2.8 Розрахунки деяких характеристик контакту поверхонь

Отримані раніше формули дозволяють визначити ряд важливих характеристик фактичних плям контакту і структури ФПК. До них відносять середнє значення тиску на контакті, середню площу і діаметр плями контакту , густину плями контакту , середню відстань між плямами контакту S.

Середнє значення тиску на контакті є відношення прикладеного нормального навантаження до розміру ФПК. Тоді для пружнього контакту, використовуючи вираз (15), знайдемо

, (19)

а для пластичного контакту

Середній розмір (площа) плями контакту визначаються як відношення фактичної площі контакту до числа контактуючих плям. Згідно цього визначення, використовуючи вирази (4), (5), (15) і (18), після найпростішого перетворення знайдемо для пружнього контакту

, (20)

а для пластичного контакту

, (20 а)

Якщо прийняти, що контур фактичної плями контакту обмежений колом, то для пружнього () і пластичного () контактів значення діаметрів будуть

(21)

(21 а)

Густина плям контакту є характеристикою структури ФПК і визначається відношенням кількості плям контакту до тієї площі, на якій вони утворені. Використовуючи це визначення, знайдемо для пружного контакту

(22)

для пластичного контакту

Похідною від цієї характеристики є середня відстань між плямами контакту

Помітним результатом даної теорії є той факт, що при збільшенні навантаження, зростання ФПК проходить за рахунок збільшення плям контакту, а середня площа фактичної плями контакту значно не змінюється. Це випливає з аналізу формули (20) і (20 а) з одного боку і (22) і (22 а) з іншого боку. Ефект стає тим сильніший, чим більше ν. Звідси випливає, що він має досить яскраво проявлятися для контакту 2-ох шорстких поверхонь. Теоретичний результат знаходиться в якісному співвідношенні з експериментальними даними (рис.11)

Рис.11.Залежність кількості плям контакту , фактичної площі дотику і середньої площі плями від навантаження. Зразки з AgCl. Контурна площа контакту .

Майже прямолінійна залежність від навантаження свідчить про постійність середніх питомих тисків на контакті.

Детально описані T. Hisakado результати експериментального вивчення структури ФПК 2-ох шорстких поверхонь показують, що в широкому діапазоні зміни тиску середній радіус плями контакту при пластичній деформації мікронерівностей пропорційний , а густина плями контактів пропорційна . Звертаючись до формул (21 а) і (22 а) бачимо, що вони передбачають таку степінь впливу тиску, якщо прийняти , що у випадку однаково оброблених поверхонь відповідає .

Інший результат, на який треба звернути особливу увагу, полягає в тому, що середній тиск на контакті при пружних деформаціях також слабо залежить від прикладеного контурного тиску. Так, для найбільш розповсюджених значень , . За даними T. Hisakado, (для 2-ох шорстких поверхонь). Важко недооцінити важливість цього результату. Ще й до цього часу існує думка, що, знижуючи питоме навантаження на вузол тертя, можна поліпшити його працездатність за рахунок поліпшення умов на фактичних плямах контакту. Зараз зрозуміло, що такий шлях зниження фактичних тисків є досить неефективним.

Гунта і Кук для пластичного контакту 2-ох шорстких поверхонь приводять наступні емпіричні вирази, що визначають густину плям контакту і середню площу одиничної плями:

;

Досить помітним є те, що добуток коефіцієнтів і не залежить від шорсткості і дорівнює 1. Такий же результат прямо витікає з формул (20 а) і (22 а), якщо покласти, що . Тут варто згадати, що дані для і отримані з експериментів зі зміщенням, для яких по даним тих же авторів, фактичний тиск на контакті складав половину жорсткості.