第4章表面結構

1、1第第4 4章章 表面結構表面結構4.1 4.1 基本概念基本概念4.2 4.2 表面粗糙度的評定表面粗糙度的評定4.3 4.3 表面粗糙度的選擇表面粗糙度的選擇4.4 4.4 表面粗糙度的測量表面粗糙度的測量4.1 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念 4.1.1 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念 4.1.2 表面粗糙度對表面性能的影響表面粗糙度對表面性能的影響4.1.1 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念完工零件實際完工零件實際表面輪廓表面輪廓圖圖6-1 6-1 表面輪廓表面輪廓 表面輪廓：平面與表面相交所得的輪廓線，稱為表表面輪廓：平面與表面相交所得的輪廓線，稱為表面輪廓。面輪廓。二、定義二、

2、定義 表面輪廓的微小峰谷的高低程度和間距狀況表面輪廓的微小峰谷的高低程度和間距狀況稱為表面粗糙度。稱為表面粗糙度。4.1.1 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念 表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差，也稱表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差，也稱為微觀不平度。為微觀不平度。 表面不平度通常按照表面輪廓誤差曲線相鄰兩表面不平度通常按照表面輪廓誤差曲線相鄰兩波峰或兩波谷之間的距離波峰或兩波谷之間的距離( (波距波距) )的大小劃分為的大小劃分為三類誤差：三類誤差：表面粗糙度、表面波度和表面上宏表面粗糙度、表面波度和表面上宏觀形狀誤差。觀形狀誤差。表面粗糙度輪廓表面粗糙度輪廓(1mm)1mm)波紋度輪廓波紋度

3、輪廓(1mm(1mm10mm)10mm)宏觀形狀輪廓宏觀形狀輪廓(10mm)10mm)實際表面輪廓實際表面輪廓圖圖6-2 6-2 零件表面幾何形狀誤差及其組成成份零件表面幾何形狀誤差及其組成成份 具有微觀幾何形狀誤差具有微觀幾何形狀誤差的兩個表面只能在輪廓的兩個表面只能在輪廓的峰頂發(fā)生接觸，如圖的峰頂發(fā)生接觸，如圖6.26.2所示所示 。 零件表面越粗糙，則摩零件表面越粗糙，則摩擦阻力越大，零件的磨擦阻力越大，零件的磨損也越快。損也越快。4.1.2 表面粗糙度對零件使用表面粗糙度對零件使用性能的影響性能的影響（1 1）對摩擦和磨損的影響）對摩擦和磨損的影響4.1.2 表面粗糙度對零件使用性能的

4、影響表面粗糙度對零件使用性能的影響（2）對配合性能的影響）對配合性能的影響 對于間隙配合，相對運動的表面因其粗糙不平對于間隙配合，相對運動的表面因其粗糙不平而迅速磨損，致使間隙增大；對于過盈配合，而迅速磨損，致使間隙增大；對于過盈配合，表面輪廓峰頂在裝配時容易被擠平，使實際有表面輪廓峰頂在裝配時容易被擠平，使實際有效過盈量減小，致使聯(lián)接強度降低，因此表面效過盈量減小，致使聯(lián)接強度降低，因此表面粗糙度影響配合性質的穩(wěn)定性。粗糙度影響配合性質的穩(wěn)定性。（3）對機器和儀器定位精度的影響）對機器和儀器定位精度的影響 零件定位表面上的微小峰、谷會使接觸面積減零件定位表面上的微小峰、谷會使接觸面積減小，在

5、受到壓力時，粗糙表面的凸峰處會產生小，在受到壓力時，粗糙表面的凸峰處會產生彈性變形和塑性變形，造成定位的不穩(wěn)定性，彈性變形和塑性變形，造成定位的不穩(wěn)定性，產生定位誤差。產生定位誤差。4.1.2 表面粗糙度對零件使用性能的影響表面粗糙度對零件使用性能的影響（4）對疲勞強度的影響）對疲勞強度的影響 零件表面越粗糙，凹痕就越深，當零件承受零件表面越粗糙，凹痕就越深，當零件承受交變荷載時，對應力集中很敏感。使疲勞強交變荷載時，對應力集中很敏感。使疲勞強度降低，導致零件表面產生裂紋而損壞。度降低，導致零件表面產生裂紋而損壞。（5）對抗腐蝕性的影響）對抗腐蝕性的影響 粗糙的表面，易使腐蝕性物質存積在表面的

6、粗糙的表面，易使腐蝕性物質存積在表面的微觀凹谷處，并滲入到金屬內部，如圖微觀凹谷處，并滲入到金屬內部，如圖5.4所所示，致使腐蝕加劇。示，致使腐蝕加劇。4.1.2 表面粗糙度對零件使用性表面粗糙度對零件使用性能的影響能的影響4.2 表面粗糙度的評定表面粗糙度的評定 4.2.1 基本術語和定義基本術語和定義 4.2.2 表面粗糙度的評定參數(shù)表面粗糙度的評定參數(shù)4.2.1 基于術語和定義基于術語和定義（1）取樣長度）取樣長度l（2）評定長度）評定長度nl（3）輪廓中線）輪廓中線表面輪廓表面輪廓 取法取法4.2.1 基本術語和定義基本術語和定義1、取樣長度、取樣長度l 取樣長度：是測量或評定表面粗糙

7、度所規(guī)定的取樣長度：是測量或評定表面粗糙度所規(guī)定的一段基準線長度一段基準線長度，至少，至少包含包含5 5個以上輪廓峰和個以上輪廓峰和5 5個個輪廓谷。輪廓谷。取樣長度的方向與輪廓的走向一致。取樣長度的方向與輪廓的走向一致。中線lnlrlrlrlrlr 圖6-3 取樣長度和評定長度 2、評定長度、評定長度lnu 由于零件表面粗糙度不均勻，為了合理地反由于零件表面粗糙度不均勻，為了合理地反映表面粗糙度的特征，在測量和評定時所規(guī)定映表面粗糙度的特征，在測量和評定時所規(guī)定的的一段最小長度一段最小長度稱為評定長度稱為評定長度(ln)。u 取標準評定長度取標準評定長度ln5l，并以并以5個取樣長度個取樣長

8、度內的粗糙度數(shù)值的平均值作為評定長度內的粗內的粗糙度數(shù)值的平均值作為評定長度內的粗糙度的最可靠值。若被測表面比較均勻，可選糙度的最可靠值。若被測表面比較均勻，可選ln5l；若均勻性差，可選；若均勻性差，可選ln5l。2評定長度評定長度ln3 3、 輪廓中線輪廓中線lryi最小二乘中線最小二乘中線圖6-4 表面粗造度輪廓的最小二乘中線 表面粗糙度輪廓中線是為了定量地評定表面粗表面粗糙度輪廓中線是為了定量地評定表面粗糙度參數(shù)值而確定的一條基準線。糙度參數(shù)值而確定的一條基準線。(1)(1)輪廓最小二乘中線輪廓最小二乘中線 是在取樣長度內，使被測輪廓上各點至一條假想是在取樣長度內，使被測輪廓上各點至一

9、條假想線的距離的平方和為最小，即線的距離的平方和為最小，即 ，這，這條假想線就是最小二乘中線。條假想線就是最小二乘中線。ldxy02minlF1F2FiF1F2Fi(2)(2)輪廓算術平均中線輪廓算術平均中線11nniiiiFF圖圖6-56-5表面粗造度輪的算術平均中線表面粗造度輪的算術平均中線 在取樣長度內，由一條假想線將實際輪廓分成在取樣長度內，由一條假想線將實際輪廓分成上下兩個部分，且使上部分面積之和等于下部分面上下兩個部分，且使上部分面積之和等于下部分面積之和，即積之和，即 ，這條假想的線就是輪廓，這條假想的線就是輪廓的算術平均中線。的算術平均中線。6.2.2 表面粗糙度的評定參表面粗

10、糙度的評定參數(shù)數(shù) 為了完善地評定零件表面實際輪廓的粗糙為了完善地評定零件表面實際輪廓的粗糙程度，需要分別從不同方向規(guī)定適當?shù)膮⒊潭?，需要分別從不同方向規(guī)定適當?shù)膮?shù)。國家標準數(shù)。國家標準GB/T35052009規(guī)定的評規(guī)定的評定表面粗糙度的參數(shù)有：定表面粗糙度的參數(shù)有：幅度參數(shù)（幅度參數(shù)（2個）個）間距參數(shù)（間距參數(shù)（1個）個）曲線參數(shù)（曲線參數(shù)（1個）個）(1)(1)輪廓的算術平均偏差輪廓的算術平均偏差R Ra a 圖6-6 輪廓算術平均偏差Ra的確定Raxynyiy1y2dxylRal01niiynRa11 近似為近似為1 1特征參數(shù)特征參數(shù) 在取樣長度內，輪廓偏距絕在取樣長度內，輪廓偏距

11、絕對值的算術平均值，稱為輪廓算對值的算術平均值，稱為輪廓算術平均偏差術平均偏差 幅度特征參數(shù)是沿著垂直于評定基準線的方向幅度特征參數(shù)是沿著垂直于評定基準線的方向計量的。計量的。l Ra值越大，則表面越粗糙。值越大，則表面越粗糙。Ra能客觀地能客觀地反映被測輪廓的幾何特性。反映被測輪廓的幾何特性。 Ra可用電動輪廓儀直接測量，不受人為可用電動輪廓儀直接測量，不受人為因素影響，但不夠直觀，且表面輪廓太因素影響，但不夠直觀，且表面輪廓太粗糙或太光滑時不宜用輪廓儀測量。粗糙或太光滑時不宜用輪廓儀測量。在一個取樣長度范圍內，最大輪廓峰高在一個取樣長度范圍內，最大輪廓峰高YpmaxYpmax與最大輪與最大

12、輪廓谷深廓谷深YvmaxYvmax之和稱之為輪廓最大幅度，用符號之和稱之為輪廓最大幅度，用符號RyRy表示，表示，即即Rz = Ypmax = Ypmax + Yvmax+ Yvmax 圖6-7 表面粗糙度輪廓的最大高度Rz的確定(2)(2)輪廓的最大高度輪廓的最大高度Rzyp2lryv4yv5Yp1=ypmaxyp5yp4yp2yv2yp3Ry中線yv3Yv1=yvmax輪廓單元的平均寬度輪廓單元的平均寬度RSm（間距參數(shù)）（間距參數(shù)）輪廓單元的平均寬度是指在一個取樣長度輪廓單元的平均寬度是指在一個取樣長度lr范圍內所有輪廓單范圍內所有輪廓單元的寬度元的寬度Xsi的平均值，用符號的平均值，用

13、符號RSm表示，其數(shù)學表達式為：表示，其數(shù)學表達式為： RSm屬于附加評定參數(shù)，與屬于附加評定參數(shù)，與Ra或或Rz同時選用，不能獨立采同時選用，不能獨立采用。用。2 2、輪廓單元的平均寬度輪廓單元的平均寬度RSm（間距參數(shù)）（間距參數(shù)）間距特征參數(shù)是沿著評定基準線方向測量的，能間距特征參數(shù)是沿著評定基準線方向測量的，能直接反映表面加工紋理的細密程度。直接反映表面加工紋理的細密程度。miXsimRSm113. 3. 輪廓的支承長度率輪廓的支承長度率Rmr（曲線參數(shù)）（曲線參數(shù)）如圖如圖49所示，在一個評定長度范圍內所示，在一個評定長度范圍內,一一條平行于中線的線從峰頂線向下移一條平行于中線的線從

14、峰頂線向下移一段截圖段截圖 距距C到某一水平位置時，與輪廓相截所得的到某一水平位置時，與輪廓相截所得的各段截線長度各段截線長度bi之和與評定長度的比值叫做之和與評定長度的比值叫做輪廓的支承長度率。用符號輪廓的支承長度率。用符號Rmr（c）表示，）表示，其數(shù)學表達式為：其數(shù)學表達式為： 3. 輪廓的支承長度率輪廓的支承長度率Rmr（曲線參數(shù)（曲線參數(shù) 顯然，從峰頂線向下所取的水平截距顯然，從峰頂線向下所取的水平截距C不同不同 ，其支承長度率也不同，因此其支承長度率也不同，因此Rmr（c）值應是）值應是對應于水平截距對應于水平截距C值而給出的值而給出的 。在標準中，。在標準中，Rmr（c）值是以百

15、分率來表示的，當）值是以百分率來表示的，當C值一定值一定時，時，Rmr（c）值越大，表示輪廓凸起的實體）值越大，表示輪廓凸起的實體部分越多，故起支承作用的長度長，表面接觸部分越多，故起支承作用的長度長，表面接觸剛度高剛度高 ，耐磨性好。，耐磨性好。Rmr（c）屬于附加評定）屬于附加評定參數(shù)，一般不獨立采用。參數(shù)，一般不獨立采用。4.2.4 標準表面結構圖形符號、代號標準表面結構圖形符號、代號及標注及標注（一）表面粗糙度的符號（一）表面粗糙度的符號 GB/T 1312006GB/T 1312006標準規(guī)定，有關表面粗標準規(guī)定，有關表面粗糙度的各項規(guī)定按功能要求給定，并注糙度的各項規(guī)定按功能要求給

16、定，并注在符號中相應的位置。在符號中相應的位置。若僅表示需要加若僅表示需要加工工( (采用去除材料的方法或不去除材料的采用去除材料的方法或不去除材料的方法方法) )，但對表面粗糙度的其他規(guī)定沒有，但對表面粗糙度的其他規(guī)定沒有要求時，允許只注表面粗糙度符號。要求時，允許只注表面粗糙度符號。a a1 1，a a2 2 粗糙度高度參數(shù)粗糙度高度參數(shù)代號及其數(shù)值（代號及其數(shù)值（mmmm）；）；b b 加工要求、鍍覆、涂加工要求、鍍覆、涂覆、表面處理或其他說明等；覆、表面處理或其他說明等；c c 取樣長度（取樣長度（mmmm）或波）或波紋度（紋度（mmmm）；）；d d 加工紋理方向符號；加工紋理方向符

17、號； e e 加工余量（加工余量（mmmm）；）； f f 粗糙度間距參數(shù)粗糙度間距參數(shù)SmSm或或S S與數(shù)值（與數(shù)值（mmmm）或支承長度率）或支承長度率tptp與與C C的參數(shù)與數(shù)值。的參數(shù)與數(shù)值。 (e)bc/fa1a2d 圖5-9 表面粗糙度輪廓代號 （二）表面粗糙度的代號二）表面粗糙度的代號l表面粗糙度的間距參數(shù)和形狀特征參數(shù)為附表面粗糙度的間距參數(shù)和形狀特征參數(shù)為附加參數(shù)。在高度參數(shù)未標注前，附加參數(shù)不加參數(shù)。在高度參數(shù)未標注前，附加參數(shù)不能單獨標注。能單獨標注。l若需要標注若需要標注SmSm值、值、S S值或值或tptp值時，數(shù)值寫在相值時，數(shù)值寫在相應代號的后面。應代號的后面

18、。l 若不按表若不按表6.5(P141)6.5(P141)的有關規(guī)定選用對應的取的有關規(guī)定選用對應的取樣長度時，其標注如圖樣長度時，其標注如圖5.11 (a)5.11 (a)所示。所示。l若某表面的粗糙度要若某表面的粗糙度要求由指定的加工方法求由指定的加工方法( (如銑削如銑削) )獲得時，其標獲得時，其標注如圖注如圖5.11 (b)5.11 (b)所示。所示。l若需要標注加工余量若需要標注加工余量( (設加工總余量為設加工總余量為5mm)5mm)時，其標注如圖時，其標注如圖5.11 5.11 (c)(c)所示。所示。l若需要控制表面紋理若需要控制表面紋理方向時，其標注如圖方向時，其標注如圖5

19、.115.11（d d）所示。）所示。圖圖5-11 5-11 附加要求的標注示例附加要求的標注示例注意：注意：1 1、標注時將其標注在、標注時將其標注在可見輪廓線、尺寸界線、可見輪廓線、尺寸界線、引出線或它們的延長線上，符號的尖端必須從引出線或它們的延長線上，符號的尖端必須從材料外指向加工表面。材料外指向加工表面。2 2、高度參數(shù)：、高度參數(shù)：當選用當選用RaRa時，只標數(shù)值，時，只標數(shù)值，RaRa符號符號不標。當選用不標。當選用RzRz時，符號和數(shù)值都要標注。時，符號和數(shù)值都要標注。3 3、當允許實測值中，超過規(guī)定值的個數(shù)少于總、當允許實測值中，超過規(guī)定值的個數(shù)少于總數(shù)的數(shù)的16%16%時，

20、應在圖中標注上限值和下限值。時，應在圖中標注上限值和下限值。4 4、當所有實測值不允許超過規(guī)定值時，應在圖、當所有實測值不允許超過規(guī)定值時，應在圖樣上標注最大值或最小值。樣上標注最大值或最小值。5 5、取樣長度：如按國標選用，則可省略不標。、取樣長度：如按國標選用，則可省略不標。（三）表面粗糙度要求的圖樣標注（三）表面粗糙度要求的圖樣標注 表面粗糙度符號、代號一般注在圖樣的可見輪廓線、表面粗糙度符號、代號一般注在圖樣的可見輪廓線、尺寸界限、引出線或它們的延長線上，符號的尖端尺寸界限、引出線或它們的延長線上，符號的尖端必須從材料外指向被測表面。必須從材料外指向被測表面。 代號中數(shù)字及符號的注寫方

21、向，必須與尺寸數(shù)字方代號中數(shù)字及符號的注寫方向，必須與尺寸數(shù)字方向一致，如圖向一致，如圖5.125.12所示。當零件的大部分表面的粗所示。當零件的大部分表面的粗糙度值要求相同時，不必一一標注，對其中使用最糙度值要求相同時，不必一一標注，對其中使用最多的一種符號、代號可統(tǒng)一注在圖樣的右上角，并多的一種符號、代號可統(tǒng)一注在圖樣的右上角，并加注加注“其余其余”兩字，如圖兩字，如圖5.125.12所示。所示。303012.512.53.23.23.2f其余2512.50.460M45c1.63.23.2ff圖圖5-125-12表面粗糙度代號標注示例表面粗糙度代號標注示例4.3 表面粗糙度的選擇表面粗糙

22、度的選擇4.3.1 表面粗糙度的選用原則：表面粗糙度的選用原則： 表面粗糙度評定參數(shù)應該根據(jù)應表面粗糙度評定參數(shù)應該根據(jù)應根據(jù)零件的工根據(jù)零件的工作條件、使用性能和測量作條件、使用性能和測量等進行選擇，既要考等進行選擇，既要考慮能表征表面的幾何特性和表面功能參數(shù)，又慮能表征表面的幾何特性和表面功能參數(shù)，又要考慮表面粗糙度檢測儀器（檢測方法）的測要考慮表面粗糙度檢測儀器（檢測方法）的測量范圍和工藝的經濟性。量范圍和工藝的經濟性。 在圖樣上標注表面粗糙度時，一般只給出高度在圖樣上標注表面粗糙度時，一般只給出高度特征參數(shù)，只有少數(shù)零件的重要表面有特殊使特征參數(shù)，只有少數(shù)零件的重要表面有特殊使用要求時

23、，才附加給出間距特征參數(shù)或形狀特用要求時，才附加給出間距特征參數(shù)或形狀特征參數(shù)。征參數(shù)。 一般情況下可從高度參數(shù)一般情況下可從高度參數(shù)Ra Ra 、 RzRz和和RyRy中任選一個，中任選一個，但在常用值范圍內但在常用值范圍內(Ra(Ra為為0.0250.0256.3m6.3m， Rz Rz為為0.10.125 m)25 m)，應優(yōu)先選用，應優(yōu)先選用Ra .Ra .因為能較充分合理因為能較充分合理地反映零件表面的粗糙度特征。地反映零件表面的粗糙度特征。 RaRa值通常用電動輪值通常用電動輪廓儀測量，測量效率高。廓儀測量，測量效率高。 對于特別粗糙或特別光潔的表面，考慮到工作和檢對于特別粗糙或特

24、別光潔的表面，考慮到工作和檢測條件，可以選用測條件，可以選用RzRz。 RzRz通常用雙管顯微鏡和干涉顯微鏡測量，測量部位通常用雙管顯微鏡和干涉顯微鏡測量，測量部位小、峰谷少或有疲勞強度要求的零件表面可選用小、峰谷少或有疲勞強度要求的零件表面可選用RyRy作為評定參數(shù)。作為評定參數(shù)。（一）、高度評定參數(shù)的選用（一）、高度評定參數(shù)的選用4.3.2 評定參數(shù)的選用評定參數(shù)的選用 附加評定參數(shù)一般情況下不作為獨立的參數(shù)附加評定參數(shù)一般情況下不作為獨立的參數(shù)選用，選用，只有零件的表面有特殊使用要求時，只有零件的表面有特殊使用要求時，僅用高度特征參數(shù)不能滿足零件表面的功能僅用高度特征參數(shù)不能滿足零件表面

25、的功能要求要求，才在選用了高度參數(shù)的基礎上，附加，才在選用了高度參數(shù)的基礎上，附加選用間距特征參數(shù)和形狀特征參數(shù)選用間距特征參數(shù)和形狀特征參數(shù)。（二）附加評定參數(shù)的選用（二）附加評定參數(shù)的選用 密封性和耐磨性性要求時，就要考慮選擇附密封性和耐磨性性要求時，就要考慮選擇附加參數(shù)加參數(shù)RSm或或Rmr（c）。）。4.3.3 評定參數(shù)值的選用評定參數(shù)值的選用（一）選用原則（一）選用原則 在滿足使用性能要求的前提下，應盡可在滿足使用性能要求的前提下，應盡可能選用較大的參數(shù)允許值（能選用較大的參數(shù)允許值（tp除外）。除外）。（二）選擇方法（二）選擇方法 類比法類比法 （1 1）同一零件上工作表面比非工作

26、表面粗糙）同一零件上工作表面比非工作表面粗糙度參數(shù)值小。度參數(shù)值小。（2 2）摩擦表面比非摩擦表面，滾動摩擦表面）摩擦表面比非摩擦表面，滾動摩擦表面比滑動摩擦表面的粗糙度參數(shù)值小。比滑動摩擦表面的粗糙度參數(shù)值小。 （3 3）承受交變載荷的表面及易引起應力集中）承受交變載荷的表面及易引起應力集中的部分（如圓角，溝槽）粗糙度參數(shù)值應小些。的部分（如圓角，溝槽）粗糙度參數(shù)值應小些。（4 4）要求配合穩(wěn)定可靠時，粗糙度參數(shù)值應）要求配合穩(wěn)定可靠時，粗糙度參數(shù)值應小些，小間隙配合表面，以及要求聯(lián)結可靠、小些，小間隙配合表面，以及要求聯(lián)結可靠、受重載作用的過盈配合表面，其粗糙參數(shù)值要受重載作用的過盈配合表

27、面，其粗糙參數(shù)值要小。小。（5）配合性質相同，）配合性質相同，零件尺寸小，其粗糙度零件尺寸小，其粗糙度值應越小。同一精度等級，小尺寸比大尺寸、值應越小。同一精度等級，小尺寸比大尺寸、軸比孔的粗糙度值要小。軸比孔的粗糙度值要小。（6）對以配合表面，其尺寸公差、形狀公差、）對以配合表面，其尺寸公差、形狀公差、表面粗糙度應當協(xié)調，一般情況下有一定的表面粗糙度應當協(xié)調，一般情況下有一定的對應關系。對應關系。若若 t=0.6IT t=0.6IT 則則 Ra0.05IT Rz0.2ITRa0.05IT Rz0.2IT t=0.4IT Ra0.025IT Rz0.1IT t=0.4IT Ra0.025IT

28、Rz0.1IT t=0.25IT Ra0.012IT Rz0.05IT t=0.25IT Ra0.012IT Rz0.05IT t=0.25IT Ra0.15IT Rz0.6IT t=0.25IT Ra0.15IT Rz0.6IT4.4 表面粗糙度的測量表面粗糙度的測量1.1.測量方向的選擇測量方向的選擇 對于表面粗糙度，如未指定測量截面的方向時，則對于表面粗糙度，如未指定測量截面的方向時，則應在高度參數(shù)最大值的方向進行測量，一般來說也應在高度參數(shù)最大值的方向進行測量，一般來說也就是在垂直于表面加工的紋理方向上測量。就是在垂直于表面加工的紋理方向上測量。2.2.表面缺陷的摒棄表面缺陷的摒棄 表面粗糙度不包