互换性与测量技术(同济版)教学课件-NO5表面粗糙度及其评定.ppt

互换性与测量技术表面粗糙的的基本概念01表面粗糙度的选用03表面粗糙度轮廓的测量05表面粗糙度的相关基本概念及评定参数02表面结构的标注规定04表面粗糙度设计实例06第第5 5章章表面粗糙度及其评定 学学习目目标掌握表面粗糙度的概念和评定参数、表面粗糙度参数和参数值的选用原则与方法、表面结构要求在零件图上标注的方法学学习重点重点表面粗糙度的定义、表面粗糙度的标注方法、表面粗糙度评定参数及其数值的选择学学习导航航齿面的表面粗糙度除了影响共轭齿面的摩擦、润滑性能、接触比压、传动效率和工作温度外，还直接导致齿面点蚀、齿面磨损、齿面胶合等，在设计齿轮时必须提出合理的表面粗糙度要求要提出合理的表面粗糙度，就需要掌握表面粗糙度的评定参数、表面结构的标注、表面粗糙度的参数值及选用、表面粗糙度的检测等有关知识图图5-1 5-1 齿轮齿面齿轮齿面5.1第部分表面粗糙度的基本概念 零件的各个表面，不管加工得多么光滑，在放大镜(或显微镜)下观察，都可以看到峰谷高低不平的情况经过切削加工或用其他加工方法获得的零件表面，由于加工过程中的塑性变形、机床的高频振动及刀具在加工表面留下的切削痕迹等，在零件加工表面总会存在具有较小间距和微小峰谷的微观几何形状误差，这种较小间距和微小峰谷形成的微观几何形状特性称为表面粗糙度，也称为微观不平度。

表面粗糙度的大小对机械零件的性能有很大影响5.1.1 表面粗糙度的定义图图5-2 5-2 零件表面的微观形态零件表面的微观形态v 表面粗糙度作为零件质量评定指标是十分重要的，它在零件几何精度设计中是必不可少的为了适应生产技术的发展和有利于国际的技术交流及对外贸易，我国参照国际标准()，对原表面粗糙度国家标准做了修订和增订，发布了国家标准产品几何技术规范(GPS)表面结构 轮廓法 术语、定义及表面结构参数(GBT 35052009)、产品几何技术规范(GPS)表面结构 轮廓法 表面粗糙度参数及其数值(GBT 10312009)、产品几何技术规范(GPS)表面结构 轮廓法 评定表面结构的规则和方法(GBT 106102009)、产品几何技术规范(GPS)技术产品文件中表面结构的表示法(GBT 1312006)、产品几何技术规范(GPS)表面结构 轮廓法 接触(触针)式仪器的标称特性(GBT 60622009)5.1.1 表面粗糙度的定义 国家标准产品几何技术规范(GPS)技术产品文件中表面结构的表示法(GBT 1312006)规定：零件的表面结构是指表面粗糙度、表面波纹度和表面原始轮廓的总称。

零件表面的实际轮廓是由粗糙度轮廓、波纹度轮廓和原始轮廓构成的各种轮廓所具有的特征都与零件的表面功能密切相关5.1.1 表面粗糙度的定义 表面粗糙度不同于主要由机床、夹具、刀具几何精度及定位夹紧方面的误差等因素引起的表面宏观几何形状误差，也不同于主要由机床、刀具、工件的振动、发热、回转不平衡等因素造成的介于宏观和微观几何形状误差之间的表面波纹度三者通常以波距(相邻两波峰或两波谷之间的距离)的大小来划分，也有按波距与波高之比来划分的一般而言，波距小于1 mm的属于表面粗糙度，即表面微观几何形状误差；波距为110 mm的属于表面波纹度；波距大于10 mm的属于表面宏观几何形状误差，如图5-3所示图图5-3 5-3 实际表面轮廓及组成实际表面轮廓及组成5.1.1 表面粗糙度的定义5.1.2 表面粗糙度对使用性能的影响 (1)表面粗糙度影响零件的耐磨性零件表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，磨损越快但表面过于光滑，不利于储存润滑油，易使工件表面形成半干摩擦或干摩擦，有时还会增加工件接触面的吸附力，反而使摩擦系数增大，加剧了磨损磨损量与表面粗糙度Ra之间的关系如图5-4 所示图图5-4 5-4 磨损量与表面粗磨损量与表面粗糙度糙度RaRa之间的关系之间的关系5.1.2 表面粗糙度对使用性能的影响 (2)表面粗糙度影响配合性质的稳定性。

对于间隙配合来说，表面粗糙就易磨损，使工作过程中的间隙逐渐增大；对于过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，因而减小了实际有效过盈，降低了联接强度3)表面粗糙度影响零件的疲劳强度粗糙的零件表面存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度零件表面越粗糙，零件越容易产生疲劳裂纹和破坏4)表面粗糙度影响零件的密封性粗糙的零件表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏5.1.2 表面粗糙度对使用性能的影响 (5)表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性粗糙的零件表面易使腐蚀性气体或液体通过其表面的微观凹谷渗入金属内层，造成表面锈蚀，如图5-5所示图图5-5 5-5 表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性5.1.2 表面粗糙度对使用性能的影响5.2第部分表面粗糙度的相关基本概念及评定参数 (1)表面轮廓的定义为了研究零件的表面结构，引进表面轮廓的概念如图5-6所示，表面轮廓是指一个指定表面与实际表面相交所得的轮廓它是评定表面结构首先要确定的研究对象通常采用一条名义上与实际表面平行，并在一个适当的方向上的法线来选择一个平面根据法线方向的不同，表面轮廓可分为横向表面轮廓和纵向表面轮廓两种。

表面轮廓表面轮廓1.5.2.1 表面粗糙度的相关基本概念图图5-6 5-6 表面轮廓表面轮廓 (1)表面轮廓的定义为了研究零件的表面结构，引进表面轮廓的概念如图5-6所示，表面轮廓是指一个指定表面与实际表面相交所得的轮廓它是评定表面结构首先要确定的研究对象通常采用一条名义上与实际表面平行，并在一个适当的方向上的法线来选择一个平面根据法线方向的不同，表面轮廓可分为横向表面轮廓和纵向表面轮廓两种2)轮廓滤波器粗糙度轮廓、波纹度轮廓及原始轮廓3类表面轮廓各有不同的波长范围，它们又同时叠加在同一表面轮廓上因此，在测量与评定3类表面轮廓上的参数时，必须先将表面轮廓在特定仪器上进行滤波，以便分离获得所需波长范围的轮廓5.2.1 表面粗糙度的相关基本概念 滤波器就是除去某些波长成分而保留所需表面成分的处理仪器轮廓滤波器是可以把轮廓分成短波成分和长波成分的滤波器把从短波截止波长至长波截止波长这两个极限值之间的波长范围称为传输带为了评价图5-6所示的实际表面轮廓上各种几何形状误差中的某一几何形状误差，可以通过轮廓滤波器来呈现这一几何形状误差，过滤掉其他的几何形状误差在测量粗糙度、波纹度和原始轮廓的仪器中使用3种滤波器，它们的传输特性相同，截止波长不同。

5.2.1 表面粗糙度的相关基本概念 在测量粗糙度、波纹度和原始轮廓的仪器中使用的3种滤波器分别如下：s轮廓滤波器s轮廓滤波器是指确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器c 轮廓滤波器c 轮廓滤波器是指确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器f轮廓滤波器f轮廓滤波器是指确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波的成分之间相交界限的滤波器5.2.1 表面粗糙度的相关基本概念图图5-7 5-7 粗糙度轮廓和波纹度轮廓的传输特性粗糙度轮廓和波纹度轮廓的传输特性5.2.1 表面粗糙度的相关基本概念5.2.1 表面粗糙度的相关基本概念5.2.1 表面粗糙度的相关基本概念取样长度取样长度2.取样长度(lr)是指在轴方向上量取的用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度规定这段长度是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙度测量结果的影响取样长度应与被测面的粗糙度相适应表面越粗糙，取样长度应越大在所选取的取样长度内至少包含5个以上的轮廓峰和轮廓谷，如图5-5所示5.2.1 表面粗糙度的相关基本概念 要合理地选取取样长度，因为取样长度对表面粗糙度的评定有重要作用若取样长度过短，则测量时没有足够的“峰”和“谷”，不能反映表面粗糙度的实际情况。

若取样长度过长，则表面粗糙度的测得值会把表面波纹度的成分包括进去表面越粗糙，取样长度应越长，取样长度具体应按标准中的数值选取5.2.1 表面粗糙度的相关基本概念评定长度评定长度3.评定长度是用于判别被评定轮廓的轴方向上的长度，包含一个或几个取样长度，通常评定长度等于5倍的取样长度，即ln5lr，如图5-8所示国标规定的评定长度见表5-1若被测表面均匀性好，则评定长度可小于5倍的取样长度，即 ln5lr；若被测表面均匀性不好，则评定长度可大于5倍的取样长度，即ln5lr图图5-8 5-8 取样长度和评定长度取样长度和评定长度5.2.1 表面粗糙度的相关基本概念 (1)轮廓最小二乘中线轮廓最小二乘中线是指用最小二乘法确定的基准线，在取样长度内，基准线使轮廓线上各点的轮廓偏距 Z(x)(即在测量方向上，轮廓上各点至基准线的距离)的平方和为最小，如图5-9所示轮廓中线轮廓中线4.图图5-9 5-9 轮廓最小二乘中线轮廓最小二乘中线5.2.1 表面粗糙度的相关基本概念 (2)轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线是指在取样长度内，把实际轮廓划分为上、下两部分，且使上、下面积相等的直线，如图5-10所示。

图图5-10 5-10 轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线5.2.1 表面粗糙度的相关基本概念轮廓算术平均中线往往不是唯一的，在一簇算术平均中线中只有一条与轮廓最小二乘中线重合在实际评定和测量表面粗糙度时，使用图解法时可用轮廓算术平均中线代替轮廓最小二乘中线5.2.1 表面粗糙度的相关基本概念轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差RaRa1.5.2.2 表面粗糙度的评定参数轮廓最大高度轮廓最大高度 RzRz2.轮廓最大高度Rz是指在一个取样长度内，最大轮廓峰高Zp和最大轮廓谷深Zv之和的高度，如图5-11(b)所示Rz的数学表达式为 R z=Z p+Z v Rz值一般用双管显微镜进行测量测得的Rz值越大，则表面越粗糙图图5-11 5-11 轮廓的幅度参数轮廓的幅度参数5.2.2 表面粗糙度的评定参数轮廓单元平均宽度轮廓单元平均宽度RsmRsm3.在一个取样长度内，轮廓单元宽度Xs的平均值称为轮廓单元平均宽度Rsm，如图5-12 所示Rsm的数学表达式为图图5-12 5-12 轮廓单元平均宽度轮廓单元平均宽度5.2.2 表面粗糙度的评定参数 在给定水平截面高度c上的轮廓实体材料长度Ml(c)与评定长度的比例，称为轮廓支承长度率，用Rmr(c)表示，如图5-13 所示。

Rmr(c)的数学表达式为轮廓支承长度率轮廓支承长度率4.图图5-13 5-13 轮廓支承长度率轮廓支承长度率5.2.2 表面粗糙度的评定参数 Rmr(c)值与表面轮廓形状有关，是反映表面耐磨性能的指标当c一定时，Rmr(c)值越大，则支承能力和耐磨性越好在给定水平位置时，图5-14()所示的表面实体材料长度比图5-14()所示的表面实体材料长度大，所以其表面耐磨图图5-14 5-14 表面粗糙度不同的轮廓的支承长度表面粗糙度不同的轮廓的支承长度5.2.2 表面粗糙度的评定参数5.3第部分表面粗糙度的选用 表面粗糙度技术要求必须给出粗糙度轮廓幅度参数及允许值和测量时的取样长度，必要时可规定轮廓其他的评定参数、加工方法、表面加工纹理方向及加工余量等附加要求如果采用的是标准取样长度值，那么在图样上可以省略标注取样长度值5.3.1 表面粗糙度技术要求的内容幅度参数的选用幅度参数的选用1.普遍选用Ra作为评定参数，因为它最完整、最全面地表征了零件表面轮廓特征当 Ra0.0256.3 m、Rz0.125 m时，通常采用电动轮廓仪测量零件表面的Ra值作为评定表面粗糙度的参数受触针式电动轮廓仪功能的限制，对于过于光滑和过于粗糙的表面，评定参数不宜选用Ra。

因此，当Ra0.0080.020 m、Rz0.0320.08 m或Ra6.3100 m、Rz 25400 m时，用光切显微镜和干涉显微镜测Rz较方便，故多选用Rz5.3.2 表面粗糙度参数的选用5.3.2 表面粗糙度参数的选用最小实体状态和最小实体尺寸最小实体状态和最。