LibRar.Org.Ua — Бібліотека українських авторефератів

Загрузка...

Головна Технологія металів. Машинобуд. → Підвищення точності токарних автоматизованих верстатів шляхом зміни впливу умов стикування базових вузлів на температурні деформації

м


к=сер+м,


Теплопровідність прошарку середовища визначається коефіцієнтом теплопровідності речовини, що заповнює мікрозападини в зоні контакту, та еквівалентною товщиною прошарку середовища.


сер=сер/hе


Головна проблема в визначенні теплопровідності середовища пов'язана саме з визначенням еквівалентної товщини прошарку. Як показав аналіз теоретичних та експериментальних досліджень, більшість авторів визначають еквівалентну товщину прошарку , виходячи з параметрів мікрогеометрії


hе=h1+h2,,


де h1 і h2, - висота мікровиступів контактуючих поверхонь: максимальна, середня або висота згладжування в різних авторів.

Такий підхід цілком оправданий в разі контактування поверхонь незначних розмірів, коли вплив макрогеометрії не проявляється. Стики базових деталей верстатних вузлів мають значні розміри і уникнути впливу макрогеометрії на поведінку контакту неможливо.

Проведені експериментальні дослідження стиків поверхонь з макровідхиленнями показали значне зниження теплопровідності середовища в порівнянні з розрахунковими значеннями, одержаними виходячи з параметрів мікрогеометрії поверхонь. Для поверхонь контакту з досить грубою обробкою (параметр Rz>10 мкм) застосування формули для визначення теплопровідності середовища, яка враховує лише висоту мікровиступів, дає добрі результати. Але з підвищенням якості оброблюваної поверхні розходження розрахункових і експериментальних даних може бути значним.

В результаті обробки експериментальних даних з теплопровідності середовища сухих та мащених стиків шліфованих поверхонь одержана формула, яка дає можливість враховувати вплив макровідхилень на теплопровідність середовища


(4)


де K – коефіцієнт, який враховує вплив макровідхилень на теплопровідність середовища.

K=1,125(Wz/Rz)0.676, для поверхонь з незначною висотою мікровиступів і відхиленнями форми, які перевищують за величиною висоту мікровиступів.

K=1, для контакту поверхонь з досить грубою обробкою (Rz>10 мкм).

Розрахунок теплопровідності середовища за формулою (4) дає результати, які досить точно співпадають з експериментальними даними (рис. 3). Відхилення розрахункових даних від експериментальних не перевищують 12%.











Рис. 3. Порівняння розрахункових і експериментальних значень теплопровідності середовища.

1 – сталь 45 – сталь 45, ?Rz=26,2мкм; 2 – чавун СЧ15 – чавун СЧ15, Rz=9,4мкм, Wz=13,5мкм; 3 – чавун СЧ30 – чавун СЧ30, Rz=6,2мкм, Wz=5,8мкм; 4 – сталь 20Х – сталь 20Х, Rz=6,56мкм, Wz=10мкм; 5 - сталь 20Х – сталь 20Х, Rz=2мкм, Wz=7мкм; 6 - сталь 20Х - чавун СЧ30, Rz=4,4мкм, Wz=6,2мкм;


Поведінка сухих та мащених стиків суттєво відрізняється. В сухих стиках теплопровідність контакту змінюється зі зміною прикладеного тиску. За умов нульового тиску на контакті тепло передається за рахунок теплопровідності середовища. З прикладенням навантаження в передачі тепла через стик починає приймати участь металевий контакт і в міру зростання навантаження зростатиме теплопровідність металевого контакту.

В мащених стиках в разі початкового прикладення навантаження теплопровідність контакту, в межах дослідженого тиску (до 5•105 Н/м2), практично не змінюється, що свідчить про те, що поверхні контакту повністю розділені плівкою мастила, безпосередній металевий контакт відсутній і тепло через стик передається лише за рахунок теплопровідності середовища. В умовах повторного навантаження без додаткової подачі мастила в стик спостерігається зростання теплопровідності стику в міру зростання навантаження на стик, а теплопровідність контакту з нульовим навантаженням виявляється меншою за теплопровідність початкового навантаження, що свідчить про підсмоктування в стик повітря і появу безпосереднього металевого контакту поверхонь.

Тепловий опір металевого контакту виникає внаслідок стягування ліній теплового потоку до місць реального контакту. Для поверхонь з макровідхиленнями стягування буде подвійним: до місць макроконтакту і в місцях макроконтакту до місць контактування мікровиступів. В такому випадку тепловий опір контакту можна представити в вигляді


Rk=RL+RS, (5)


де RL – тепловий опір металевого контакту, обумовлений наявністю макронерівностей; RS - тепловий опір металевого контакту, обумовлений мікронерівностями поверхонь.

Теплопровідність мікроскопічної зони контакту подається в вигляді


, (6)

де am – радіус одиночного п'ятна контакту; - зведений коефіцієнт теплопровідності контактуючих матеріалів; .n – число одиночних п'ятен контакту на номінальній площі; n=Ar/am2; Aa,, Ar – номінальна та фактична площі контакту відповідно; – коефіцієнт стягування ліній теплового потоку, який враховує звуження прохідного перерізу для теплового потоку біля поверхні контакту.

Для пластичного контакту, який має місце в з'єднанні поверхонь з Rz>(0,1-0,2) мкм підданих одноразовому навантаженню, відносна площа контакту


, або ,


де p – номінальний тиск на контакті; – границя міцності матеріалу; H – твердість за Вікерсом поверхні контакту з меншою твердістю.

Коефіцієнт – має значення близьке до одиниці, оскільки фактична площа контакту не перевищує декількох відсотків.

Теплопровідність металевого контакту зручно подати в безрозмірному вигляді, що дає можливість аналізувати теплопровідність контактів з різних матеріалів і з різною якістю обробленої поверхні.


, (7)


де с і n – коефіцієнт та показник ступеню.

Теплопровідність макроскопічної зони для контакту поверхонь , які мають макровідхилення в формі опуклостей може бути представлена в вигляді співвідношення мікроскопічної та макроскопічної провідностей


, (8)


де bL – радіус номінальної контактної зони; - безрозмірний комплекс пружної відповідності; – коефіцієнт пропорційності між p і H; ;



Експериментальні дослідження теплопровідності контакту з різним характером макровідхилень дають результати, які досить точно співпадають з розрахунковими, одержаними за формулами (7) і (8), тільки для опуклих поверхонь; для поверхонь з іншим характером відхилень (рис. 4) експериментальні дані за величиною виявились значно більшими ніж розрахункові. Такий характер теплопровідності відповідає наявності декількох зон макроконтакту, що може бути враховано в розрахунках введенням коефіцієнту k1

(9)


k1=1 для опуклих поверхонь (рис. 4а); k1=2 для контакту поверхонь рис.4б; k1=3 для контакту поверхонь рис. 4в.













а б в


Рис. 4. Схеми контакту з макровідхиленнями


Розрахунки теплопровідності металевого контакту, виконані за формулою (9), досить точно узгоджуються з даними експериментів (рис. 5). Розбіжності розрахункових і експериментальних значень в усьому діапазоні навантажень не перевищують 25%, а в діапазоні від 15•105 Н/м2