăr, cu jutoru mede pătrtce îăţm rugoztăţ (R p R q σ) ş destăţ med profuu (D ). & πd R (3.) p Destte mede profuu (D ) este deftă c rportu dtre umăru tersecţor profuu () cu mede (o) ş ugme de referţă profuu. Oretre rugoztăţ fţă de drecţ ormă profuu se determă pr prmetru Mers ( ) M & : p

6 3. Crcterzre mcrogeometre suprfeţeor de frecre 3 ( ) ( ) p & M (3.) î cre ( ) p ş ( ) repreztă tervu măsurt pe mede -, petru cre & f, respectv & p ; ugme de referţă. Curbur rugoztăţ este deftă pe bz ecuţe profuu d ( ) & (3.3) d Crcterstce curbur d puct de vedere etor se precză pr destte de reprtţe f (& ), med rtmetcă (& & ) ş pătrtcă (& & p ). Deş curur dferă c dstrbuţe de ege ormă, totuş tuc câd profu () este dstrbut după ege ormă, se pote estm med pătrtcă curbur (& & p ) pe bz mede pătrtce profuu, & p πd D er p (3.4) î cre D e repreztă destte pucteor de etrem (mme ş mme) deftă c rportu dtre umăru etremeor (mme ş mme) ş ugme de referţă pe cre se găsesc ceste etreme. Dtă fd podere mre src î cotctee ree e cupeor de frecre de către vârfure rugoztăţ stute desupr e med ( & f R p ), se cosderă ută cuoştere rze de curbură dferteor pucte de pe proft. Potrvt reţor d geometr dfereţă, curbur (K) ş mpct vers ceste (rz de curbură ρ /K) e uu puct de pe prof, vor f: K && ; ρ ( + & ) 3 / ( + & ) 3 / ρ (3.5) && Î czu î cre profu () este dstrbut după ege ormă, tuc rz de curbură mede, pe ugme de referţă cosdertă, se pote determ pr îocure î (3.5) epresor (3.) ş (3.4) [ + ( πd R ) ] e p p 3 / ρ (3.6) π D D R Se eempfcă î tbeu 3. îcre ş curbur rugoztăţ uor suprfeţe de frecre eecutte d oţe, pr dferte procedee tehoogce. Tbeu 3. Form suprfeţe Cdrcă eteroră Tpu de preucrăr mecce Cs de rugoztte Prof trsvers ρ t [µm] I opt [ o ] Prof ogtud ρ e [µm] I p [ o ] r % ε,,,4 Strujre ude r - umăru de rugoztăţ; - umăru tot de rugoztăţ.

7 3. Crcterzre mcrogeometre suprfeţeor de frecre 4 e) Curb de portţă Abbott-Frstoe Curb de portţă profuu rugoztăţ pe o umtă drecţe, dedusă de Abbott ş Frstoe, pue î evdeţă comportre mcrogeometre î tmpu preuăr src eterore. Curb de portţă este smră prmetruu stdrdzt t p procetju ugm portte: t p ηp / ; η p. Petru curb de portţă se cosderă secţore profuu îcepâd cu pu p - p (de preure ţă src). Petru eempu d profogrmă: 5 ; Î eprmre dmesoă t 5 ; p ; p η p ş δ ε, curb t p f () ε este R curb Abbott-Frstoe. D modu de costrure curbe de portţă Abbott-Frstoe reese fptu că se pote obţe ceeş ură curbe, petru profogrm eseţ dferte. Acest coveet se emă pe bz observţe că ceş tp de preucrre meccă, îsă cu regmur de şchere dferte, u pr codtă curbe de portţă detce. Petru se evt uee cofuz este recomdt c orce curbă de portţă se fe îsoţtă ş de deumre procedeuu tehoogc pr cre s- rezt suprfţ. Azâd modu de obţere curbe de portţă ş ţâd sem de spectu toru îăţm rugoztăţ se pote prec că estmtoru de verosmtte mmă fucţe de reprtţe îăţm rugoztăţ, pe o umtă drecţe, este chr curb de portţă. Petru suprfeţe de frecre zotrope curb de portţă este ceeş î tote drecţe. Î czu suprfeţeor zotrope (czu ce m frecvet), se recomdă cuoştere curbeor de portţă după două drecţ perpedcure, stfe îcât u dtre ee să cocdă cu drecţ vteze de uecre retvă eemeteor cupe de frecre. Destte etremeor ş mpct ugme porttă profuu u vor mme petru suprfeţee de frecre zotrope, rezutâd ecestte eger corespuzătore procedeeor tehoogce. Curb de portţă Abbott-Frstoe î cosderţe u u form spertăţor, c ş dspuere îăţm cestor, fpt ce determt pe muţ cercetător să cosdere cestă curbă

8 3. Crcterzre mcrogeometre suprfeţeor de frecre 5 c fd dctoru cu cee m mjute formţ supr comportăr frecre ş uzre suprfeţeor. Curb de portţă t p ş, î spec, pe prm s porţue, se pote scre sub form: ν t p bε cu ε δ / R (3.7) δ - dstţ bsoută fţă de vârfu rugoztăţ; R - îăţme mede rugoztăţ. b, ν - prmetr curbe de portţă cre depd de mteru suprfeţe ş de procedeu tehoogc. Prmetr curbe de portţă (b, ν) se ccueză pe bz profogrmeor suprfeţeor, cosderâd modeu dscretzt rugoztăţ sub form uor tje de îăţm dferte (modeu Krghesk). D profogrmă se ege o ugme de referţă, pe cre se pu î evdeţă fţă de îăţme ce m mre rugoztăţ. Aceste vârfur u îăţm fţă de de fud cee m mr spertăţ ş se ordoeză îtr-u şr descrescător. Cosderâd că ugme de portţă, o umtă îăţme, este proporţoă cu umăru spertăţor ce tersecteză cest p ş că pe ugme de referţă se găsesc N vârfur, pr ogrtmre eprese (3.7) se deduc: ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) / 3 / 3 / ν + +, 3 ε / ε ε3 / ε ε3 / ε 3 b + + (3.8) ν ν 3N ε ε ε ν 3 î cre,, 3 sut umeree vârfuror ce se găsesc vee de deformţe e rugoztăţ p, p, p 3 ş corespud deformţor retve ε δ / R, ε δ / R, ε 3 δ 3 / R. Pe bz rezutteor obţute pe profogrme e suprfeţeor, se pot determ vore prmetror ν, b curbe de portţă. f) Prmetru compe mcrogeometre Petru procesee de frecre ş uzre se defeşte prmetru R ρ b /ν ; ρ - rz de curbuă mede rugoztăţor. Se v demostr uteror că evouţ coefcetuu de frecre, petru regmu usct ş tehc usct, dmte u mm petru u prmetru compe optm ( ). Procesee de frecre ş uzre, î ssteme îchse, coduc mmzre coefcetuu de frecre ş vteze de uzre tuc câd prmetru re vore optmă. g) Rugoztte echvetă două suprfeţe î cotct Fe î cotct două suprfeţe crcterzte pr rugoztăţ: R, R, R, R, R z, R z, σ, σ, b, b, ν, ν, ρ, ρ. Cum se evueză petru procesee de cotct rugoztte? Se cosderă cotctu dtre o suprfţă deă fără rugoztăţ ş o suprfţă cu rugoztte echvetă, crcterztă pr R R + R - îăţme mmă; ν ν + ν ; ν+ν ν ν b k b b R + R / R prmetr curbe de portţă ude νν Γ( ν ) Γ( ν ) ( ν + ν ) Γ( ν + ν ) ( ) ( ) ν + R k ν, ude Γ() este fucţ de rgumet.

9 3. Crcterzre mcrogeometre suprfeţeor de frecre Crcterzre frctă mcrogeometre ) Coceptu de dmesue eîtregă e O e dreptă re ugme () L Σe ude e este utte de măsură. e Smr petru o suprfţă (b) r A Σe. e Î geer, măsur M uu obect este Σe D, ude este dmesue obectuu. Dcă obectu este dvzt î N părţ ege, stfe că M Ne D, ş N e -D. Astfe, ugme L uu obect cu dmesue D este dtă de L Ne e -D. Lugme cu dmesue eîtregă depde de utte de măsură mărm e. b) Ntur frctă suprfeţeor gereşt Petru mute suprfeţe gereşt, se observă că profu este repett dferte mărr - smrtte două mg profu suprfeţe z () uto - smr z (m) m m - este fctoru de scră pe orzotă ude uto - fe z (m) m α α - umăr re. Suprfeţee cre sut uto - smre su uto - fe u sut codtă perfect etede orce scă de ugme. Î cest ses,, pt ocă (d z /d ) u este deftă. Fucţ Weerstrss - Mdebrot este utztă petru studu propretăţor frcte: ( ) + cos γ z ( D) () γ ude D este dmesue frctă ş γ >. Fucţ stsfce două propretăţ mportte e ue suprfeţe frcte: d z. Deş sum sere z() este covergetă, este dvergetă z este edefereţbă; d D. Fucţ este uto - fă: z( γ ) γ z( ). Putere spectră pote f: S( ω ) () 5 D ( γ) ω Abtere mede pătrtcă R q (r.m.s. verge) R q S( ω) dω (3) Lmtee superore ş ferore e frecveţe rugoztăţ γ, obţute pe profu suprfeţe, pot f utzte evure tegre. Mmu u γ π este câd ω m, L fd ugme L

10 3. Crcterzre mcrogeometre suprfeţeor de frecre 7 epruvete. Mmu u γ este câd cosecutve su pe R π ω m, d fd dstţ dtre două pucte d ωm q S ωm ( ω) dω γ 4 D 4 D 4 D ωm ωm Deorece ω m >> ω m, se pote observ că R q L -D. Î coordote ogrtmce R q f(l) dreptă. Petru - oţeur33 D. Ptee suprfeţe ş curbur sut depedete de ω m ş ω m. (4) Rq Rugoztte (m), Pt,8 3 Lugme L (m)