Wydział Budowy Maszyn i Informatyki Data przeprowadzenia ćwiczenia 19.12.14r.
Rok akademicki 2014/2015
Studia stacjonarne/inż.
Semestr 3
Kierunek AiR
Grupa: Piątek godz. 15.00-16.30/tydz. Parzysty
Laboratorium Metrologii
ANALOGOWA I CYFROWA TECHNIKA POMIAROWA, POMIARY CHROPOWATOŚCI POWIERZCHNI.
Wykonali:
Szymon Lebioda
| Sprawozdanie |
|---|
| Do poprawy: |
| Zaliczone: |
Cel ćwiczenia
Poznanie zasad określania chropowatości powierzchni, parametrów chropowatości oraz technik ich pomiaru.
Wstęp teoretyczny.
Chropowatość lub chropowatość powierzchni – cecha powierzchni ciała stałego, oznacza rozpoznawalne optyczne lub wyczuwalne mechanicznie nierówności powierzchni, niewynikające z jej kształtu, lecz przynajmniej o jeden rząd wielkości drobniejsze. Chropowatość w przeciwieństwie do innej podobnej cechy – falistości powierzchni jest pojęciem odnoszącym się do nierówności o relatywnie małych odległościach wierzchołków. Wielkość chropowatości powierzchni zależy od rodzaju materiału i przede wszystkim od rodzaju jego obróbki.
Odcinek elementarny jest to część linii odniesienia wybierana do określenia chropowatości. Znormalizowane długości odcinka elementarnego wynoszą: 0,08 ; 0,25 ; 0,8 ; 2,5 ; 8 i 25 mm. Długość odcinka elementarnego Lr dobiera się w zależności od wartości (przewidywalnej) parametrów chropowatości. Pomiar chropowatości powierzchni przeprowadza się na pięciu odcinkach elementarnych, a jako wynik przyjmuje się wartość średnią.
Odcinek pomiarowy ln jest to odcinek, na którym przeprowadza się pomiar; składa się on z pięciu odcinków elementarnych
.
Odcinek odwzorowania lt – całkowita długość odcinka profilu , zmierzonego za pomocą przyrządu
Linia średnia profilu - jest to linia o kształcie profilu nominalnego, dzieląca profil zaobserwowany w ten sposób, że w granicach odcinka elementarnego suma kwadratów odległości punktów profilu zaobserwowanego od tej linii jest minimalna. Z warunku tego wynika, że linia średnia profilu jest odległa od linii odniesienia o wartość ‘a’ stanowiąca średnią arytmetyczną odległości punktów profilu od linii odniesienia.
Średnie arytmetyczne odchylenie profilu chropowatości Ra jest to średnia wartość odległości punktów profilu zaobserwowanego od linii średniej na długości odcinka elementarnego lr
Całkowita wysokość profilu Rt
Suma wysokości najwyższego wzniesienia profilu Zp i głębokości najniższego wgłębienia profilu Zy wewnątrz odcinak pomiarowego ln
Rt =Zp + |Zy| dla ln
Największa wysokość profilu Rz
Suma wysokości najwyższego wzniesienia profilu Zp i głębokości najniższego wgłębienia profilu Zy wewnątrz odcinak pomiarowego lr
Rz = Zp + |Zy| dla lr
Średnia kwadratowa rzędnych profilu Rq
Średnia kwadratowa wartości rzędnych Z(x) wewnątrz odcinka elementarnego
Rq=$\sqrt{\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{\text{lr}}}\int_{\mathbf{0}}^{\mathbf{\text{lr}}}{\mathbf{Z}^{\mathbf{2}}\mathbf{(x)dx}}}$ $\mathbf{\approx}\sqrt{\frac{\mathbf{1}}{\mathbf{n}}\mathbf{\ }\sum_{\mathbf{i = 1}}^{\mathbf{n}}\mathbf{\text{Zi}}^{\mathbf{2}}}$
Rsk
Iloraz średniej wartości trzeciej potęgi rzędnych Z(x) i trzeciej potęgi odpowiedniego parametru Rq wewnątrz odcinak pomiarowego lr
Rsk=$\frac{1}{\text{Rq}^{3}}\ \left\lbrack \frac{1}{\text{lr}}\int_{o}^{\text{lr}}{|Z^{3}\left( x \right)|} \right\rbrack$ ${\approx \frac{1}{\text{Rq}^{3}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}Z}_{i}^{3}$
Rku
Iloraz średniej wartości czwartej potęgi rzędnych Z(x) i trzeciej potęgi odpowiedniego parametru Rq wewnątrz odcinak elementarnego lr
Rku=$\frac{1}{\text{Rq}^{4}}\ \left\lbrack \frac{1}{\text{lr}}\int_{o}^{\text{lr}}{|Z^{4}\left( x \right)|dx} \right\rbrack$ ${\approx \frac{1}{\text{Rq}^{4}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}Z}_{i}^{4}$
Współczynnik długości nośnej profilu chropowatości Rmr - jest to inaczej stosunek długości nośnej profilu MI(c)do długości odcinka elementarnego ln MI(c)
Rmr =$\frac{MI(c)}{\ln}$ * 100%
MI(c) suma długości odcinków przecięć profilu chropowatości linią równoległą do linii średniej na określonym poziomie.
Przebieg ćwiczenia
W pierwszej części naszych ćwiczeń dokonywaliśmy porównania sposobu określenia chropowatości próbki. Gdzie pierwszym sposobem była wizualna ocena za pomocą próbek wzorcowych, a następnie zweryfikowaliśmy nasza ocenę przy pomocy profilometru. W następnej części dla otrzymanej serii pomiarowej chropowatości (tabela 2) mieliśmy obliczyć poniższe wielkości zawarte w tabeli 1.
Tabela 1
| n | Ra µm |
Rz µm |
Rt µm |
Rq µm |
Rsk µm |
Rsk µm |
|
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| lr1 | 77 | 1,54 | 14,04 | - | 2,04 | 1,79 | 3,81 |
| lr2 | 77 | 1,60 | 10,07 | - | 2,08 | 1,75 | 3,66 |
| ln | 154 | 1,57 | 12,05 | 14,04 | 2,06 | 1,77 | 3,735 |
Wyniki dla ln jest to suma lr1 i lr2 i podzielone przez 2 wyjątkiem jest pomiar Rt
Tabela 2
Seria nr. 4 Zi |
|||
|---|---|---|---|
| 0,61 | 1,46 | 3,83 | 1,72 |
| 0,46 | -1,13 | 4,73 | 0,72 |
| -0,5 | -2,11 | 4,81 | 0,46 |
| -0,4 | -0,06 | 3,95 | 1,3 |
| -0,98 | -0,78 | 4,47 | 1,33 |
| 0,58 | -2,99 | 4,88 | 2,01 |
| -0,35 | -0,27 | 3,17 | 2,17 |
| 0,24 | 0,53 | 2,37 | 3,48 |
| 0,5 | 1,17 | 1,53 | 1,51 |
| -0,2 | -4,43 | 2,93 | 1,53 |
| 0,47 | -5,17 | 1,92 | 4,87 |
| 0,47 | -2,82 | -0,72 | 6,64 |
| 0,02 | 0,92 | -0,7 | 7,28 |
| 0,14 | 2,15 | -0,06 | 8,84 |
| -1,14 | 2,76 | 1,33 | 6,84 |
| -1,48 | 4,03 | -0,52 | 3,1 |
| -1,02 | 4,06 | -1,05 | 3,6 |
| -0,46 | 2,47 | -0,75 | 1,34 |
| 0,11 | 5,6 | 1,43 | -1,91 |
| 1,62 | 6,61 | 2,9 | -3,81 |
| 1,36 | 4,91 | 1,68 | -3,74 |
| -0,31 | 2,75 | 2,69 | -0,64 |
| -3,45 | -0,12 | 3,23 | -0,89 |
| -4,76 | -0,55 | 2,17 | -1,37 |
| -4,29 | -3,94 | 4,85 | -0,05 |
| -4,36 | -3,19 | 5,55 | 0,09 |
| -5,25 | -1,69 | 4,76 | -2,72 |
| -5,39 | -5,46 | 4,01 | -3,85 |
| -4,35 | -6,82 | 5,31 | -3,39 |
| -3,48 | -4,7 | 6 | -2,24 |
| -2,76 | -5,81 | 5,69 | -1,39 |
| -0,9 | -7,92 | 6,26 | 2,15 |
| 1,1 | -5,91 | 6,09 | 2,26 |
| 1,5 | -1,75 | 5,8 | -1,01 |
| 2,04 | 0,75 | 4,99 | -0,63 |
| 1,66 | 2,79 | 5,22 | -4,38 |
| -0,82 | 3,78 | 5,14 | -5,75 |
| -0,81 | 5,63 | 4,23 | -0,87 |
| 1,97 | 4,62 | 1,53 | 1,13 |
| 1,74 | 3,77 | -0,53 | -1,86 |
| 0,55 | 1,53 | 0,09 | -1,94 |
| -0,23 | 0,21 | -0,58 | -0,67 |
| 0,75 | 1,62 | -2,33 | 4,04 |
| 0,72 | 1,16 | -1,68 | 5,31 |
| 0,95 | 0,41 | -1,89 | 3,91 |
| -0,56 | 1,07 | -0,17 | 2,55 |
| 2,14 | 1,14 | 0,29 | 4,09 |
| 5,92 | 1,05 | 0,89 | 5,92 |
| 4,36 | 2,21 | -1,4 | 5,94 |
| 0,6 | 3,28 | -0,79 | 6,01 |
| 1,92 | 4,39 | 0,9 | 4,5 |
Obliczenia:
Średnie arytmetyczne odchylenie profilu chropowatości Ra
Dla lr1
$Ra = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{\left| z \right| =}\frac{1}{77}$ * 181,2080 = 2,35 µm
Dla lr2
$Ra = \frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{\left| z \right| =}\frac{1}{77}*$ 183,8903 = 2,39 µm
Całkowita wysokość profilu Rt
Rt = 7, 69 + |−8,24| = 15, 92
(dla ln)
Największa wysokość profilu Rz
Dla lr1
Rz = 6,47 + |-8,24|= 14,71 µm
Dla lr2
Rz = 7,69 + |-6,66|= 14,32 µm
Srednia kwadratowa rzędnych profilu Rq
Dla lr1
$Rq = \sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}z^{2}}$ =$\sqrt{\frac{1}{77}\ 716,3668}$ = 3,05 µm
Dla lr2
$Rq = \sqrt{\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}z^{2}} = \sqrt{\frac{1}{77}\ 645,7801}$ = 2,89 µm
Współczynnik asymetrii profilu Rsk
Dla lr1
$Rsk = \frac{1}{\text{Rq}^{3}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{{|z|}^{3} =}\frac{1}{28,37}*\frac{1}{77}$* 3567,47= 1,63 µm
Dla lr2
$Rsk = \frac{1}{\text{Rq}^{3}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{{|z|}^{3} =}\frac{1}{24,14}*\frac{1}{77}$* 2801,043= 1,51µm
Współczynnik spłaszczenia profilu Rku
Dla lr1
$Rku = \frac{1}{\text{Rq}^{4}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{z^{4} =}\frac{1}{86,536}*\frac{1}{77}$* 20224,187= 3,04 µm
Dla lr2
$Rku = \frac{1}{\text{Rq}^{4}}\frac{1}{n}\sum_{i = 1}^{n}{z^{4} =}\frac{1}{69,757}*\frac{1}{77}$* 14145,113= 2,63µm
Wykres 1
Wnioski
Podczas ćwiczenia dokonywaliśmy dwóch rodzajów pomiarów chropowatości: ocenę wizualna dokonaną przy pomocy zmysłu wzroku i dotyku, a także pomiary dokonane profilometrem. Różnica dokładności obu metod jest ogromna profilometr pozwala nam z dużą dokładnością odwzorować chropowatość powierzchni, gdzie pomiar „oko-ręka” jest metodą wyłącznie poglądową i można uznać ją za wstępny pomiar chropowatości i wystarczający tylko wtedy, gdy nie zachodzi potrzeba pomiaru chropowatości powierzchni z tak dużą dokładnością jaką posiada profilometr.