2.2 微观几何学

宏观上看起来光滑平整的表面，在微观世界却不是绝对平整的，其表面由很多不规则的凸起和凹坑组成，这是由加工手段造成的，微观几何特征对于轴承的摩擦磨损和润滑起着决定性作用。轴承表面几何特征采用表面形貌参数来描述，形貌参数可分为一维、二维和三维。

2.2.1 一维形貌参数

1.轮廓算术平均偏差

轮廓算术平均偏差也称为中心线平均值 Ra ，即表面粗糙度。它通过测量长度范围内轮廓上各点的高度的算术平均值得到，即

式中， z （ x ）为各点的轮廓高度； L 为测量长度； n 为测量点数； z _i 为各测量点轮廓高度。

在全国滚动轴承标准化技术委员会技术文件CSBTS TC98.52—1999《滚动轴承零件 套圈表面粗糙度 技术条件》中列出了不同公差等级、不同类型滚动轴承的 Ra 标准，例如，对于P4级精度的深沟球轴承和角接触球轴承，其沟道表面粗糙度不高于0.04μm。

2.轮廓均方根偏差

轮廓均方根偏差又称为均方根值 Rq 或 σ ，即

3.最大峰谷距

最大峰谷距用 R _max 表示，指的是测量长度范围内最高峰与最低谷之间的高度差，表示表面粗糙度的最大起伏量。

4.支承面曲线

支承面曲线是根据表面粗糙度图谱绘制的。理论的支承面曲线如图2-10所示。假设粗糙表面磨损到深度 z ₁ 时，在左图中形成了宽度为 a ₁ 和 c ₁ 的两个平面，将 a ₁ 和 c ₁ 求和绘制在右图相应的 z ₁ 处。这样得到支承面为随深度 z 变化的曲线，即支承面曲线。

5.中线截距平均值

中线截距平均值 S _ma 是轮廓曲线与中心线各交点之间的截距 S _m 在测量长度内的平均值。该参数反映表面不规则起伏的波长或间距，以及粗糙峰的疏密程度。其表达式为

事实证明，一维形貌参数并不能准确表达轴承表面的摩擦学特性。为了更好地反映轴承的微观几何学，人们提出了二维形貌参数。

2.2.2 二维形貌参数

1.坡度

坡度是表面轮廓曲线上各点斜率 的绝对值的算术平均值 或均方根值 ，该值对于轴承的微观弹流润滑效应十分重要。

2.峰顶曲率

峰顶曲率记作 C _a 或者 C _q ，一般采用各个粗糙峰顶曲率的算术平均值作为 C _a ，均方根值作为 C _q 。该值影响轴承的润滑和接触状况。

然而二维形貌参数还是不够直观和全面，描述轴承微观几何形貌的最好方法就是采用三维形貌参数。

2.2.3 三维形貌参数

三维形貌参数有二维轮廓曲线族和等高线图等。通过一组间隔很小的二维轮廓曲线来表示形貌的三维变化，这种三维形貌参数称为二维轮廓曲线族。等高线图即用表面形貌的等高线表示表面的起伏变化。

切削加工的表面形貌包含着周期变化和随机变化两个部分，因此采用形貌统计参数比用单一形貌参数来描述表面几何特征更加科学，这就是用概率密度分布函数来表示轮廓曲线上各点的高度、波长、坡度等的变化，常见的表面形貌统计参数有高度分布函数、分布曲线偏差以及表面轮廓的自相关函数等。另外近年来，人们应用分形理论来表征表面形貌，进而研究粗糙表面的接触和摩擦磨损问题。 dywR/HNxtCwn23HOe82a4PyXD46GNeu8zv0w4S6IAqnfalatniSzapg0LmG3rGfF