|
| |
|
Слаботочка Книги 2-2. КОНТАКТНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ Состояние контактных поверхностей. Поверхность контакта, как и всякого твердого тела, всегда обладает шероховатостью и волнистостью. Даже образованная при расщеплении поверхность слюды имеет неровности порядка 20 А; поверхность идеально гладкого кри- сталла кварца покрыта выступами высотой до 100 А. Самые гладкие металлические поверхности имеют неровности высотой 0,05-0,1 мк. Наиболее грубые металлические поверхности, встречающиеся в машиностроении, имеют выступы высотой 100-300 мк. На основании работ советских ученых [Л. 1-3] можно представить геометрическую модель контактной поверхности в виде волнистой поверхности, на которой расположены конусообразные выступы со сферической вершиной. Основные параметры контактной поверхности-радиус кривизны выступов г, высота их йвыст, высота волны йволн и угол у между нормалью к основанию усеченного конуса и образующей. Ориентировочные значения этих величин в зависимости от чистоты обработки контактных поверхностей представлены в табл. 2-1 [Л. 4-6]. Таблица 2-1 Значения радиусов кривизны выступов, высот выступов, волн и углов Y
Значение радиусов кривизны выступов определялись по профилограммам в соответствии с выражением fi - ] продг/Попер ) di - длина сечения выступа; /выотг - высота его; прод!, / поперг - радиусы кривизны выступов, опредблен-ные из профилограмм, снятых в продольном и поперечном направлениях по отношению к направлению относительного перемешения. Для гальванического покрытия, применяемого обычно в разъемных контактах, геометрическая структура поверхности покрытия в большинстве случаев совпадает с геометрической структурой поверхности основного металла, так как осажденный металл толщиной 0,002- 0,01 мм точно воспроизводит микрорельеф его поверхности. Эффективная контактная поверхность. Наличие шероховатостей приводит к тому, что две поверхности всегда контактируют только в отдельных точках, причем вследствие волнистости эти точки расположены в определенных областях. Поверхность, представляющая собой совокупность точек, передающих давление, образует эффективную поверхность механического контакта, и если она свободна от непроводящих пленок, то она же будет эффективной поверхностью электрического контакта. Величина эффективной контактной поверхности является функцией механической нагрузки, физических и химических свойств поверхности и ее микрорельефа. Для расчета эффективной поверхности контакта [Л. 4-10] знание характера деформации выступов имеет большое значение. Критерием при этом может служить отношение величины деформации а к радиусу закругления выступов г. Приближенный расчет [Л. 11] показывает, что пластический контакт наступает для черных металлов при ajr 0,01, для цветных при а/г 0,0001. Практически можно считать, что пластический контакт наступает при первом нагружении поверхностей, имеющих не слишком высокую чистоту обработки, а также при скольжении поверхностей в процессе их приработки. Упругий контакт имеет место при повторном нагружении любых поверхностей силой, ие превышающей первоначально приложенную, при первом нагружении поверхностей с высокой чистотой обработки, а также при скольжении приработанных поверхностей. Б случае пластического контакта эффективная пло- щадь может с достаточной точностью определяться по формуле Боудена и Тейбора [Л. 10] где т] - отношение эффективной площади контакта к контурной; 0S -предел текучести материала выступов (кГ/мм); с -коэффициент формы выступа (c = 1+y + i); i - коэффициент асимметричности; qc - контурное давление (кГ/мм); твердость материала выступов по Бринелю Для ориентировочного расчета эффективной поверхности в случае упругого контактирования И. В. Кра-гельским (Л. 5] предложена формула :3.4Г (2-2) где -модуль Юнга (/сГ/>ш2); макс.выст - максимальная высота выступов (мм). Данная формула выведена при определенных шероховатостях поверхности (в том числе при определенном распределении выступов по высоте); поэтому она не может полно отражать физическую картину формирования эффективной контактной поверхности и может служить только для ее ориентировочной оценки. Для вывода более точных расчетных выражений эффективной поверхности необходимо оценить распределение выступов по высоте, т. е. вероятность наличия выступов с заданной высотой. На рис. 2-2 изображено в общем виде распределение выступов по высоте обеих контактных поверхностей при нх сближении под нагрузкой за счет деформации выступов на величину, равную йщ. В данном случае под сближением двух контактных поверхностей понимается деформация наиболее высоких относительно основания волны выступов. Из рис. 2-2 видно, что количество контактируемых выступов с деформацией а, при сближении двух поверхностей на а-т равно вероятности встречи выступов, 1 2 3 4 5 6 7 [8] 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 |