1、1,内容提要:,第五章 表面粗糙度轮廓设计与检测,1.表面粗糙度轮廓的含义及其对机械零件使用性能的影响；,2.表面粗糙度轮廓的评定基准及其评定参数；,3.表面粗糙度的选用；,4.表面粗糙度在图样上的标注方法；,5.表面粗糙度的测量。,2,第五章 表面粗糙度轮廓设计与检测,5.1 概述,5.1.1 表面粗糙度轮廓的定义,在机械加工过程中，由于刀具或砂轮切削后遗留的刀痕、切削过程中切削分离时的塑性变形，以及机床振动等原因，会使被加工零件的表面产生微小的峰谷。,加工后零件表面的微小峰谷的高低程度和间距状况。,定义：,表面粗糙度是一种微观几何形状误差，也称为微观不平度。,3,图5.1,波距小于1mm的
2、属于表面粗糙度，波距在110mm的属于表面波纹度，波距大于10mm的属于形状误差。,4,1.对摩擦和磨损的影响,图5.2,二、表面粗糙度轮廓对零件使用性能的影响,具有表面粗糙度的两个零件，当它们接触并产生相对运动时，峰顶间的接触作用会产生摩擦阻力，使零件磨损。零件越粗糙，阻力就越大，零件磨损也越快。,零件越光滑，磨损量也不一定越小。零件的耐磨性除受表面粗糙度影响外，还与磨损下来的金属微粒的刻划，以及润滑油被挤出和分子间的吸附作用等因素有关。,5,2.对配合性质的影响,3.对抗疲劳强度的影响,4.对抗腐蚀性的影响,对于间隙配合，相对运动的表面因其粗糙不平而迅速磨损，致使间隙增大；,对于过盈配合，
3、表面轮廓峰顶在装配时容易挤平，实际有效过盈减小，致使连接强度降低。,表面越粗糙，凹痕越深，波谷的曲率半径越小，对应力集中越敏感。应力集中，使疲劳强度降低，致使零件表面产生裂纹而损坏。,粗糙的表面，易使腐蚀性物质存积在表面的微观凹谷处，并渗入金属内部，致使腐蚀加剧。,6,为保证零件的使用性能，在对零件进行机械精度设计时，必须合理地提出表面粗糙度的要求。,我国有关的表面粗糙度国家标准：,GB/T 3505-2000产品几何技术规范 表面结构 轮廓法表面结构的术语、定义及参数,GB/T 1031-1995表面粗糙度 参数及其数值,GB/T 131-2006产品几何技术规范(GPS) 技术产品文件中表
4、面结构的表示法等,7,5.2 表面粗糙度轮廓的评定,5.2.1 基本术语,1.取样长度lr,2.评定长度ln,测量或评定表面粗糙度时所规定的一段基准线长度，至少包含5个以上轮廓峰和谷。,一般 ln 5lr(连续的),测量或评定时所规定的一段最小测量长度。,图5.4,8,为什么要规定取样长度lr ？,（1）为了限制或减弱表面波纹度轮廓，,（2）排除形状误差等。,一般 ln 5 lr (连续的) ;,若被测表面比较均匀时，,ln 5 lr ;,若被测表面不均匀时，,ln 5 lr 。,为什么要规定一段最小的评定长度ln ？,因为表面的峰谷和间距的不均匀性，为了可靠地反映表面粗糙度轮廓的特性。,9,
5、在lr内，使轮廓上各点至该线的距离Zi的平方和为最小。即,（2）轮廓算术平均中线,3.中线,（1）轮廓最小二乘中线(m),在lr内，,具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。,10,5.2.2 评定参数,1.幅度参数（高度参数）,（1）轮廓的算术平均偏差,在lr内，纵坐标值Z(x)的绝对值的算术平均值。,算术平均 偏差Ra,Ra越大，表面越粗糙。,Ra能客观地反映表面微观几何形状误差，但因受到计量器具功能限制，不易用作过于粗糙或光滑表面的评定参数。,11,（2）轮廓的最大高度 Rz,在lr内,Rz,最大高度Rz,Zpmax、Zvmax都取正值。,12,2. 间距参数,轮廓单元的平均宽度 Rsm：,
6、在 lr 内，轮廓单元宽度Xsi的平均值。,轮廓单元:,某个轮廓峰和相邻轮廓谷的组合。,轮廓单元宽度:,中线与一个轮廓单元相交线段的长度。,13,3. 混合参数（形状参数）,在给定的轮廓截面高度 C上，轮廓的实体材料长度Ml(C)与ln的比率（图5.8）。,轮廓的支承长度率Rmr(C) ,轮廓截面 高度C:,C = Rz %,图5.8 轮廓的支承长度率,14,表面粗糙度轮廓评定参数共 4个：,基本参数2 个,附加参数 (辅助参数)2 个,Ra 轮廓算术平均偏差,Rz 轮廓最大高度,Rsm 轮廓单元平均宽度,Rmr(c) 轮廓支承长度率,15,5.3 表面粗糙度轮廓的参数数值及其选用,5.3.1
7、 表面粗糙度轮廓的参数数值,表5.15.5摘自GB/T1031-2009,表5.1 轮廓的算术平均偏差Ra 的数值( m),表5.2 轮廓的最大高度Rz 的数值( m),16,表 5.3 轮廓单位的平均宽度Rsm 的数值 ( mm),表 5.4 轮廓的支撑长度率Rmr(c)() 的数值 ( mm),轮廓截面高度c用微米或Rz的百分数表示。,17,如果表面粗糙度轮廓标注图中没有标注 lr、ln 和传输带，则表示采用默认的 lr、ln 和传输带，即皆为标准化值，如表5.5中数值。,18,5.3.2 表面粗糙度轮廓的选用,1.评定参数的选用,（1）对幅度参数（高度参数）的选用 ,一般情况下从 Ra
8、和 Rz 中任选一个。,但常用值范围内（Ra 为0.0256.3um）优先采用Ra，因为通常采用电动轮廓仪测量零件的Ra值，其测量范围为0.028um 。,Rz 用于极光滑表面和粗糙表面(Ra 6.3um)，一般用双管显微镜或干涉显微镜测量。,即基本参数的选用,19,（2）间距参数和混合参数的选用,有特殊使用要求时,才附加选用 Rsm和 Rmr(c)。,即附加参数的选用,用于对涂漆性能、冲压成形时抗裂纹、抗振、抗腐蚀、减小流动摩擦阻力等有要求时选用。,但同时要给出轮廓截面高度C值。,用于在耐磨性、接触刚度要求较高等场合附加选用。,Rsm ,Rmr(c),20,2. 参数值的选用,参数值的选用主
9、要根据功能要求，其次考虑经济性和工艺的可能性。,选用时应注意符合以下原则：,（1）同一零件上，工作表面的Ra(或Rz)值小于非工作表面；,（2）摩擦表面的Ra(或Rz)值小于非摩擦表面；,（4）配合性质要求高的配合表面、受重载荷作用的过盈配合表面Ra(或Rz)值要小；,（3）过盈配合表面的Ra（或Rz）值小于间隙配合的表面；,21,（6）对于配合的孔轴为同一公差等级时，轴的Ra (或Rz) 值要小于孔；,（7）对于同一公差等级的不同尺寸，小尺寸的Ra(或Rz)值要小于大尺寸。,选用方法一般采用类比法, 参考表5.65.8。,（5） 在确定Ra(或Rz)值时，应注意与尺寸公差（T）和几何公差（t
10、）的协调：,t 0.6T 时， Ra 0.05T ， Rz 0.3T,t 0.4T 时， Ra 0.025T ， Rz0.15T,t 0.25T 时， Ra 0.012T ， Rz0.07T,22,23,24,25,5.4 表面粗糙度符号、代号及其注法,图样上所标注符号、代号，是该表面完工后的要求。,表面粗糙度的标注按GB/T1312006的规定。,5.4.1 表面粗糙度的符号 见表5.9所示,26,5.4.2 表面粗糙度要求标注的内容及其注法,1. 表面粗糙度要求标注的内容,表面粗糙度 要求标注的内容：,表面粗糙度单一要求(Ra ,Rz),取样长度,传输带,加工工艺,加工余量等。,补充要求,
11、表面纹理,27,表面粗糙度轮廓技术要求在图形中标注的内容注写的位置，见图5.10所示。,a 第一个表面粗糙度轮廓（单一）要求（m）；,b 第二个表面粗糙度轮廓要求 ；,c 加工方法；,d 表面纹理和纹理方向；,e 加工余量（mm）。,图5.10 粗糙度要求注写的位置,28,2. 表面粗糙度要求在图形中注法，见图5.11 和表5.10所示。,图5.11 表面粗糙度的单一要求标注示例,(1) 位置a处注写表面粗糙度的单一要求，该要求不能省略。, 上限或下限的标注：表示双向极限时应标注上限符号“U”和下限符号“ L”。 如果同一参数具有双向极限要求，在不引起歧义时，可省略“U”和“ L” 的标注。若
12、为单向上限值，则可省略“ U”的标注；若为单向下限值，则必需加注“ L” 。,29,图5.11 表面粗糙度的单一要求标注示例, 传输带和取样长度的标注：传输带是指两个滤波器的截止波长值之 间的波长范围。长波滤波器的截止波长值就是取样长度lr。,传输带的标注时，短波在前，长波在后，并用连字号“”隔开。,在某些情况下，传输带的标注中，只标一个滤波器，也应保留连字号“” ，来区别是短波还是长波。, 参数代号的标注：参数代号标注在传输带或取样长度后，它们之间用“/”隔开。, 评定长度的标注：如果默认的评定长度( 5lr )时，可省略标注。如果不等于5lr时,则应注出取样长度的个数。,30, 极限值判断
13、规则和极限值的标注：极限值判断规则的标注如图5.11中所示上限为“16规则”，下限为“最大规则” 。为了避免误解，在参数代号和极限值之间插入一个空格。,图5.11 表面粗糙度的单一要求标注示例,16规则：在同一评定长度内幅度参数所有的实测值中，大于上限值的个数少于总数的16 ，且小于下限值的个数少于总数的16 ，则认为合格。,最大规则：在整个被测表面上，幅度参数所有实测值不大于最大允许值和不小于最小允许值，则认为合格。采用“最大规则”时，应在参数代号后增加标注“max”或“min”的标记。,31,(2) 位置b处注写第二个（附加参数）表面粗糙度轮廓要求。,(3) 位置c处注写加工方法。,(4)
14、 位置d处注写 所要求的表面纹理和纹理方向，如表5.11所示。,(5) 位置d处注写 所要求的加工余量（mm）。,32,33,34,35,5.4.3 表面粗糙度要求在图样上的标注方法,表面粗糙度要求对零件的每一个表面一般只标注一次，并尽可能标注在相应的尺寸及其公差的同一视图上。,表面粗糙度要求在图样上的标注方法见表5.12所示。,36,37,38,续表5.12,39,40,续表5.12,41,表面粗糙度轮廓技术要求标注的总结,一、表面粗糙度轮廓标注的图形符号,基本图形符号,扩展,扩展图形符号,加一横线,完整图形符号,加一圆,特殊图形符号,42,二、表面粗糙度轮廓技术要求在图形中的标注,1. 标
15、注位置,a 第一个表面粗糙度轮廓 ( Ra、Rz) 要求（m）；,b 第二个表面粗糙度轮廓 (Rsm、Rmr )要求；,c 加工方法；,d 表面纹理和纹理方向；,e 加工余量（mm）。,图5.10 粗糙度要求的注写的为位置,2. 表面粗糙度轮廓参数值的标注,（1）只标一个参数值, 默认为上限值,如右图1、2, 若为下限值时，必须标注“L”,如右图3,图 3,43,（2）同时标注上、下限, 需要标注 “U”、，“L”,如右图4所示。, 不会引起误解时，可省略标注“U”、 “L”，如右图5所示。,3. 极限值判断规则的标注,(1) 16%规则(复习其含义) ，标注如下图所示（默认）。,图 9,44
16、,（2） 最大规则(复习其含义) ， 其标注如下图所示。,4、传输带、取样长度和评定长度的标注,（1）在图中未标注传输带、取样长度和评定长度的，则默认为采用标准化值（表5.5）,例如下图所示：,图 10,图 11,属于什么规则？,图 13,图 15,图 16,45,（2）需要标注传输带、取样长度和评定长度数值的 , 例如下图17、18 所示：,5、表面纹理的标注，见表5.11所示,例如下图19所示,其含义如下图20所示,图17,图18,传输带为0.0080.8mm, lr = 0.8 mm ln = 5lr = 4.0 mm(默认),传输带s为 默认，c=0.8mm, lr = 0.8 mm
17、ln = 3lr =2.4 mm,图20,纹理方向平行于视图所在的投影面,46,6、附加评定参数、加工方法和加工余量的标注,（1）附加评定参数的标注，如图21所示,（2）加工方法和加工余量的标注,如图22所示,轮廓单元的平均宽度为0.05mm,加工余量为 2mm,加工方法为 车削,47,5.4.3 表面粗糙度轮廓要求在零件图上的标注方法,1.一般规定,（1）对零件的每一表面一般只标注一次，并尽可能标注在相应尺寸及其极限偏差的同一视图上。,（2）除非另有说明，所标注的表面粗糙度轮廓要求是对完工零件表面。,（3）粗糙度的符号和数字的注写和读取方向应与尺寸的注写和读取方向一致。,（4）粗糙度的符号的
18、尖端必须 从材料外指向并接触零件表面。,下面以表面粗糙度轮廓的幅度参数为例说明在零件图上的标注方法，其他技术要求为默认采用标准化值。,48,2. 通用的标注方法,（1）代号注写和读取方向的标注方法,如图22所示 与尺寸的注写和读取方向一致,图 23,49,（2） 代号的标注方法, 标注在轮廓线或其延长线上和用箭头或带黑点(位于可见表面上)的指引线上，如图24 图27 所示 。,图 24,图 27,图 26,50, 在不引起误解的前提下，可标注在特征尺寸线上，如图28、29 所示。, 可标注在 几何公差框格的上方，如图30所示。,图30, 标注在 几何公差框格上面注出了特征尺寸的上方, 如图31
19、所示。,图31,51,3. 简化标注,（1） 某些表面有相同的表面粗糙度轮廓技术要求时,相同要求的 标注在标题栏附近，如图32所示。,图32,(2) 某零件全部表面有相同的表面粗糙度轮廓技术要求的标注，如图 33 所示。,52,(3) 对多个表面有相同表面粗糙度轮廓的技术要求或在图纸空间有限时的简化标注，如图34所示。,图 3 4,53,（4） 当图样上某个视图构成封闭的轮廓，并各表面具有相同的表面 粗糙度轮廓技术要求时，用特殊符号标注，如图35所示。,此标注只包括上、下和左、右四个表面，不包括前、后两个表面,54,4、 综合标注示例,（1） 图12.3为减速器输出轴的零件图，其上标注了尺寸及
20、其公差带代号、几何公差和表面粗糙度轮廓要求。,55,（2） 图12.2为减速器齿轮的零件图，其上标注了尺寸及其公差带代号、几何公差和表面粗糙度轮廓要求。,56,5.5 表面粗糙度的检测,对于表面粗糙度，如未指定测量截面的方向，则应在幅度参数最大值的方向上进行测量，一般来说，也就是在垂直于表面加工纹理方向上测量。,表面粗糙度的检测方法有：比较法、光切法、针描法、干涉法、激光反射法、激光全息法、印模法和三维几何表面测量法等。,57,比较法,将被测表面与已知其评定参数值的粗糙度样板相比较，如被测表面精度较高时，可借助于放大镜、比较显微镜进行比较，以提高检测精度。,比较样板的选择应使其材料、形状和加工
21、方法与被测工件尽量相同。,比较法简单实用，适合于车间条件下判断较粗糙的表面。,58,光切法,利用光切原理测量表面粗糙度的方法。,按光切原理设计制造的表面粗糙度测量仪器称为光切显微镜（或双管显微镜），其测量范围Rz为0.880 m,针描法,按针描法原理设计制造的表面粗糙度测量仪器称为轮廓仪。可以测量多个参数。,59,干涉法,利用光波干涉原理测量表面粗糙度的方法。,可测出Rz值，其测量范围为0.0250.8 m。,激光反射法,激光以一定的角度照射到被测表面，除了一部分光被吸收以外，大部分被反射和散射。,反射光和散射光的强度及其分布与被照射表面的微观不平度状况有关。,60,激光全息法,以激光照射被测
22、表面，利用相干辐射，拍摄被测表面的全息照片，用硅光电池测量黑白条纹的强度分布，测出黑白条纹的反差比，从而评定被测表面的粗糙程度。,印模法,用塑性材料将被测表面复制下来，然后再对印模进行测量。,三维几何表面测量,61,作业:思考题2、4、7 ,作业题 1、2、 3、4,本章重点:,1.表面粗糙度定义及其对机械零件使用性能的影响； 2.传输带、取样长度、评定长度和最小二乘中线的概 念； 3.表面粗糙度评定参数的名称、代号及其在图样上的 标注方法，必须要掌握基本参数的名称、代号和标 注方法； 4.表面粗糙度的选用，表面粗糙度与尺寸公差和形状公差之间的关系； 5.掌握Ra和Rz的测量方法。,62,1.
23、 为什么要规定取样长度 lr？,2. 表面粗糙度的评定参数有几个？,3.表面粗糙度标注的图形符号有几种及其含义是什么？,课堂练习,评定长度 ln 和中线？,其名称和代号是什么？,63,4. 试将下列要求标在图上：,(1) 大端圆柱面：尺寸要求为5 h7 mm ，,并采用包容要求，,表面粗糙度值a的上限值为0.8；,（2）小端圆柱面轴线对大端圆柱面轴线的同轴 度公差为30；,(3) 小端圆柱面：尺寸为250.007mm，,圆度公差为0.01mm，,Rz的 最大值为1.6m，其余表面a 的上限 值均为6.3。,64,作业题说明：,1.解释图5.15中标注的各表面粗糙度要求的含义。,65,2. 用类
24、比法分别确定50t5和T6配合表面Ra的上限值。（表5.7）,解：由表5.7得 50t5：Ra0.2m；50T6：Ra0.4m。,66,3. 在一般情况下，40H7和6H7、40H6f5和40H6s5相比，其表面何者精度要求高？,解：（1）一般情况下，40H7孔表面粗糙度精度要求比6H7孔表面低些，即 40H7孔表面的Ra或Rz值大于6H7孔 表面；,（2）一般情况下，40H6f5配合表面粗糙度精度要求比40H6s5配合 表面低些，即40H6f5配合表面的Ra或Rz值大于6H7孔 表面。,67,4. 用双管显微镜测量表面糙度，测得数据如表5.13所示 。目镜测微计的分度值 i0.6m，求Rz？
25、,Rz = （Rz1+ Rz2+ Rz3+ Rz4）4 i,（40+26+18+22）/4 0.6,16m,68,（5）其余表面的表面粗糙度轮廓参Ra的最大值为25m。,5. 参看带孔齿坯图 5.16，试将下列的表面粗糙度轮廓的技术要求标注在图上（未指明要求的项目皆为默认的标准化值）。,（1）齿顶圆a的表面粗糙度轮廓幅度参数Ra的上限值为2m；,（2）齿坯的两端面b和c的表面粗糙度参数Ra的最大值为3.2m；,（3）30孔最后一道工序为拉削加工，表面粗糙度轮廓幅度参数 Rz 的上限值为12.5um，并注出加工纹理方向；,（4）尺寸为80.018键槽两侧面表面粗糙度轮廓参数Ra的上限值为3.2m；,图5.16,69,作业: P133 作业题 4,
