1、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,零件的表面粗糙度对零件的工作性能有重大影响。为了正确评定表面粗糙度和保证互换性，我国发布了 GB/T 3503-2000 表面粗糙度 术语、定义及其参数,GB/T 1031-1995 表面粗糙度 参数及其数值等国家标准。 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。表面粗
2、糙度的定义: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。,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 表面粗糙度对零件工作性能的影响 1 、影响零件运动表面的摩擦和磨损 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：2 、影响配合性质的稳定性对间隙配合来说，表面粗糙则易磨
3、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。,3 、影响零件的抗腐蚀性 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 、影响零件的抗疲劳强度 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 、影响零件密封性 粗糙不平的两个结合面，仅在局部点上接触，必
4、然产生缝隙，影响密封性。提高零件的表面粗糙度质量，可以提高其密封性。 6 、其它影响此外，表面粗糙度对接触刚度、冲击强度、零件的美观及测量精度等也有很大的影响。因此，在零件的几何精度设计中，对表面粗糙度提出合理要求是一项不可缺少的重要内容。,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 取样长度和评定长度 1 . 取样长度（lr） 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
5、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 （ln） 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必需的一段长度，一般，评定长度ln =5 lr ；若被测表面比较均匀，选ln 5 lr ；若被测表面均匀性差，选ln 5 lr 。,国标规定,GB/T 10610-1998产品几何技术规范表面结构轮廓法评定表面结构的规则和方法规定：测量R a 、 R z 、Rsm 值的取样长度lr与评定长度ln,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
6、面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= F1+ F2+ + Fn, 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
7、指在取样长度 lr 内，被测轮廓上各点到基准线的距离 Zi 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lr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lr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
8、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
9、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P192表5-25-6。应熟记常用参数(R10/3)： 0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5，25， 5.3.2 表面粗糙度的选用原则 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
10、。参数值在0.0256.3m 的，优先选用Ra 。参数值0.025或6.3m，选用Rz 。（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。 （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可能达到的表
11、面粗糙度。主要掌握：（2）从设计角度看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。,（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）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
12、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。,（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，表面粗糙度和功能的关系十分复杂。一般尺寸公差、形状公差小时，表面粗糙度参数值也小，但也不存在确定的函数关系。设计时可采用经验统计资料，用类比法来选用。参见表5-10。一般情况下，它们之间有一定的对应关系，设形状公差为T，尺寸公差为IT，它们之间的关系可参照以下对应关系：若T0.6 IT， 则Ra0.05 IT； Rz 0.2 ITT0.4 IT， 则Ra0.025 IT； Rz 0.1 IT T0.25 IT， 则Ra
13、0.012 IT； Rz 0.05 ITT0.25 IT， 则Ra0.15 T； Rz 0.6 T,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号如下图所示：, 5.4.1 表面粗糙度的代号及其标注,在表面粗糙度符号周围，要求标注有关参数、加工要求和其他说明等。由表面粗糙度符号和这些数值、规定等，共同组成表面粗糙度的代号。表面粗糙度的代号标注方法如下：a1 、a2标注表面粗糙度幅度参数值（单位为
14、m ）。 b 标注表面的最后一道工序的加工方法,渡涂或其他的表面处理方法。 c 标注取样长度（单位为mm）d 标注加工纹理方向e 标注加工余量（单位为mm） f 标注表面粗糙度间距参数值（mm）或轮廓的支承长度率,1.表面粗糙度幅度参数的标注,（1）表面粗糙度幅度参数是基本参数，采用 Ra 时，只标注 Ra 的数值；采用Rz 时，除标注其数值外，还要在该数值前注出 Rz 。 （2）当允许在表面粗糙度参数的所有实测值中超过规定值的个数少于总数的16%时，应在图样上标注其上限值或下限值。 （3）当要求在表面粗糙度参数的所有实测值中不得超过规定值时，应在图样上标注其最大值或最小值。,2.表面粗糙度附
15、加参数的标注表面粗糙度的间距参数和混合特性参数为附加参数，幅度参数未标注时，附加参数不能单独标注。若需要标注附加参数时，应在表面粗糙度的代号中的f位置标注，数值写在相应的参数代号后面。如：,3.表面粗糙度其它项目的标注 （1）C位置取样长度的标注若按标准选用的取样长度，可以省略，否则应按下图（a）方法标注。 （2）b位置加工要求的标注如果某表面的表面粗糙度要求由指定的加工方法（如抛光、铣削等）获得，可以用文字标注，如下图（b） 。 （3）e位置加工余量的标注按下图（c）方法标注,（4）d位置加工纹理方向的标注如果需要控制零件表面的加工纹理方向，可按右图（d）方法标注。标准规定了加工纹理方向的符号（下图）。,5.4.3 表面粗糙度的图样标注,在零件图上标注表面粗糙度代号时，代号的尖端应指向可见轮廓线、尺寸线、尺寸界限或它们的延长线上，并且必须从材料外指向零件的表面。,作业：P230 第1、2、4、5题,
