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1、第5章 表面粗糙度与检测,西北工业大学 明德学院,2,5.1 表面粗糙度的概念及其对零件使用性能的影响,5.1.1 表面特征的意义零件按其特征加工形成的、与周围介质分离的表面，称为实际表面。表面不平度通常按照表面轮廓误差曲线相邻两波峰或两波谷之间的距离(波距)的大小划分为三类误差：表面粗糙度、表面波度和表面上宏观形状误差。波距小于1mm的属于表面粗糙度(微观几何形状误差)，波距在l10 mm的属于表面波度(中间几何形状误差)，波距大于10 mm的属于形状误差(宏观几何形状误差)，如图5.1所示。如图5.1(a)所示为某工件表面实际轮廓误差曲线，将这一段轮廓误差曲线按波距的大小分解为三部分的误差
2、曲线，分别如图5.1(b)、图5.1(c)和图5.1(d)所示。,西北工业大学 明德学院,3,5.1.1 表面特征的意义,图5.1 零件表面的几何形状误差,（d）,西北工业大学 明德学院,4,5.1.2 表面粗糙度对零件性能的影响,表面粗糙度对机械零件的使用性能和寿命都有很大的影响，尤其是对在高温、高压和高速条件下工作的机械零件影响更大，其影响主要表现在以下几个方面。1)对配合性能的影响 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，表面轮廓峰顶在装配时容易被挤平，使实际有效过盈量减小，致使联接强度降低。2)对零件耐磨损性的影响 具有微观几何形状误差的两个表面
3、只能在轮廓的峰顶发生接触，如图5.2所示。3)对抗腐蚀性的影响 粗糙的表面，易使腐蚀性物质存积在表面的微观凹谷处，并渗入到金属内部，如图5.4所示，致使腐蚀加剧。,西北工业大学 明德学院,5,5.1.2 表面粗糙度对零件性能的影响,西北工业大学 明德学院,6,5.1.2 表面粗糙度对零件性能的影响,4)对疲劳强度的影响 零件表面越粗糙，凹痕就越深，当零件承受交变荷载时，对应力集中很敏感。使疲劳强度降低，导致零件表面产生裂纹而损坏。5)对接触刚度的影响 接触刚度影响零件的工作精度和抗振性。这是由于表面粗糙度使表面间只有一部分面积接触。一般情况下，实际接触面积只有公称接触面积的百分之几。因此，表面
4、越粗糙受力后局部变形越大，接触刚度也越低。6)对结合面密封性的影响 粗糙的表面结合时，两表面只在局部点上接触，中间有缝隙，影响密封性。因此，降低表面粗糙度，可提高其密封性。7)对零件其他性能的影响 表面粗糙度对零件其他性能，如对测量精度、流体流动的阻力及零件外形的美观等都有很大的影响。,西北工业大学 明德学院,7,5.2 表面粗糙度的评定,经加工获得的零件表面的粗糙度是否满足使用要求，需要进行测量和评定。本节将介绍表面粗糙度的术语及定义和表面粗糙度的评定参数。,西北工业大学 明德学院,8,5.2.1 取样长度与评定长度,2.评定长度 由于零件表面粗糙度不均匀，为了合理地反映表面粗糙度的特征，在
5、测量和评定时所规定的一段最小长度称为评定长度()，如图5.5所示。一般情况，取，并以5个取样长度内的粗糙度数值的平均值作为评定长度内的粗糙度的最可靠值。均匀性较差的轮廓表面可选；均匀性较好的轮廓表面可选。,取样长度 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长度，它至少包含5个以上的轮廓峰和谷，如图所示，取样长度的方向与轮廓走向一致。,西北工业大学 明德学院,9,1）轮廓的最小二乘中线,在取样长度内，使轮廓线上各点轮廓偏距zi的平方和最小的线。,即,轮廓偏距z是指测量方向上，轮廓线上的点与基准线之间的距离,5.2.2 轮廓中线,西北工业大学 明德学院,10,2）轮廓算术平均中线,轮廓
6、算术平均中线是指在取样长度内划分实际轮廓为上、下两部分，且使两部分面积相等的基准线。,即,5.2.2 轮廓中线,西北工业大学 明德学院,11,5.2.4 评定参数,1、轮廓的算术平均偏差Ra 在取样长度内，轮廓偏距绝对值的算术平均值，称为轮廓算术平均偏差，即,西北工业大学 明德学院,12,2、轮廓最大高度Rz 在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离，称为轮廓最大高度，即 Rz=Zp+Zv注意：在国标GB/T3035-1983中，符号Rz曾用于指示“微观不平度的十点高度”。而现在使用中的一些表面粗糙度测量仪器大多测的还是以前的Rz参数，因此当采用现行技术文件时必须小心慎重。,5.2.4
7、评定参数,西北工业大学 明德学院,13,5.2.4 评定参数,RSm=,3.轮廓单元的平均宽度RSm（间距特征参数）在取样长度内，轮廓单元宽度Xs的平均值。,轮廓峰和轮廓谷的组合单元,西北工业大学 明德学院,14,5.2.4 评定参数,4.轮廓的支承长度率Rmr(c)（形状特性参数）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ln的比率。,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，与轮廓相截所得各段截线长度bi之和。,给出Rmr(c)参数时，必须同时给出轮廓水平截距c值。,Rmr(c)=,西北工业大学 明德学院,15,正确地选择零件表面的粗糙度参数及其数值，对改
8、善机器和仪表的工作性能及提高使用寿命有着重要的意义。本节将介绍表面精度设计内容之一表面粗糙度评定参数的选择及表面粗糙度评定参数值的选择。,5.3 表面粗糙度的选用,西北工业大学 明德学院,16,5.3.1 表面粗糙度参数的选用,1.高度参数的选用一般情况下可从高度参数Ra、和Rz中任选一个，但在常用值范围内(Ra为0.0256.3，Rz为0.125)，应优先选用Ra，因为Ra能较充分合理地反映零件表面的粗糙度特征。Ra值通常用触针式电动轮廓仪测量，测量效率高。Rz参数对不允许有较深加工痕迹的表面、有疲劳强度要求的表面和小零件表面有实用意义。,西北工业大学 明德学院,17,5.3.1 表面粗糙度
9、参数的选择,2.附加评定参数的选用附加评定参数一般情况下不作为独立的参数选用，只有零件的表面有特殊使用要求时，仅用高度特征参数不能满足零件表面的功能要求，才在选用了高度参数的基础上，附加选用间距特征参数和形状特征参数。一般情况下，对密封性、光亮度有特殊要求的表面，应选用附加参数RSm；对耐磨性有特殊要求的表面，应选用附加参数Rmr(c)。,西北工业大学 明德学院,18,5.3.2 表面粗糙度参数值的选用,表面粗糙度评定参数选定后，应规定其允许值。表面粗糙度参数值选用得适当与否，不仅影响零件的使用性能，还关系到制造成本。一般说来，表面粗糙度参数值愈小，零件的工作性能愈好。表面粗糙度的参数值已经标
10、准化，设计时应按国家标准规定的参数系列选取。一般只规定上限值，必要时还要给出下限值。高度特征参数值(第1系列数值)见表5-1和表5-2，间距特征参数值见表5-3，形状特征参数值见表5-4。表5-5列出了表面粗糙度的经济加工方法、应用举例，供选用时参考。,西北工业大学 明德学院,19,5.3.2 表面粗糙度参数值的选用,根据类比法初步确定表面粗糙度后，再对比工作条件作适当调整，调整时应遵循下述一些原则：在满足功能要求的前提下，尽量选用较大的表面粗糙度参数值，以降低加工成本。在同一零件上，工作表面的粗糙度参数值应小于非工作表面的粗糙度参数值。摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度参数值要小，滚动摩擦表面比滑
11、动摩擦表面的粗糙度参数值要小。运动速度高、单位面积压力大的表面，受交变应力作用的重要零件上的圆角、沟槽的表面粗糙度参数值都应小些。,西北工业大学 明德学院,20,5.3.2 表面粗糙度参数值的选用,配合零件的表面粗糙度应与尺寸及形状公差相协调，一般尺寸与形状公差要求越严，粗糙度值也就越小。配合精度要求高的配合表面(如小间隙配合的配合表面)，受重荷载作用的过盈配合表面的粗糙度参数值也应小些。同一公差等级的零件，小尺寸比大尺寸、轴比孔的粗糙度参数值要小。凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定的，如与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的表面等，则应按相应的标准确定表面粗糙度参数值。,西北工业大学 明德学院,2
12、1,5.4 表面粗糙度的标注,表面粗糙度的评定参数及其数值确定后，须按GB/T 1311993机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法的规定，在零件图上正确地标出(图样上所标注的表面粗糙度符号、代号是该表面完工后的要求)。本节将介绍表面粗糙度的符号、代号及其标注。,西北工业大学 明德学院,22,5.4.1 表面粗糙度的符号与代号,1.表面粗糙度的符号GB/T 1311993标准规定，有关表面粗糙度的各项规定按功能要求给定，并注在符号中相应的位置。若仅表示需要加工(采用去除材料的方法或不去除材料的方法)，但对表面粗糙度的其他规定没有要求时，允许只注表面粗糙度符号。图样上表示零件表面粗糙度的符号见表
13、5-6。2.表面粗糙度的代号在表面粗糙度符号的基础上，注出表面粗糙度数值及其有关的规定项目后就形成了表面粗糙度的代号。表面粗糙度数值及其有关的规定在符号中注写的位置如图所示。,西北工业大学 明德学院,23,5.4.1 表面粗糙度的符号与代号,图中各注写位置代表的意义如下：a粗糙度高度参数代号及其数值(单位：m)；参数为时，参数值前不注符号；参数为或时，参数值前必须注出相应的参数符号；b加工方法、镀覆、涂覆、表面处理或其他说明等；c取样长度(单位：mm)，符合规定时可以省略不注；d加工纹理方向符号(加工纹理方向的符号见表5.9)；e加工余量(单位：mm)；f粗糙度间距参数或S的参数与数值(单位：
14、mm)或者支承长度率(%)与C的参数与数值。粗糙度参数值前必须注出相应的参数符号。,西北工业大学 明德学院,24,5.4.1 表面粗糙度的符号与代号,附加要求的标注示例,西北工业大学 明德学院,25,5.4.1 表面粗糙度的符号与代号,西北工业大学 明德学院,26,5.4.1 表面粗糙度的符号与代号,西北工业大学 明德学院,27,5.4.2 表面粗糙度的标注实例,表面粗糙度符号、代号一般注在图样的可见轮廓线、尺寸界限、引出线或它们的延长线上，符号的尖端必须从材料外指向被测表面。代号中数字及符号的注写方向，必须与尺寸数字方向一致，如图所示。当零件的大部分表面的粗糙度值要求相同时，不必一一标注，对
15、其中使用最多的一种符号、代号可统一注在图样的右上角，并加注“其余”两字，如图所示。,西北工业大学 明德学院,28,5.5 表面粗糙度的测量,零件完工后，其表面的粗糙度是否满足使用要求，需要进行检测。本节将介绍表面粗糙度检测的基本原则和方法。,西北工业大学 明德学院,29,5.5.1 检测的基本原则,1.测量方向的选择对于表面粗糙度，如未指定测量截面的方向时，则应在高度参数最大值的方向进行测量，一般来说也就是在垂直于表面加工的纹理方向上测量。2.表面缺陷的摒弃表面粗糙度不包括气孔、砂眼、擦伤、划痕等缺陷。3.测量部位的选择在若干有代表性的区段上测量。,西北工业大学 明德学院,30,5.5.2 检
16、测的方法,表面粗糙度的常用检测方法有光切法、比较法、干涉法、针描法（轮廓法）、印模法等。1.用光切显微镜测量光切法光切显微镜又称双管显微镜。它可以测量切削加工的金属零件外圆表面，以及规则表面(车、铣、刨等)的Rz。测量的范围一般为0.550m。2.用粗糙度样块比较比较法用比较法检验表面粗糙度是生产车间常用的方法。它是将被测表面与粗糙度样块进行比较来评定表面粗糙度。比较法可用目测直接判断或借助于放大镜、显微镜比较或凭触觉、来判断表面粗糙度。3.用干涉显微镜测量干涉法干涉显微镜是利用光波干涉原理测量表面粗糙度。干涉显微镜主要用来测量，两个参数。测量的范围一般为10.03m。,西北工业大学 明德学院,31,5.5.2 检测的方法,4.用电动轮廓仪测量针描法触针式电动轮廓仪是利用触针直接在被测表面上轻轻划过，从而测出值，测量值的范围一般为80.02。性能比较完善的电动轮廓仪可以测量 Ra、Rz、RSm、Rmr(c)、等各参数。5.对复制印模表面进行测量印模法对于大零件的内表面，也有采用印模法进行测量的，即用石蜡、低熔点合金(锡铅等)或其他印模材料等将被测表面印模下来，然后对复制印模表面进行测量。由于印模材料不可能充满谷底，其测量值略有缩小，可查阅有关资料或自行实验得出修正系数，并在计算中加以修正。,西北工业大学 明德学院,32,
