互换性与几何测量 表面粗糙度讲解.ppt

第5章 表面粗糙度 基本内容：掌握表面粗糙度的基本概念，表 面粗糙度的评定、选用、标注及测量 重点内容：表面粗糙度的评定、选用及标注 难点内容：表面粗糙度的评定、选用 操作技能：表面粗糙度的测量 5.1 表面粗糙度的基本概念 5.1.1 表面粗糙度的定义 无论是机械加工的零件表面，或者是用铸、锻 等方法获得的零件表面，总会存在着具有较小间距 和峰谷的微观几何形状误差 定义:是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组 成的微观几何形状特性 成因：刀具与零件摩擦，切屑塑性变形、金属撕裂 及高频振动等 如下图所示，完工零件的截面轮廓形状是复杂 的，一般包括表面粗糙度,表面波纹度和形状误差， 三者通常按波距来划分：波距小于 1mm 的属于表 面粗糙度（微观几何形状误差）；波距在 1 ～ 10mm 的属于表面波度；波距大于 10mm 的属于 形状误差 5.1.2 表面粗糙度对机械零件使用性能的影响 1 、对摩擦和磨损的影响 表面越粗糙，则摩擦阻力就越大，两个相对运动的表面 峰顶间的实际有效接触面积就越小，使单位面积上的压力增 大，磨损加快。

磨损量与表面粗糙度之间的关系如下图： 例如，汽缸壁最合适的表面粗糙都是Ra=0.63～0.8μm， 小型电动机轴颈的表面粗糙度为Ra=0.32～0.50μm 2 、对配合性质的影响 对间隙配合来说，表面粗糙则易磨损，使配合 表面间的实际间隙逐渐增大；对过盈配合而言， 表面粗糙会减小配合表面间的实际有效过盈，降 低联结强度，从而降低机器的工作精度表面粗 糙度对配合零件的有效的接触面积影响甚大 加工方法车、铣削磨精磨 有效接触面积15～20%30～50%90%以上 3 、对抗腐蚀性的影响 表面越粗糙，则越容易在该表面上积聚腐蚀性物质，且 通过该表面的微观凹谷向其表层渗透，使腐蚀加剧提高零 件的表面粗糙度质量，可以增强其抗腐蚀的能力 4 、对抗疲劳强度的影响 零件表面越粗糙，则对应力集中越敏感，特别是在交变 应力的作用下，在零件的沟槽或圆角处，其影响更大，零件 往往因此失效因此，对于承受交变载荷的零件，若提高零 件的表面粗糙度质量，可以明显地提高零件的抗疲劳强度 5 、对结合密封性影响 粗糙不平的两个结合表面，仅在局部点上接触必然产生 缝隙，影响密封性。

对于接触表面之间没有相对滑动的静力 密封表面，若表面微观不平度谷底过深，密封材料在装配受 预压后还不能完全填满这些微观不平谷底，则将在密封面上 留下渗漏间隙 6 、其它影响 表面粗糙度对零件性能的影响远不止这五个方面如对 接触刚度的影响，对冲击强度的影响，对流体流动的阻力的 影响，对表面高频电流的影响以及对机器、仪器的外观质量 及测量精度等都有很大影响 5.2 表面粗糙度的评定 测量和评定表面粗糙度时，需要确定取样长度 、评定长度、基准线和评定参数 5.2.1 基本术语 1 . 取样长度（ l r ） 取样长度是指测量或评定表面粗糙度时所规定 的一段基准线的长度，一般应包含五个以上的轮廓 峰和轮廓谷取样长度的方向与轮廓总的走向一致 表面越粗糙，取样长度就应越大 选择取样长度，可以限制和减弱其他的截面轮 廓形状误差，尤其是表面波纹度对表面粗糙度测量 结果的影响 2 . 评定长度 （ l n ） 评定长度是指为了合理且较全面地反映整个表面 的表面粗糙度特征，而在测量和评定表面粗糙度时所 规定的一段最小长度，一般，评定长度l n =5 l r ；若 被测表面比较均匀，选l n ＜5 l r ；若被测表面均匀性 差，选l n ＞5 l r 。

3 .中线（基准线） 中线（也称基准线）是指评定表面粗糙度参数值时所取 的基准 GB3505-83 《表面粗糙度术语表面及其参数》规 定下列两种中线作为基准线： （1）轮廓的最小二乘中线（m） 轮廓的最小二乘中线m是指在取样长度内，具有理想直 线形状的基准线，使轮廓上各点到该中线的距离（轮廓偏距 ）的平方之和为最小，即 为最小 （2）轮廓算术平均中线 轮廓算术平均中线指具有理想直线形状并在取样长度 内与轮廓走向一致的基准线，该基准线将轮廓划分为上下 两部分，且使上部分的面积之和等于下部分的面积之和， 即 F1+ F2+ +Fn= F’1+ F’2+ + F’n ※ 5.2.2 评定参数 表面粗糙度的评定参数按照微观不平度高度（幅度）、 间距和形状等三个方面的特性来划分 1 、幅度参数（高度参数 ） ——基本参数 （ 1 ）轮廓算术平均偏差 Ra 是指在取样长度 l r内纵坐标值Z(x)的绝对值的算术平均 值，用Ra表示，公式为： （ 2 ）轮廓最大高度 Rz 是指在取样长度l r内，被测轮廓的最大轮廓峰高Zpmax与 最大轮廓谷深Zvmax之和的高度（两值均为正），即 Rz =Zpmax + Zvmax 幅度参数Ra 、 Rz 是标准规定必须标注的参数（两者 只需取其一），故又称基本参数。

Ra 、 Rz 的数值越大，则 表面越粗糙 2 .间距参数——附加参数 轮廓单元的平均宽度RSm ——是指在取样长度l r内， 轮廓单元宽度Xs的平均值 RSm 的数值越大，则表面越粗 糙 （轮廓单元是指一个表面粗糙度轮廓峰和一个轮廓谷的 组合用公式表示为： 式中 Xsi ——第 i 个轮廓单元的宽度； m——在取样长度内所含的轮廓单元的个数 轮廓单元宽度 3、混合参数（形状参数） ——附加参数 轮廓支承长度率Rmr （c）——是指在给定水平位置c上 轮廓的实体材料长度Ml（c）与评定长度的比率，即 所谓轮廓的实体材料长度Ml（c） ——是指在评定长度 内，一平行于X轴的直线从峰顶线向下移一水平截距c时，与 轮廓相截所得的各段截线长度之和，即 轮廓支承长度率Rmr （c）与零件的实际轮廓形状有关， 是反映零件表面耐磨性能的指标 Rmr （c）是随着水平截距 的大小而变化的，其关系曲线称为支承长度率曲线，如左图所 示 对于不同的实际轮廓形状，在相同的取样长度内并给出相 同的水平截距 C ， Rmr （c）越大，则表示零件表面凸起的实 体部分就越大，承载面积就越大，因而接触刚度就越高，耐磨 性能就越好，例如：在右图（a）与图（ b ）中，前者耐磨性 能较好，后者较差。

支承长度率曲线 5.3 表面粗糙度参数值及其选用 5.3.1 表面粗糙度的参数值 评定表面粗糙度的参数值已经标准化，设计时 应按国标 GB/T 1031 — 95 《表面粗糙度参数及其数 值》规定的参数值系列选取参见P216表5-2~5-6 应熟记常用参数： ※ ， 0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5， 5.3.2 表面粗糙度的选用 1.评定参数的选用 （1）幅度参数的选用：是基本参数，可独立选用参 数值在0.025~6.3μm 的，优先选用Ra 参数值＜ 0.025或＞6.3μm，选用Rz 只用幅度参数不能全面 反映零件表面微观几何形状误差因此，对于有特殊 要求的少数零件的重要表面，需要加选附加参数RSm 或Rmr(c) （2）间距参数的选用： 不能独立选用，只有当幅度参数不能满足表 面的功能要求时，才选取附加参数作为附加项目 RSm 主要在对涂漆性能有要求或冲压成形 时选用另外要求冲压成形时抗裂纹、抗振、抗 腐蚀、减小流体流动摩擦阻力等时也选用例如 ，汽车外形薄钢板，除控制幅度参数Ra(0.9～ 1.3μm)外，还需进一步控制RSm(0.13～ 0.23μm)，主要是提高钢板的可漆性。

（3）混合参数的选用： Rmr（c）主要在 耐磨性、接触刚度要求较高等场合附加选用 ※ 2. 参数值的选用 合理选取表面粗糙度参数值的大小，对零件的工作性能和加工成本具有 重要意义选用总原则：在满足零件表面使用功能前提下，应尽量选用大的 参数值（除Rmr （c）外） （1）从加工角度看 表面粗糙度的参数值与加工方法联系紧密表5-7列出了常用加工方法 一般达到的表面粗糙度主要掌握： 对有装配要求的配合表面、承载交变载荷的表面等，应选较小的表面 粗糙度值；对某些非配合的表面则可以尽量选用较大的表面粗糙度值 加工方法 表面粗糙度Ra /μm 0.40.81.63.26.312.5 磨削 车削 镗孔 铣削 （2）从设计角度看 零件本身的功能要求和零件间的装配关系也与选择该零件 表面的表面粗糙度值有关对有装配要求的配合表面，外观要 求美观的表面，承受交变载荷的表面等，应该选用较小的表面 粗糙度值，而对某些非配合的表面则可以尽量选用较大的表面 粗糙度值现以某轴为例来说明轴的配合面和非配合面的表面 粗糙度的选择 配合情况加工手段 表面粗糙度 值Ra 一根轴的应用举例 非配合面粗加工12.5轴端面、倒角、键槽 底面、轴肩等 半精加工6.3 配合面半精加工3.2键槽侧面、轴肩 精加工1.6轴颈、轴肩 0.8 0.4 1）同一零件上，工作表面粗糙度值小于非工作表面； 2）摩擦表面粗糙度值小于非摩擦表面；滚动摩擦表面比滑动摩 擦表面粗糙度值小； 3）运动速度高、单位面积压力大，以及受交变应力作用的重要 零件的圆角、沟槽处，应有较小的粗糙度； 4）配合性质要求高的配合表面，如小间隙的配合表面，受重载 荷作用的过盈配合表面，都应有较小的表面粗糙度；间隙配 合比过盈配合的表面粗糙度值小； 5）同一公差等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度值小 ； 6）尺寸精度、形位精度要求高时，参数值应相应地取得小； 7）要求防腐蚀、密封性能好或外表美观的表面，表面粗糙度参 数值应小。

8）按有关规定 （3）选取参数值的一般原则 （4）类比法选用表面粗糙度值 在工程实际中，由于表面粗糙度和功能的关系十分 复杂，因而很难准确地确定参数的允许值，在具体设 计时，除有特殊要求的表面外，一般多采用经验统计 资料，用类比法来选用例如，用类比法选择齿轮齿 面的表面粗糙度值机械手册规定，对于平稳性精度 为8级精度的齿轮，闭式传动，它的齿面的表面粗糙 度值应该是Ra为1.6μm从加工角度来看，表示齿 轮经过滚刀的加工后表面粗糙度可以达到的值如果 设计时，齿轮的平稳性精度为9级，开式传动，那么 根据齿轮的精度等级和齿轮的工作条件，可以考虑将 表面粗糙度降低一级，取Ra值为3.2μm （4）类比法选用表面粗糙度值（续 ） 从加工角度来看，表示可以采用仿形法加工齿轮 ，即使用盘状铣刀或指状铣刀加工齿轮，提高了 齿轮加工的经济性如果设计时，齿轮的平稳性 精度为7级，同样是闭式传动，即精度等级虽然 高一级，但工作条件相同这时，如果想提高齿 轮加工的经济性，可以同样选择齿面表面粗糙度 Ra为1.6μm，表示该齿轮仍然可以用滚刀来加工 ；如果想提高齿轮的工作性能，增加齿轮的接触 刚度，也可以选择齿轮齿面表面粗糙度Ra为 0.8μm，此时，齿轮必须上磨床磨削以达到设计 的精度标准。

5.4 表面粗糙度符号和代号及其注法 表面粗糙度的评定参数及其数值确定后，还应按GB/T 131-1993 《机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法》的 规定把表面粗糙度要求正确地标注在零件图上 5.4.1 表面粗糙度符号 在零件图上表示表面粗糙度的符。