磨合表面形貌变化的特征粗糙度参数表征.pdf

中国矿业大学学报990 30 2 中国矿业大学学报 JO U RNA L O F CH I NA U NI VERSI T Y O F M I NI NG 2 . t 12 0 s , α 1. 2 59; 3. t 2 40 s , α 1. 2 18 ; 4. t 6 6 0 s , α 1. 16 6 ; 5. t 10 2 0 s , α 1. 133; 6 . t 16 2 0 s , α 1. 0 8 6 ; 7 . t 2 8 8 0 s , α 0 . 992 比较图2 中表面轮廓形貌的变化和表1中各参数值的变化可以发现，随着磨合过程 的进行，销表面变得越来越光滑，粗糙程度逐渐减小；同时，尺度系数C的变化表现 为逐渐减小，而分形维数D 和特征粗糙度τ*逐渐增大. 虽然分形维数和尺度系数也能反 映表面形貌的变化规律，但其感应表面变化的灵敏性比特征粗糙度参数则要差得多. 这 是因为特征粗糙度随尺度系数的减小和轮廓分形维数的增大而增大，它实际上达到了 对尺度系数和轮廓分形维数两者的变化进行叠加的效果. 尤为有意义的是分形维数属 于表面轮廓测度相似性的测量参数，其值的减小或增大，体现了不同测量尺度下表面 轮廓测度间的差异大小；尺度系数是表面轮廓测度的绝对测量参数，它缺乏多尺度测 量的适应性，其值的减小或增大，反映了单位尺度内表面平整性的好坏；而特征粗糙 度则是表面多尺度相似性测量与绝对测量的结合，其值的增大或减小，同时反映了单 位测量尺度内表面平整性的好或坏和多尺度测量的表面轮廓测度间差异的大或小. 因为 不同尺度下的测度差异小或单位尺度内表面平整性好说明表面平滑；反之说明表面粗 糙. 所以，特征粗糙度不仅能反映表面粗糙程度的高低，而且具有很好的对表面变化的 敏感性，这也说明其定义具有合理性. 表1 图2 中轮廓的部分参数值 T a b l e 1 T h e p a r a m e t e r v a l u e s o f t h e p r o f i l e s i n Fi g . 2 t / s Ra/ μm D C/ 10 -3 τ*/ μm 03. 191. 3337 . 0 6 3 3387 . 2 91 49 6 02 . 7 31. 3446 . 594 47 27 . 943 31 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 3/ 990 30 2 . h t m （第 7 ／9 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 33 中国矿业大学学报990 30 2 12 02 . 2 61. 37 14. 946 0 6 710 . 8 92 43 2 401. 7 21. 3913. 98 4 7 4014. 0 96 0 3 42 01. 541. 3934. 18 2 15413. 6 91 93 6 6 01. 411. 4173. 46 1 94417 . 90 1 0 1 1 0 2 01. 2 71. 4332 . 998 3342 2 . 0 94 16 1 6 2 01. 0 31. 4572 . 50 0 7 482 9. 7 7 1 31 2 2 2 00 . 8 11. 48 21. 946 0 7 744. 7 0 9 7 5 2 8 2 00 . 6 11. 50 51. 56 6 2 466 6 . 48 4 18 2 8 8 00 . 6 31. 50 41. 57 3 0 556 5. 7 35 2 7 4 结 论 分形维数D 虽能反映表面轮廓的复杂程度和粗糙度水平，但不能实现表面的唯一 表达，它属于表面轮廓测度相似性的测量参数，其值的大小体现了不同测量尺度下表 面轮廓测度间的差异；尺度系数C是表面轮廓测度的绝对测量参数，但缺乏多尺度测 量的适应性. 本文所提出的特征粗糙度参数τ*将表面轮廓分形维数和尺度系数结合在一 起，它并非两者的简单组合，而是多尺度相似测量与绝对测量的有机结合，具有对轮 廓分形维数和尺度系数两者的变化进行叠加的效果. 因此，特征粗糙度参数既对表面形 貌变化具有很好的灵敏性，同时又具有分形测量的多尺度性而能实现表面的唯一性表 达. 试验结果表明，特征粗糙度的变化与磨合过程中表面形貌的变化具有很好的对应 关系即随着磨合过程的进行，表面变得逐渐光滑，而特征粗糙度τ*逐渐增大；而 且，特征粗糙度随表面轮廓分形维数的增大或尺度系数的减小而增大，此外，随着分 形维数的增大或尺度系数的减小表面变得逐渐光滑. 因此，相对其它参数，特征粗糙度 τ*对表面形貌的变化表现出很高的灵敏性，这也说明特征粗糙度的定义具有合理性. 特征粗糙度参数物理意义明确，既不失分形测量多尺度性的特点，也保留了传统 表征参数直观、简明的优点. *国家自然科学基金资助项目（598 7 50 8 1）, 江苏省“333”人才基金资助项目. 作者简介 葛世荣，男，196 3年生，工学博士，教授，博士生导师 作者单位葛世荣中国矿业大学机电工程学院 江苏徐州 2 2 10 0 8 陈国安工程兵指挥学院 江苏徐州 2 2 10 0 4 参考文献 1 T h o m a s T R. T h e c h a r a c t e r i z a t i o n o f c h a n g e s i n s u r f a c e t o p o g r a p h y d u r i n g r u n n i n g -i n . In D o w s o n D , T a y l o r C M , Co d e t M a n d Be r t h e D e d s . Su r f a c e r o u g h n e s s e f f e c t s i n l u b r i c a t i o n . Lo n d o n M e c h a n i c a l En g i n e e r i n g Pu b l i c a t i o n s , 197 7 . 98 ～10 8 2 Ro y Ch o w d h u r y S K , K a l i s z e r H , Ro w e G W . A n a n a l y s i s o f c h a n g e s i n s u r f a c e t o p o g r a p h y d u r i n g r u n n i n g -i n o f p l a i n b e a r i n g s . W e a r , 197 9, 16 331～343 3 Fo r c h e r D , Fl a m a n d L, Be r t h e D . Ru n n i n g -i n o f l u b r i c a t e d h e r t z i a n c o n t a c t s . Pr o c e e d i n g s o f f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 3/ 990 30 2 . h t m （第 8 ／9 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 33 中国矿业大学学报990 30 2 t h e 8 t h l e e d s -l y n o n s y m p o s i u m o n t r i b o l o g y , Le e d s , 198 1. 58 ～6 1 4 St o u t K J, D a v i s E J. Su r f a c e t o p o g r a p h y o f c y l i n d e r b o r e s -T h e r e l a t i o n s h i p b e t w e e n m a n u f a c t u r e , c h a r a c t e r i z a t i o n a n d f u n c t i o n . W e a r , 198 4, 95 111～12 5 5 St o u t K J, K i n g T G , W h i t e h o u s e D J. A n a l y t i c a l t e c h n i q u e s i n s u r f a c e t o p o g r a p h y a n d t h e i r a p p l i c a t i o n t o a r u n n i n g -i n e x p e r i m e n t . W e a r , 197 7 , 43 99～115 6 Pa w e l Pa w l u s . A s t u d y o n t h e f u n c t i o n a l p r o p e r t i e s o f h o n e d c y l i n d e r s u r f a c e d u r i n g r u n n i n g - i n . W e a r , 1994, 17 6 2 47 ～2 54 7 马 争, 桂长林. 评定磨合表面的最佳形貌参数. 摩擦学学报, 1995, 15 2 133～137 8 徐 雁, 齐毓霖. 用峰结构函数表征磨损表面形貌的变化过程. 摩擦学学报, 1998 , 18 1 53～59 9 陈国安，葛世荣，张晓云. 机加工表面轮廓的分形插值. 中国矿业大学学报，1999， 2 8 2 118 ～12 1 10 葛世荣，T o n d e r K . 粗糙表面的分形特征与分形表达研究. 摩擦学学报，1997 , 17 1 7 3～8 0 11 陈国安，葛世荣. 分形理论在摩擦学研究中的应用. 摩擦学学报，1998 , 18 2 17 9～ 18 4 12 陈国安，葛世荣. 用分形几何表征工程表面的几个问题. 润滑与密封，1998 , 18 3 3 ～7 收稿日期 1998 -10 -2 6 f i l e / / / E| / q k / z g k y d x x b / z g k y 99/ z g k y 990 3/ 990 30 2 . h t m （第 9／9 页）2 0 10 -3-2 3 15 57 33