הצגת המקור של הדף "חספוס משטחים"

'''חספוס משטחים''' (ובקיצור '''חספוס''') הוא מדד למרקמו של משטח ומהווה חלק מפרמטר הנקרא [[טיב פני שטח]] המשמש לתיאור משטחים.

חספוס, יחד עם [[גליות]], משמשים לתיאור טיב פני השטח. 
חספוס מכומת (נמדד) בסטיות האנכיות של משטח אמיתי מצורתו האידיאלית. אם הסטיות הללו גדולות, המשטח נקרא "מחוספס", אם הסטיות הללו קטנות, המשטח נקרא "חלק".
== פרמטרים למדידת חספוס משטחים ==
פרופיל משטחי (דו־ממדי)  –  מסומן <math>R_a, R_q, R_t</math> ועוד, מחושב על פי מדידה של חספוס החומר לאורך קו.

פרופיל מלא (תלת־ממדי) – מסומן <math>S_a, S_q</math> ועוד, מחושב על פי מדידת שינויי הגובה על פני משטח דו־ממדי.<ref>{{קישור כללי|כתובת=https://michmet.com/glossary-term/root-mean-square-roughness/|הכותב=|כותרת=Root Mean Square Roughness  - Michigan Metrology|אתר=Michigan Metrology|תאריך=26 במאי 2022}}</ref>

כל אחד מהפרמטרים הללו מחושב באמצעות [[נוסחה]] אחרת לתיאור המשטח המדובר. ישנם פרמטרים רבים לחישוב חספוסו של משטח, אולם הנפוץ ביותר הוא <math>R_a</math>. מכיוון שכל פרמטר שכזה מתמצת את כל המידע על המשטח למספר בודד, ישנה חשיבות רבה לשימוש בהם ופירושם – שינויים קטנים בדרך שבה המידע הגולמי המתאר את פרופיל החומר מחושב או כיצד הפרופיל ה[[ממוצע]] מתואר יכולים להשפיע בצורה משמעותית על הפרמטר המחושב. 

== חישוב הפרמטרים ==
כל הפרמטרים הנ"ל מתבססים על ההנחה שהחספוס הממוצע (הגודל המודד את גובהו של המשטח ללא השינויים בגובה הנובעים מגליות) חושב מהפרופיל הגולמי. על אף שאנו מתייחסים לגדלים אלו כאל גדלים ידועים, פירוט סטנדרטי לכל אחד ניתן למצוא ב-Surfaces and their Measurement<ref>{{cite book|last=Whitehouse|first=David|title=Surfaces and their Measurement|publisher=Butterworth-Heinemann|year=2012|isbn=978-0080972015|location=Boston}}</ref>.
הפרופיל הנמדד מחולק ל-<math>n-1</math> חלקים שווים, כך שישנן <math>n</math> נקודות למדידה המפוזרות במרחקים שווים. <math>y_i</math> הוא המרחק האנכי מהחספוס הממוצע של הנקודה ה-<math>i</math> מתוך <math>n</math> (מניחים כי ערך חיובי של y הוא הרחק מהחומר ולא לתוכו).
יש לציין כי מכיוון שמדובר בדגימות, רבים מהפרמטרים הם למעשה מושגים הלקוחים מעולם ה[[סטטיסטיקה]] לאפיון דגימה של [[אוכלוסייה]].

[[קובץ:Ra parameter.gif|ממוזער|Ra, Rq]]

{| class="wikitable"
|-
!פרמטר !! תיאור !! נוסחה
|-
|R<sub>a</sub>,{{הערה|שם=degarmo223|{{Citation | last = Degarmo | first = E. Paul | last2 = Black | first2 = J | last3 = Kohser | first3 = Ronald A. | title = Materials and Processes in Manufacturing | publisher = Wiley | year = 2003 | edition = 9th | page = 223 | isbn = 0-471-65653-4 | postscript =.}}}} R<sub>aa</sub>, R<sub>yni</sub>
|[[ממוצע אריתמטי]] של ערכים מוחלטים
|<math>R_\text{a} = \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} \left | y_i \right |</math>{{הערה|שם=degarmo223}}
|-שורש ממוצע ריבוע המדידות
|R<sub>q</sub>, R<sub>RMS</sub>{{הערה|שם=degarmo223}}
|
|<math>R_\text{q} = \sqrt{ \frac{1}{n} \sum_{i=1}^{n} y_i^2 }</math>{{הערה|שם=degarmo223}}
|-
|R<sub>v</sub>
|ערך שקע מקסימלי
|<math>R_\text{v} = \min_{i} y_i</math>
|-
|R<sub>p</sub>
|ערך שיא מקסימלי
|<math>R_\text{p} = \max_{i} y_i</math>
|-
|R<sub>t</sub>
|גובה מקסימלי של הפרופיל
|<math>R_\text{t} = R_\text{p} - R_\text{v}</math>
|-
|R<sub>sk</sub>
|[[צידוד]]
|<math>R_\text{sk} = \frac{1}{n R_\text{q}^3} \sum_{i=1}^{n} y_i^3 </math>
|-
|R<sub>ku</sub>
|[[גבנוניות]]
|<math>R_\text{ku} = \frac{1}{n R_\text{q}^4} \sum_{i=1}^{n} y_i^4 </math>
|}

[[קובץ:Rt+Rv+Rp.gif|ממוזער|Rt, Rv, Rp]]

== פרמטרי שיפוע ==
פרמטרי שיפוע מתארים מאפיינים של שיפוע פרופיל החספוס. פרמטרים מונים ומרווחיים מתארים את מידת התכיפות בהן הפרופיל חוצה ערכי סף מסוימים. פרמטרים אלו משמשים לעיתים תכופות לתאר פרופילי חספוס מחזוריים.
{| class="wikitable" style="text-align:center"
!פרמטר !! תיאור !! נוסחה
|-
|R<sub>dq</sub>, R<sub><math>\Delta</math>q</sub>
|שיפוע ה-<math>RMS</math> של הפרופיל בקטע המדגם
|<math>
\begin{align}
R_{dq} &=  \sqrt{ \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} \Delta_i^2}
\end{align}
</math>
|-
|R<sub>da</sub>, R<sub><math>\Delta</math>a</sub>
|אורך השיפוע הממוצע (בערך מוחלט) של הפרופיל באזור המדגם
|<math>
\begin{align}
R_{da} &=  \frac{1}{N} \sum_{i=1}^{N} |\Delta_i|
\end{align}
</math>
|-
|<math>\Delta</math>i
|דלתא מחושבת ע"פ ASME B46.1
|<math>
\begin{align}
\Delta_i &= \frac{1}{60 dx} (y_{i+3} - 9y_{i+2} + 45y_{i+1} - 45y_{i-1} + 9y_{i-2} - y_{i-3})
\end{align}
</math>
|}

== שימושים והשפעות במכניקת שטח ==
חספוסו של משטח הוא מדד חשוב לקביעת [[יחסי הגומלין]] בין המשטח לבין הסביבה. משטח מחוספס יתבלה מהר יותר ויהיה לו [[מקדם חיכוך]] יותר מזה של משטח חלק. חספוס הוא לרוב מדד טוב לקביעת ביצועיהם של רכיבים מכניים מכיוון שאי-סדירויות במשטח עלולות ליצור אתרים בהם ייווצרו [[שבר (הנדסה)|סדקים]] או [[שחיקה מכנית|שחיקה]], אולם מצד שני חספוס עשוי לעודד [[אדהזיה]] (הדבקה), מה שייחזק את הקשר בין רכיבים.

== השפעות החספוס על זרימה ==
מידת החספוס של משטח משפיעה על צורת ה[[מכניקת הזורמים|זרימה]] ב[[שכבת גבול]] הסמוכה למשטח. חספוס גבוה יגרום ל[[זרימה בצנרת]] להפוך ל[[זרימה טורבולנטית]] (כתלות בערך [[מספר ריינולדס]]), כפי שמתואר ב[[דיאגרמת מודי]]. בזרימה על משטח יתרחש אפקט דומה, כאשר ככל שמקדם החיכוך גדל שכבת הגבול הטורבולנטית הנוצרת תגדל.

== חספוס בתעשייה ובייצור ==
על אף שלעיתים רבות חספוס גבוה איננו רצוי, הוא פרמטר שקשה וגם יקר לשלוט בו בתהליך ה[[ייצור]] – הורדת החספוס של משטח לרוב תגדיל בצורה [[מעריכית]] את עלות הייצור שלו, לכן לרוב תמצא פשרה בין שתי דרישות אלו. במקרים רבים, חספוס נחשב לפרמטר הקובע את ביצועי החלק. כפועל יוצא מכך, רוב היצרנים קובעים רף עליון לחספוס, אך לא רף תחתון (יוצא דופן לכך הם [[קדחים]] צילינדריים בהם נוזלי [[סיכה]] נאגרים בפרופיל המשטח, מקרה אשר כן דורש חספוס מינימלי).
כפי שצוין קודם, לחספוס יש השפעה מהותית על החיכוך וה[[בלאי]] של משטח (כמובן שיש להתחשב גם בגליות ובצורה). משטח בעל ערכי <math>R_a</math> גבוהים או <math>R_{sk}</math> חיובי יהיו בעלי מקדמי חיכוך ובלאי גבוהים יותר. חספוס נמדד לרוב בננומטרים וניתן לרוב למדידה רק באמצעות השוואה לדוגמת חומר אחר בעלת טיב פני שטח ידוע.
בתעשיית הייצור ישנן דרגות מוסכמות ל<math>R_a</math> על מנת להתאים את פני החספוס לצורך:
{| class="wikitable"
|-
! דרגה !! N1 !! N2 !! N3 !! N4 !! N5 !! N6 !! N7 !! N8 !! N9 !! N10 !! N11 !! N12
|-
| <math>R_a[\mu m]</math> || 0.025 || 0.05 || 0.1 || 0.2 || 0.4 || 0.8 || 1.6 || 3.2 || 6.3 || 12.5 || 25 || 50 
|}

== לקריאה נוספת ==
{{cite journal |last1= Den Outer |first1= A. |last2= Kaashoek |first2= J.F. |last3= Hack |first3= H.R.G.K. |year= 1995 |title= Difficulties of using continuous fractal theory for discontinuity surfaces |journal= International Journal of Rock Mechanics and Mining Science & Geomechanics Abstracts |volume= 32 |number= 1 |pages= 3–9 |doi= 10.1016/0148-9062(94)00025-X }}

== ראו גם ==

* [[איכות פני שטח (אופטיקה)]]

==קישורים חיצוניים==
{{ויקישיתוף בשורה}}

==הערות שוליים==
{{הערות שוליים|יישור=ימין}}

{{בקרת זהויות}}

[[קטגוריה:הנדסת מכונות]]