В процессе изготовления и эксплуатации детали на ее поверхности возникают неровности, которые оказывают существенное влияние на изменение эксплуатационных показателей изделия. С неровностью поверхности связана выносливость и долговечность таких деталей как шлицевые валы, кольца и тела подшипников качения, резьбовые шпильки и т.д.

Именно этим и вызвана необходимость нормировать, технологически обеспечивать и контролировать неровности поверхности, к которым относятся шероховатость и волнистость.

Шероховатость поверхности представляет собой след режущей кромки инструмента в материале детали, искаженный пластическими деформациями, свойственными процессу резания, в результате чего на обработанных поверхностях остаются неровности в виде выступов, впадин или гребешков различной формы и размеров.

Совокупность неровностей, с относительно малыми шагами, выделенную, например, с помощью базовой длины, называют шероховатостью поверхности. Основные термины и определения приведены в ГОСТ 25142-82 «Шероховатость. Термины и определения».

Параметры шероховатости определяются на базовой длине l (рис. 73). Базовая длина l -это длина базовой линии, используемая для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности. Фактически она является шаговой границей между шероховатостью и другими видами неровностей. Числовые значения базовой длины выбираются из ряда 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,8; 2,5; 8 и 25 мм. Эти значения вбираются в зависимости от ожидаемой шероховатости - примерно так, чтобы можно было охватить не менее 5 выступов и 5 впадин.

Рисунок 73 - Основные параметры шероховатости поверхности

Согласно ГОСТ 2789-73 для выделения неровностей и количественной оценки шероховатости используют среднюю линию m.

Средняя линия имеет номинальную форму профиля и проводится так, что в пределах базовой длины сумма квадратов расстояний точек профиля до этой линии была бы минимальна, т.е.

.

Ориентировочно эта зависимость показывает, что сумма площадей выступов над средней линией равна сумме площадей впадин под линией.

ГОСТ регламентирует 6 параметров шероховатости: - 3 высотных, измеряемых по нормали к средней линии и 3 шаговых, измеряемых вдоль средней линии.

1 Высотные параметры:

R_a - среднее арифметическое отклонение профиля, представляющее собой среднее арифметическое абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины, т.е.

или ,

где x – абсцисса профиля, отсчитываемая по базовой длине;

y(x) – функция, описывающая профиль;

y_i – ординаты отсчитываемых точек;

n – число точек.

Эта формула реализуется в своем точном виде интегральным устройством профилометра – прибора для измерения шероховатости.

Среднее арифметическое отклонение профиля – это характеристика средней высоты всех неровностей.

R_z – высота неровностей профиля по 10 точкам. Определяется как сумма средних абсолютных пяти наибольших выступов профиля и пяти наибольших глубин впадин в пределах базовой длины.

.

Выступ и впадина есть часть профиля, соединяющая две соседние точки пересечения его со средней линией профиля, направленная соответственно из тела и в тело.

Высота неровностей профиля по 10 точкам - это характеристика средней высоты наибольших неровностей. Можно принимать R_z »(4...5,5) R_a.

R_max - наибольшая высота неровностей профиля, определяемая как расстояние между линией выступов профиля и линией впадин, проходящих соответственно через высшую и низшую точки профиля в пределах базовой длины.

.

2 Шаговые параметры:

S_m - средний шаг неровностей по средней линии:

,

где n- число шагов в пределах базовой длины;

S_mi - шаг неровностей по средней линии.

S - средний шаг местных неровностей по вершинам, т.е. шаг местных выступов профиля:

.

T_p – относительная опорная длина, определяемая в процентах по формуле:

,

где b_i - длина отрезков, отсекаемых в материале выступов линией, проведенной на расстоянии p от линии выступов.

Расстояние Р называется уровнем сечения и выбирается в пределах от 5% до 90% от R_max

Перечисленные параметры шероховатости выбираются в зависимости от эксплуатационных свойств поверхности. Предпочтительно даже для самых грубых поверхностей нормировать параметр R_a,, который более полно чем R_z или R_max, отражает отклонения профиля, поскольку определяется по достаточно большему числу точек профиля. Параметр R_a, наиболее удобен для измерения профилометрами и получил распространение в зарубежной документации.

Параметры R_z или R_max нормируют в тех случаях, когда по функциональным требованиям необходимо ограничить полную высоту неровностей профиля или шероховатость рыхлого поверхностного слоя, а также, когда прямой контроль параметра R_a с помощью профилометра или образцов сравнения не представляется возможным ввиду малых размеров поверхностей или сложной их конфигурации.

Параметр t_p комплексно характеризует высоту и форму неровностей, позволяет судить о фактической площадке контакта шероховатых поверхностей. С ним связаны такие важные эксплуатационные свойства как износоустойчивость трущихся поверхностей, герметичность соединений и т.д.