第5章 表面粗糙度課件

第5章表面粗糙度基本內(nèi)容：掌握表面粗糙度的基本概念，表面粗糙度的評(píng)定、選用、標(biāo)注及測(cè)量。重點(diǎn)內(nèi)容：表面粗糙度的評(píng)定、選用及標(biāo)注。難點(diǎn)內(nèi)容：表面粗糙度的評(píng)定、選用。操作技能：表面粗糙度的測(cè)量。5.1表面粗糙度的基本概念

零件的表面粗糙度對(duì)零件的工作性能有重大影響。為了正確評(píng)定表面粗糙度和保證互換性，我國(guó)發(fā)布了GB/T3503-2000《表面粗糙度術(shù)語(yǔ)、定義及其參數(shù)》,GB/T1031-1995《表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。5.1.1表面粗糙度的定義

無(wú)論是機(jī)械加工的零件表面，或者是用鑄、鍛等方法獲得的零件表面，總會(huì)存在著具有較小間距和峰谷的微觀幾何形狀誤差。

表面粗糙度的定義:是指加工表面上具有的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性。

如下圖所示，完工零件的截面輪廓形狀是復(fù)雜的，一般包括表面粗糙度,表面波紋度和形狀誤差，三者通常按波距來(lái)劃分：波距小于1mm的屬于表面粗糙度（微觀幾何形狀誤差）；波距在1～10mm的屬于表面波度；波距大于10mm的屬于形狀誤差。5.1.2表面粗糙度對(duì)零件工作性能的影響

1、影響零件運(yùn)動(dòng)表面的摩擦和磨損

表面越粗糙，則摩擦阻力就越大，兩個(gè)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面峰頂間的實(shí)際有效接觸面積就越小，使單位面積上的壓力增大，磨損加快。磨損量與表面粗糙度之間的關(guān)系如下圖：

2、影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性

對(duì)間隙配合來(lái)說(shuō)，表面粗糙則易磨損，使配合表面間的實(shí)際間隙逐漸增大；對(duì)過(guò)盈配合而言，表面粗糙會(huì)減小配合表面間的實(shí)際有效過(guò)盈，降低聯(lián)結(jié)強(qiáng)度，從而降低機(jī)器的工作精度。3、影響零件的抗腐蝕性

表面越粗糙，則越容易在該表面上積聚腐蝕性物質(zhì)，且通過(guò)該表面的微觀凹谷向其表層滲透，使腐蝕加劇。提高零件的表面粗糙度質(zhì)量，可以增強(qiáng)其抗腐蝕的能力。

4、影響零件的抗疲勞強(qiáng)度

零件表面越粗糙，則對(duì)應(yīng)力集中越敏感，特別是在交變應(yīng)力的作用下，在零件的溝槽或圓角處，其影響更大，零件往往因此失效。因此，對(duì)于承受交變載荷的零件，若提高零件的表面粗糙度質(zhì)量，可以明顯地提高零件的抗疲勞強(qiáng)度。

5、影響零件密封性

粗糙不平的兩個(gè)結(jié)合面，僅在局部點(diǎn)上接觸，必然產(chǎn)生縫隙，影響密封性。提高零件的表面粗糙度質(zhì)量，可以提高其密封性。6、其它影響

此外，表面粗糙度對(duì)接觸剛度、沖擊強(qiáng)度、零件的美觀及測(cè)量精度等也有很大的影響。因此，在零件的幾何精度設(shè)計(jì)中，對(duì)表面粗糙度提出合理要求是一項(xiàng)不可缺少的重要內(nèi)容。5.2表面粗糙度的評(píng)定

測(cè)量和評(píng)定表面粗糙度時(shí)，需要確定取樣長(zhǎng)度、評(píng)定長(zhǎng)度、基準(zhǔn)線和評(píng)定參數(shù)。

5.2.1取樣長(zhǎng)度和評(píng)定長(zhǎng)度

1.取樣長(zhǎng)度（lr）

取樣長(zhǎng)度是指測(cè)量或評(píng)定表面粗糙度時(shí)所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線的長(zhǎng)度，一般應(yīng)包含五個(gè)以上的輪廓峰和輪廓谷。取樣長(zhǎng)度的方向與輪廓總的走向一致。表面越粗糙，取樣長(zhǎng)度就應(yīng)越大。選擇取樣長(zhǎng)度，可以限制和減弱其他的截面輪廓形狀誤差，尤其是表面波紋度對(duì)表面粗糙度測(cè)量結(jié)果的影響。

2.評(píng)定長(zhǎng)度

（ln）

評(píng)定長(zhǎng)度是指為了合理且較全面地反映整個(gè)表面的表面粗糙度特征，而在測(cè)量和評(píng)定表面粗糙度時(shí)所必需的一段長(zhǎng)度，一般，評(píng)定長(zhǎng)度ln=5lr

；若被測(cè)表面比較均勻，選ln

＜5lr

；若被測(cè)表面均勻性差，選ln

＞5lr

。

國(guó)標(biāo)規(guī)定GB/T10610-1998《產(chǎn)品幾何技術(shù)規(guī)范表面結(jié)構(gòu)輪廓法評(píng)定表面結(jié)構(gòu)的規(guī)則和方法》規(guī)定：

測(cè)量Ra

、Rz、Rsm

值的取樣長(zhǎng)度lr與評(píng)定長(zhǎng)度lnRa（μm）Rz（μm）Rsm（μm）lr（mm）ln（mm）（0.0006）＜Ra≤0.02（0.025）＜Rz≤0.10.013＜Rsm≤0.040.080.40.02＜Ra≤0.10.1＜Rz≤0.50.04＜Rsm≤0.130.251.250.1＜Ra≤20.5＜Rz≤100.13＜Rsm≤0.40.842＜Ra≤1010＜Rz≤500.4＜Rsm≤1.32.512.510＜Ra≤8050＜Rz≤2001.3＜Rsm≤48403.中線（基準(zhǔn)線）

中線（也稱基準(zhǔn)線）是指評(píng)定表面粗糙度參數(shù)值時(shí)所取的基準(zhǔn)。GB3505-83《表面粗糙度術(shù)語(yǔ)表面及其參數(shù)》規(guī)定下面兩種中線作為基準(zhǔn)線：（1）輪廓的最小二乘中線（m）

輪廓的最小二乘中線m是指在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，具有理想直線形狀的基準(zhǔn)線，使輪廓上各點(diǎn)到該中線的距離（輪廓偏距）的平方之和為最小，即為最小。（2）輪廓算術(shù)平均中線

輪廓算術(shù)平均中線指具有理想直線形狀并在取樣長(zhǎng)度內(nèi)與輪廓走向一致的基準(zhǔn)線，該基準(zhǔn)線將輪廓?jiǎng)澐譃樯舷聝刹糠?，且使上部分的面積之和等于下部分的面積之和，即F1+F2+···+Fn=F’1+F’2+···+F’n

※

5.2.2評(píng)定參數(shù)

表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)按照微觀不平度高度（幅度）、間距和形狀等三個(gè)方面的特性來(lái)劃分。

1、幅度參數(shù)（高度參數(shù)）——基本參數(shù)

（1）輪廓算術(shù)平均偏差Ra

是指在取樣長(zhǎng)度

lr

內(nèi)，被測(cè)輪廓上各點(diǎn)到基準(zhǔn)線的距離Zi的絕對(duì)值的算術(shù)平均值，用Ra表示，公式為：

（2）輪廓最大高度Rz

是指在取樣長(zhǎng)度lr內(nèi)，被測(cè)輪廓的最大輪廓峰高Zpmax與最大輪廓谷深Zvmax之和的高度（兩值均為正），即

Rz=Zpmax+Zvmax

幅度參數(shù)Ra、Rz是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定必須標(biāo)注的參數(shù)（兩者只需取其一），故又稱基本參數(shù)。Ra、Rz的數(shù)值越大，則表面越粗糙。2.間距參數(shù)——附加參數(shù)

輪廓單元的平均寬度RSm——是指在取樣長(zhǎng)度lr內(nèi)，輪廓單元寬度Xs的平均值。RSm

的數(shù)值越大，則表面越粗糙。（輪廓單元是指一個(gè)表面粗糙度輪廓峰和一個(gè)輪廓谷的組合。）用公式表示為：

式中Xsi——第i個(gè)輪廓單元的寬度；

m——在取樣長(zhǎng)度內(nèi)所含的輪廓單元的個(gè)數(shù)。輪廓單元寬度

3、混合參數(shù)（形狀參數(shù)）——附加參數(shù)

輪廓支承長(zhǎng)度率Rmr（c）——是指在給定水平位置c上輪廓的實(shí)體材料長(zhǎng)度Ml（c）與評(píng)定長(zhǎng)度的比率，即所謂輪廓的實(shí)體材料長(zhǎng)度Ml（c）——是指在評(píng)定長(zhǎng)度內(nèi)，一平行于X軸的直線從峰頂線向下移一水平截距c時(shí)，與輪廓相截所得的各段截線長(zhǎng)度之和，即

輪廓支承長(zhǎng)度率Rmr（c）與零件的實(shí)際輪廓形狀有關(guān)，是反映零件表面耐磨性能的指標(biāo)。Rmr（c）是隨著水平截距的大小而變化的，其關(guān)系曲線稱為支承長(zhǎng)度率曲線，如左圖所示。對(duì)于不同的實(shí)際輪廓形狀，在相同的取樣長(zhǎng)度內(nèi)并給出相同的水平截距C，Rmr（c）越大，則表示零件表面凸起的實(shí)體部分就越大，承載面積就越大，因而接觸剛度就越高，耐磨性能就越好，例如：在右圖（a）與圖（b）中，前者耐磨性能較好，后者較差。支承長(zhǎng)度率曲線5.3表面粗糙度參數(shù)值及其選用

5.3.1表面粗糙度的參數(shù)值

評(píng)定表面粗糙度的參數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按國(guó)標(biāo)GB/T1031—95《表面粗糙度參數(shù)及其數(shù)值》規(guī)定的參數(shù)值系列選取。參見(jiàn)P192表5-2~5-6。應(yīng)熟記常用參數(shù)(R10/3)：※0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5，25，···5.3.2表面粗糙度的選用原則

1.評(píng)定參數(shù)的選用（1）幅度參數(shù)的選用：是基本參數(shù)，可獨(dú)立選用。參數(shù)值在0.025~6.3μm的，優(yōu)先選用Ra。參數(shù)值＜0.025或＞6.3μm，選用Rz。（2）間距參數(shù)的選用：不能獨(dú)立選用，只有當(dāng)幅度參數(shù)不能滿足表面的功能要求時(shí)，才選取附加參數(shù)作為附加項(xiàng)目。RSm主要在對(duì)涂漆性能有要求或沖壓成形時(shí)選用。

（3）混合參數(shù)的選用：Rmr（c）主要在耐磨性、接觸剛度要求較高等場(chǎng)合附加選用。

2.參數(shù)值的選用

合理選取表面粗糙度參數(shù)值的大小，對(duì)零件的工作性能和加工成本具有重要意義。選用總原則：在滿足零件表面使用功能前提下，應(yīng)盡量選用大的參數(shù)值（除Rmr（c）外）。（1）從加工角度看表面粗糙度的參數(shù)值與加工方法聯(lián)系緊密。表5-7列出了常用加工方法可能達(dá)到的表面粗糙度。主要掌握：（2）從設(shè)計(jì)角度看對(duì)有裝配要求的配合表面、承載交變載荷的表面等，應(yīng)選較小的表面粗糙度值；對(duì)某些非配合的表面則可以盡量選用較大的表面粗糙度值。加工方法表面粗糙度Ra/μm0.40.81.63.26.312.5磨削車削鏜孔銑削

（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；滾動(dòng)摩擦表面比滑動(dòng)摩擦表面粗糙度值?。唬?）運(yùn)動(dòng)速度高、單位面積壓力大，以及受交變應(yīng)力作用的重要零件的圓角、溝槽處，應(yīng)有較小的粗糙度；（4）配合性質(zhì)要求高的配合表面，如小間隙的配合表面，受重載荷作用的過(guò)盈配合表面，都應(yīng)有較小的表面粗糙度；間隙配合比過(guò)盈配合的表面粗糙度值小；（5）小尺寸比大尺寸、軸比孔的表面粗糙度值?。唬?）尺寸精度、形位精度要求高時(shí)，參數(shù)值應(yīng)相應(yīng)地取得?。唬?）要求防腐蝕、密封性能好或外表美觀的表面，表面粗糙度參數(shù)值應(yīng)小。

（3）選取參數(shù)值的一般原則

（4）類比法選用表面粗糙度值在工程實(shí)際中，表面粗糙度和功能的關(guān)系十分復(fù)雜。一般尺寸公差、形狀公差小時(shí)，表面粗糙度參數(shù)值也小，但也不存在確定的函數(shù)關(guān)系。設(shè)計(jì)時(shí)可采用經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料，用類比法來(lái)選用。參見(jiàn)表5-10。一般情況下，它們之間有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)形狀公差為T，尺寸公差為IT，它們之間的關(guān)系可參照以下對(duì)應(yīng)關(guān)系：若T≈0.6IT，則Ra≤0.05IT；Rz≤0.2ITT≈0.4IT，則Ra≤0.025IT；Rz≤0.1ITT≈0.25IT，則Ra≤0.012IT；Rz≤0.05ITT＜0.25IT，則Ra≤0.15T；Rz≤0.6T

5.4表面粗糙度符號(hào)和代號(hào)及其注法

表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)及其數(shù)值確定后，還應(yīng)按GB/T131-1993《機(jī)械制圖表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)及其注法》的規(guī)定把表面粗糙度要求正確地標(biāo)注在零件圖上。5.4.1表面粗糙度符號(hào)在零件圖上表示表面粗糙度的符號(hào)如下圖所示：

※5.4.1表面粗糙度的代號(hào)及其標(biāo)注

在表面粗糙度符號(hào)周圍，要求標(biāo)注有關(guān)參數(shù)、加工要求和其他說(shuō)明等。由表面粗糙度符號(hào)和這些數(shù)值、規(guī)定等，共同組成表面粗糙度的代號(hào)。表面粗糙度的代號(hào)標(biāo)注方法如下：

a1

、a2——標(biāo)注表面粗糙度幅度參數(shù)值（單位為μm

）。

b——標(biāo)注表面的最后一道工序的加工方法,渡涂或其他的表面處理方法。

c——標(biāo)注取樣長(zhǎng)度（單位為mm）

d——標(biāo)注加工紋理方向

e——標(biāo)注加工余量（單位為mm）

f——標(biāo)注表面粗糙度間距參數(shù)值（mm）或輪廓的支承長(zhǎng)度率1.表面粗糙度幅度參數(shù)的標(biāo)注

（1）表面粗糙度幅度參數(shù)是基本參數(shù)，采用Ra時(shí)，只標(biāo)注Ra的數(shù)值；采用Rz時(shí)，除標(biāo)注其數(shù)值外，還要在該數(shù)值前注出Rz。（2）當(dāng)