При розрахунку елементів машин на міцність і довговічність необхідно правильно оцінити вплив тиску на робочі поверхні. Для цього необхідно визначити площу контакту деталей сполучення.
Площа контакту деталей сполучення. Поверхні деталей сполучення в процесі роботи контактують з площі, яка визначається шорсткістю і фізико-механічними властивостями матеріалів. Розрізняють номінальну, контурну і фактичну площі контакту (рис. 3.10).
Рис.3.10. Схема контактування робочих поверхонь деталі
Номінальну площу контакту:
Розраховують як геометричну площу зіткнення робочих поверхонь деталей сполучення без урахування нерівностей.
Хвилястість і макроотклоненія поверхні призводять до того, що деталі сполучення контактують тільки по майданчиках вершин хвиль і макроотклоненій, в той час як ділянки поверхні, розташовані в западинах, в роботі не беруть участь.
Контурна площа торкання:
m - число контурних майданчиків торкання)
Являє собою площу, утворену в місцях торкання робочих поверхонь, Високі питомі навантаження в точках торкання призводять до взаємного впровадження нерівностей. Неоднакова висота нерівностей обумовлює різну глибину їх взаємного впровадження.
Контурна площа залежить від шорсткості поверхні, її гео-метричних обрисів, а також від навантаження.
n - число точок фактичного контакт.
і являє собою алгебраїчну суму площ зіткнення окремих нерівностей.
На контурній площі торкання розташовані майданчики фактичного контактування мікронерівностей Аj
Взаємодія робочих поверхонь деталей. Плями фактичного контакту, утворені внаслідок деформації окремих мікронерівностей, дуже малі і мають розміри від 3 до 50 мкм, тому співвідношення номінальної і фактичної площ контакту
Це необхідно враховувати при розрахунках деталей на міцність, зносостійкість і довговічність.
Якщо при розрахунку нормальне навантаження N на робочу поверхню деталі віднести до номінальної площі контакту, то тиск
що в 1000 разів буде менше дійсного значення. Тому визначення фактичної площі контакту є дуже важливим завданням.
Контурна і фактична площі контактування робочих поверхонь у великій мірі залежать від навантаження. Зі збільшенням навантаження (рис. 3.11) площа контакту значно зростає. Це пояснюється зминанням микронеровностей під дією тисків, що перевищують межу текучості матеріалу.
Це необхідно враховувати при розрахунках деталей на міцність, зносостійкість і довговічність.
Якщо при розрахунку нормальне навантаження N на робочу поверхню деталі віднести до номінальної площі контакту, то тиск
що в 1000 разів буде менше дійсного значення. Тому визначення фактичної площі контакту є дуже важливим завданням.
Контурна і фактична площі контактування робочих поверхонь у великій мірі залежать від навантаження. Зі збільшенням навантаження (рис. 3.11) площа контакту значно зростає. Це пояснюється зминанням микронеровностей під дією тисків, що перевищують межу текучості матеріалу.
Мал. 3.11. Залежність фактичної площі Аr контакту робочих поверхонь деталей від нормального навантаження N. I - при твердості HВ1. 2 - при твердості
Нормальна навантаження, віднесена до одиниці фактичної площі контакту, називається фактичним тиском
При пластичному контакті нерівностей значення фактичного тиску наближається до значення твердості матеріалу, а при пружному контакті - значно менше.
Чим вище твердість поверхонь деталей, тим менше фактична площа контакту. Площа контакту і характер взаємодії деталей залежать від співвідношення твердості контактуючих поверхонь.
При взаємодії деталей з металевих матеріалів, твердості яких співмірні, відбувається поступове зближення поверхонь, що супроводжується появою нових плям контакту.
Якщо поверхні деталей мають різну твердістю, то зближення відбувається в основному внаслідок того, що зім'яло микронеровностей менш твердої поверхні і впровадження в неї виступів шорсткості, що володіють більш високою твердістю.
Особливий інтерес представляє механізм контактування еластомерів з твердими нерівностями.
Поверхня еластомеру легко облягає профіль твердої поверхні і завдяки своїм еластичним властивостям витримує значні пружні деформації без руйнування.
В цьому випадку фактична площа контактування наближається до номінальної і залежить в основному від пружності еластомеру, навантаження, параметрів і форми мікронерівностей твердої поверхні.
Умови тертя, зношування і довговічність деталей з еластомерних матеріалів в значній мірі визначаються радіусом вершин виступів, кутом нахилу і напрямком нерівностей твердої поверхні щодо направлення переміщення еластомеру.