Чем шлифованная шейка вала отличается от точеной под микроскопом? Выбирай обработку, смотри на профиль поверхности и считай Ra и Rz прямо по нему.
Резец, шлифовальный круг и паста оставляют на металле свои следы: гребешки, риски, царапины. Их высота измеряется микрометрами, тысячными долями миллиметра, и глазом их не видно. Но именно на этих вершинах деталь касается подшипника, манжеты или вкладыша. Грубая поверхность быстрее изнашивает пару и сминается при запрессовке, слишком гладкая не держит масло. Поэтому на чертеже у каждой важной поверхности стоит знак шероховатости с числом Ra.
Профилометр ведет алмазной иглой по поверхности и записывает высоту y в тысячах точек. Дальше все считается по этой записи. Числа под формулами берутся из профиля в опыте.
Насколько неровная поверхность в среднем?
Высоту y отсчитывают от средней линии: выше нее плюс, ниже минус. Берем модуль, чтобы горы и ямы не сократились, и усредняем по длине. На деле это сумма |y| во всех точках, деленная на число точек.
Какой высоты самые большие неровности?
На базовой длине находим пять самых высоких выступов и пять самых глубоких впадин. Складываем их высоты и глубины и делим на пять. Получается средняя высота «от горы до ямы».
Откуда гребешки после резца?
Вершина резца круглая. За оборот резец сдвигается на подачу f, и между соседними дугами остается гребешок высотой h. Вдвое меньше подача, вчетверо ниже гребешок. Больше радиус вершины, глаже поверхность.
Знак похож на галочку √. Его ставят на линию контура поверхности или на выносную линию, острием к поверхности. Над полкой пишут параметр и число: Ra 0,8 значит «среднее отклонение не больше 0,8 мкм». Числа берут из стандартного ряда: 0,1; 0,2; 0,4; 0,8; 1,6; 3,2; 6,3; 12,5 и так далее, каждое примерно вдвое больше предыдущего.
Простая галочка значит «любой способ обработки». Галочка с горизонтальной чертой сверху значит «снять слой металла»: точить, фрезеровать, шлифовать. Галочка с кружком значит «без снятия слоя»: литье, ковка, прокат. Знак в правом верхнем углу чертежа относится ко всем поверхностям, на которых своего знака нет.
Каждая ступень чище стоит дороже: следующий проход, другой станок, больше времени. Поэтому конструктор назначает гладкость только там, где она работает.
При запрессовке внутреннее кольцо сминает гребешки шейки. Если Ra велика, натяг после запрессовки падает, кольцо начинает проворачиваться на валу, шейку «съедает». Поэтому под подшипники шейки шлифуют.
Течь масла из редуктора мотор-колеса часто начинается с изношенной шейки под манжету. Ремонт: шлифовка и ремонтная втулка с Ra 0,2–0,8 мкм, иначе новая манжета проживет недолго.
Шток гидроцилиндра хромируют и полируют до Ra около 0,1–0,2 мкм. Риска на штоке от камня в забое за несколько тысяч ходов прорезает уплотнение, и цилиндр начинает течь.
Шейки коленвала полируют, гильзы хонингуют сеткой. Сетка рисок держит масло на стенке, и кольца не задирают гильзу при пуске холодного дизеля.
На вершинах шероховатости давление огромное, поэтому новая пара сначала прирабатывается: вершины срезаются, в масле появляется металл. Глубокие риски на валу еще и место, откуда начинается усталостная трещина.
Наждачная бумага с номером зернистости, полировка кузова, заточка ножа на камнях разной зернистости: каждый следующий шаг уменьшает Ra, и поверхность начинает блестеть.
Профили в опыте не измерены, а построены: след резца это дуги радиуса r с шагом f плюс случайный шум, шлифование и хонингование это сумма случайных волн и рисок. Числа Ra получаются правдоподобными для своих видов обработки, но у реальной поверхности они зависят от материала, станка и режима. Средняя линия взята как простое среднее значение, а не по методу наименьших квадратов, и волнистость и форма детали не отделяются фильтром. Rz считается по пяти выступам и пяти впадинам на одной базовой длине, как в ГОСТ 2789-73. В новых стандартах Rz определяется иначе, по пяти участкам.