1. VEŽBA Topografija kontaktnih površina

Tribološki procesi (trenje i habanje) se odvijaju u osnovnim tribo-mehaničkim sistemima. Ove sisteme čine dva čvrsta tela ili elementa u dodiru pod dejstvom normalne sile, uz prisustvo maziva kao trećeg elementa.

Karakteristike ovih sistema zavise pre svega od vrste materijala sva tri elementa sistema (tela 1, tela 2 i maziva 3) i uslova brzine i spoljašnjeg opterećenja.

Slika 1.: Osnovni tribo-mehanički sistem

Moguće su tri vrste kontakta sa ili bez maziva: 1. metal-metal; 2. metal-nemetal; 3. nemetal-nemetal.

Kontaktne površine čvrstih tela preko kojih se ostvaruje kontakt delova u sistemu

predstavljaju tanke slojeve materijala čije se osobine i sastav znatno razlikuju od osnovne mase materijala tela.

Površine tvrdih tela sadrže na sebi manje ili veće neravnine u zavisnosti od uslova od koga su nastale. Broj tačaka kontakta izme|u dva čvrsta tela u dodiru zavisi od veličine neravnina i od njihovog rasporeda.

Parametri kojima se definiše mikrogeometrija površina se svrstavaju na: 1. parametre koji se odnose na valovitost ; 2. parametre koji se odnose na hrapavost.

Pod valovitošću površina se podrazumevaju neravnine koje se javljaju na

površinama u valovima približno jednakog koraka i visine.

L v

Hv

Slika 2.: Valovitost površina

Pod hrapavošću površina se podrazumevaju neravnine čije je međusobno rastojanje reletivno malo, a visine mogu biti različite.

M2M1

B1 B2

A1 A2S1

SmRp

Rmax

L

Slika 3.: Hrapavost površina

Prema JUS standardu hrapavost se definiše na sledećI način: Hrapavost je skup neravnina koje obrazuju reljef površine i koje se posmatraju u

granicama dogovorenog isečka, pri čemu su eliminisane greške oblika i valovitosti.

Hrapavost se može klasifikovati i na: 1. poprečnu hrapavost; 2. uzdužnu hrapavost.

Tri osnovna faktora hrapavosti su:

1. maksimalna visina neravnina maxR ;

2. srednje aritmetičko odstupanje profila aR ;

3. srednja visina neravnina zR . Referentna dužina profila je minimalna dužina odsečka profila površine

neophodna za pouzdano definisanje osnovnih parametara hrapavosti. Srednja linija profila ima oblik normalnog profila u zavisnosti od oblika površine.

Postavljena je kroz profil tako da je na referentnoj dužini zbir kvadrata odstojanja svih tačaka profila od te linije minimalan.

Maksimalna visina neravnina maxR je rastojanje između donje i gornje linije profila.

Srednje aritmetičko odstupanje profila se definiše pomoću dva izraza: aR5

1

1a i

iR y

n =

= ∑ i 0

1 ( )l

aR y x dxl

= ∫ .

Srednja visina neravnina zR se dobija na osnovu sledećih izraza, pri čemu je merenje izvršeno na 5 vrhova i 5 najnižih udubljenja na izabranoj referentnoj dužini:

5 5

max min1 1

1 15 5z i

i i

R H H= =

= −∑ ∑ i

Za definisanje topografije površina često nije dovoljno koristiti samo navedena tri

osnovna parametra hrapavosti, jer raspored materijala u hrapavom sloju, oblik i nosivost površine, na primer, mogu biti veoma različiti kod dve površine sa jednakom veličinom srednje aritmetičke hrapavosti Ra ne mora da bude jednak. Iz tih razloga koriste se i dopunski parametri hrapavosti površina.

U grupu dopunskih parametara hrapavosti koristi se veličina Rp koja predstavlja rastojanje izme|u najvišeg vrha neravnina na referentnoj dužini i srednje linije profila, odnosno rastojanja između gornje i donje srednje linije profila.

O rasporedu materijala u hrapavom sloju površina najbolje govori kriva nošenja profila površine, koja se konstruiše na osnovu dužina nošenja profila.

Dužina nošenja profila je dužina odsečaka, u granicama referentne dužine, koje profil odseca na pravoj paralelnoj sa srednjom linijom profila, na nekom rastojanju:

∑=

=+++=n

iptpnppp lllll

1...

21

Kriva nošenja profila (sl.3.) predstavlja grafičku interpretaciju zavisnosti dužine nošenja profila površine od nivoa ravni sečenja profila.

L

PoP1P2P3P4P5

Rmax

L Slika 4.: Kriva nošenja profila

Kvalitet obrađene površine zavisi i od geometrije svake neravnine posebno. Geometrija svake neravnine definiše se najčešće sa dva parametra i to radijusom vrha neravnina i uglom nagiba bokova neravnine. Do veličine radijusa vrha neravnine dolazi se snimanjem profila u uzdužnom i poprečnom pravcu.

Srednja vrednost radijusa vrha neravnina u uzdužnom i poprečnom pravcu,

izračunavaju se po sledećim obrascima:

∑=

=k

iulu r

kr

1

1 ∑

=

=k

iptp r

kr

1

1

Srednja vrednost radijusa vrha neravnina kao veličina kojom se određuje vrednost

ovog dopunskog parametra dobija se proračunom po obrascu:

( ) 2/1/ up rrr = Ugao nagiba bokova neravnina na obra|enoj površini izračunava se po obrascu:

( ) ( )iivh xytg //=ϕ γ γ ⋅

Srednja vrednost ove veličine dobija se po obrascu:

∑=

=k

iii tg

ktg

1

1 ϕϕ

Savremena merna instrumentacija daje mogućnost definisanja hrapavosti obrađene

površine sa preko 30 parametara. Pri eksperimentalnom utvrđivanju vrednosti parametara hrapavosti površina na

glodanoj površini, dobijeni su sledeći rezultati:

max 11.91,R mμ= i a 1.784,R mμ= . Dalje su date krive nosivosti profila površina obrađenih struganjem, brušenjem i

glodanjem u relativnim koordinatama. Primeri topografija površina snimljemih na TaliSURF 6 i načina dobijanja krive

nošenja profila.

Povrsina , mm

Vis

ina

prof

ila,

µm

-40.0

-20.0

0.0

20.0

40.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

Povrsina , mm

Vis

ina

prof

ila,

µm

-40.0

-20.0

0.0

20.0

40.0

0.0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0