互換性與幾何測量-表面粗糙度概要課件

1、第5章 表面粗糙度第5章 表面粗糙度基本內(nèi)容：掌握表面粗糙度的基本概念，表面粗糙度的評定、選用、標(biāo)注及測量。 重點內(nèi)容：表面粗糙度的評定、選用及標(biāo)注。 難點內(nèi)容：表面粗糙度的評定、選用。 操作技能：表面粗糙度的測量?；緝?nèi)容：掌握表面粗糙度的基本概念，表面粗糙度的評定、選用、互換性與幾何測量-表面粗糙度概要課件5.1 表面粗糙度的基本概念 5.1.1 表面粗糙度的定義 無論是機械加工的零件表面，或者是用鑄、鍛等方法獲得的零件表面，總會存在著具有較小間距和峰谷的微觀幾何形狀誤差。 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。 成因：刀具與零件摩擦，切屑塑性變形、金屬撕裂及高

2、頻振動等。5.1 表面粗糙度的基本概念 5.1.1 表面粗糙度的 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。 如下圖所示，完工零件的截面輪廓形狀是復(fù)雜的，一5.1.2 表面粗糙度對機械零件使用性能的影響 1 、對摩擦和磨損的影響 表面越粗糙，則摩擦阻力就越大，兩個相對運動的表面峰頂間的實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： 例如，汽缸壁最合適的表

3、面粗糙都是Ra=0.630.8m，小型電動機軸頸的表面粗糙度為Ra=0.320.50m。 5.1.2 表面粗糙度對機械零件使用性能的影響 2 、對配合性質(zhì)的影響 對間隙配合來說，表面粗糙則易磨損，使配合表面間的實際間隙逐漸增大；對過盈配合而言，表面粗糙會減小配合表面間的實際有效過盈，降低聯(lián)結(jié)強度，從而降低機器的工作精度。表面粗糙度對配合零件的有效的接觸面積影響甚大。 加工方法車、銑削磨精磨有效接觸面積1520%3050%90%以上2 、對配合性質(zhì)的影響 對間隙配合來說，表面3 、對抗腐蝕性的影響 表面越粗糙，則越容易在該表面上積聚腐蝕性物質(zhì)，且通過該表面的微觀凹谷向其表層滲透，使腐蝕加劇。提高

4、零件的表面粗糙度質(zhì)量，可以增強其抗腐蝕的能力。 4 、對抗疲勞強度的影響 零件表面越粗糙，則對應(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度。 3 、對抗腐蝕性的影響5 、對結(jié)合密封性影響 粗糙不平的兩個結(jié)合表面，僅在局部點上接觸必然產(chǎn)生縫隙，影響密封性。對于接觸表面之間沒有相對滑動的靜力密封表面，若表面微觀不平度谷底過深，密封材料在裝配受預(yù)壓后還不能完全填滿這些微觀不平谷底，則將在密封面上留下滲漏間隙。6 、其它影響 表面粗糙度對零件性能的影響遠不止這五個方

5、面。如對接觸剛度的影響，對沖擊強度的影響，對流體流動的阻力的影響，對表面高頻電流的影響以及對機器、儀器的外觀質(zhì)量及測量精度等都有很大影響。5 、對結(jié)合密封性影響5.2 表面粗糙度的評定 測量和評定表面粗糙度時，需要確定取樣長度、評定長度、基準(zhǔn)線和評定參數(shù)。 5.2.1 基本術(shù)語 1 . 取樣長度（ l r ） 取樣長度是指測量或評定表面粗糙度時所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線的長度，一般應(yīng)包含五個以上的輪廓峰和輪廓谷。取樣長度的方向與輪廓總的走向一致。表面越粗糙，取樣長度就應(yīng)越大。 選擇取樣長度，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表面粗糙度測量結(jié)果的影響。5.2 表面粗糙度的評定 測量

6、和評定 2 . 評定長度 （ l n ） 評定長度是指為了合理且較全面地反映整個表面的表面粗糙度特征，而在測量和評定表面粗糙度時所規(guī)定的一段最小長度，一般，評定長度l n =5 l r ；若被測表面比較均勻，選l n 5 l r ；若被測表面均勻性差，選l n 5 l r 。 2 . 評定長度 （ l n ） 3 .中線（基準(zhǔn)線） 中線（也稱基準(zhǔn)線）是指評定表面粗糙度參數(shù)值時所取的基準(zhǔn) 。GB3505-83 表面粗糙度術(shù)語表面及其參數(shù)規(guī)定下列兩種中線作為基準(zhǔn)線：（1）輪廓的最小二乘中線（m） 輪廓的最小二乘中線m是指在取樣長度內(nèi)，具有理想直線形狀的基準(zhǔn)線，使輪廓上各點到該中線的距離（輪廓偏距）

7、的平方之和為最小，即 為最小。 3 .中線（基準(zhǔn)線） （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度內(nèi)與輪廓走向一致的基準(zhǔn)線，該基準(zhǔn)線將輪廓劃分為上下兩部分，且使上部分的面積之和等于下部分的面積之和，即 F1+ F2+ +Fn= F1+ F2+ + Fn（2）輪廓算術(shù)平均中線 5.2.2 評定參數(shù) 表面粗糙度的評定參數(shù)按照微觀不平度高度（幅度）、間距和形狀等三個方面的特性來劃分。 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 是指在取樣長度 l r內(nèi)縱坐標(biāo)值Z(x)的絕對值的算術(shù)平均值，用Ra表示，公式為： 5.2.2 評定參數(shù) （ 2 ）輪

8、廓最大高度 Rz 是指在取樣長度l r內(nèi)，被測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 ）輪廓最大高度 Rz 2 .間距參數(shù)附加參數(shù) 輪廓單元的平均寬度RSm 是指在取樣長度l r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。 （輪廓單元是指一個表面粗糙度輪廓峰和一個輪廓谷的組合。）用公式表示為： 式中 Xsi 第 i 個輪廓單元的寬度； m在取樣長度內(nèi)所含的輪廓單元

9、的個數(shù)。輪廓單元寬度 2 .間距參數(shù)附加參數(shù)輪廓單元寬度 3、混合參數(shù)（形狀參數(shù)） 附加參數(shù) 輪廓支承長度率Rmr （c）是指在給定水平位置c上輪廓的實體材料長度Ml（c）與評定長度的比率，即 所謂輪廓的實體材料長度Ml（c） 是指在評定長度內(nèi)，一平行于X軸的直線從峰頂線向下移一水平截距c時，與輪廓相截所得的各段截線長度之和，即 3、混合參數(shù)（形狀參數(shù)） 附加參數(shù) 輪廓支承長度率Rmr （c）與零件的實際輪廓形狀有關(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)系曲線稱為支承長度率曲線，如左圖所示。 對于不同的實際輪廓形狀，在相同的取樣長度內(nèi)并給出相同的水平

10、截距 C ， Rmr （c）越大，則表示零件表面凸起的實體部分就越大，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。支承長度率曲線 輪廓支承長度率Rmr （c）與零件的實際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 評定表面粗糙度的參數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計時應(yīng)按國標(biāo) GB/T 1031 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P216表5-25-6。應(yīng)熟記常用參數(shù)： ， 0.4，0.8，1.6，3.2，6.3，12.5， 5.3.2 表面粗糙度的選用 1.評定參數(shù)的選用 （1）幅度參數(shù)的選用

11、：是基本參數(shù)，可獨立選用。參數(shù)值在0.0256.3m 的，優(yōu)先選用Ra 。參數(shù)值0.025或6.3m，選用Rz 。只用幅度參數(shù)不能全面反映零件表面微觀幾何形狀誤差。因此，對于有特殊要求的少數(shù)零件的重要表面，需要加選附加參數(shù)RSm或Rmr(c)。5.3 表面粗糙度參數(shù)值及其選用 5.3.1 表面粗糙度的（2）間距參數(shù)的選用： 不能獨立選用，只有當(dāng)幅度參數(shù)不能滿足表面的功能要求時，才選取附加參數(shù)作為附加項目。 RSm 主要在對涂漆性能有要求或沖壓成形時選用。另外要求沖壓成形時抗裂紋、抗振、抗腐蝕、減小流體流動摩擦阻力等時也選用。例如，汽車外形薄鋼板，除控制幅度參數(shù)Ra(0.91.3m)外，還需進一

12、步控制RSm(0.130.23m)，主要是提高鋼板的可漆性。 （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合附加選用。 （2）間距參數(shù)的選用： 不能獨立選用，只有 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一般達到的表面粗糙度。主要掌握： 對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；對某些非配合的表面則可以盡量選用較大的表面

13、粗糙度值。加工方法表面粗糙度Ra /m0.40.81.63.26.312.5磨削車削鏜孔銑削 2. 參數(shù)值的選用 合理選取表面粗糙度（2）從設(shè)計角度看 零件本身的功能要求和零件間的裝配關(guān)系也與選擇該零件表面的表面粗糙度值有關(guān)。對有裝配要求的配合表面，外觀要求美觀的表面，承受交變載荷的表面等，應(yīng)該選用較小的表面粗糙度值，而對某些非配合的表面則可以盡量選用較大的表面粗糙度值?，F(xiàn)以某軸為例來說明軸的配合面和非配合面的表面粗糙度的選擇。 配合情況加工手段表面粗糙度值Ra一根軸的應(yīng)用舉例非配合面粗加工12.5軸端面、倒角、鍵槽底面、軸肩等半精加工6.3配合面半精加工3.2鍵槽側(cè)面、軸肩精加工1.6軸頸、

14、軸肩0.80.4（2）從設(shè)計角度看 零件本身的功能要求和零 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；滾動摩擦表面比滑動摩擦表面粗糙度值??；3）運動速度高、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，受重載荷作用的過盈配合表面，都應(yīng)有較小的表面粗糙度；間隙配合比過盈配合的表面粗糙度值??；5）同一公差等級，小尺寸比大尺寸、軸比孔的表面粗糙度值??；6）尺寸精度、形位精度要求高時，參數(shù)值應(yīng)相應(yīng)地取得??；7）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。8）按有

15、關(guān)規(guī)定。（3）選取參數(shù)值的一般原則 （3）選取參數(shù)值的一般原則（4）類比法選用表面粗糙度值 在工程實際中，由于表面粗糙度和功能的關(guān)系十分復(fù)雜，因而很難準(zhǔn)確地確定參數(shù)的允許值，在具體設(shè)計時，除有特殊要求的表面外，一般多采用經(jīng)驗統(tǒng)計資料，用類比法來選用。例如，用類比法選擇齒輪齒面的表面粗糙度值。機械手冊規(guī)定，對于平穩(wěn)性精度為8級精度的齒輪，閉式傳動，它的齒面的表面粗糙度值應(yīng)該是Ra為1.6m。從加工角度來看，表示齒輪經(jīng)過滾刀的加工后表面粗糙度可以達到的值。如果設(shè)計時，齒輪的平穩(wěn)性精度為9級，開式傳動，那么根據(jù)齒輪的精度等級和齒輪的工作條件，可以考慮將表面粗糙度降低一級，取Ra值為3.2m。 互換性

16、與幾何測量-表面粗糙度概要課件（4）類比法選用表面粗糙度值（續(xù)） 從加工角度來看，表示可以采用仿形法加工齒輪，即使用盤狀銑刀或指狀銑刀加工齒輪，提高了齒輪加工的經(jīng)濟性。如果設(shè)計時，齒輪的平穩(wěn)性精度為7級，同樣是閉式傳動，即精度等級雖然高一級，但工作條件相同。這時，如果想提高齒輪加工的經(jīng)濟性，可以同樣選擇齒面表面粗糙度Ra為1.6m，表示該齒輪仍然可以用滾刀來加工；如果想提高齒輪的工作性能，增加齒輪的接觸剛度，也可以選擇齒輪齒面表面粗糙度Ra為0.8m，此時，齒輪必須上磨床磨削以達到設(shè)計的精度標(biāo)準(zhǔn)。 （4）類比法選用表面粗糙度值（續(xù)） 從加工角度來看，表5.4 表面粗糙度符號和代號及其注法 表面

17、粗糙度的評定參數(shù)及其數(shù)值確定后，還應(yīng)按GB/T 131-1993 機械制圖 表面粗糙度符號、代號及其注法的規(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 在零件圖上表示表面粗糙度的符號如下圖所示： 5.4 表面粗糙度符號和代號及其注法 表5.4.1 表面粗糙度的代號及其標(biāo)注1.表面粗糙度代號 在表面粗糙度符號周圍，要求標(biāo)注有關(guān)參數(shù)、加工要求和其他說明等。由表面粗糙度符號和這些數(shù)值、規(guī)定等，共同組成表面粗糙度的代號。 表面粗糙度的代號標(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m）。 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

18、取樣長度（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（ m ）或輪廓的支承長度率5.4.1 表面粗糙度的代號及其標(biāo)注1.表面粗糙度代號 2.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，只標(biāo)注 Ra 的數(shù)值；采用Rz 時，除標(biāo)注其數(shù)值外，還要在該數(shù)值前注出 Rz 。 （2）當(dāng)允許在表面粗糙度參數(shù)的所有實測值中超過規(guī)定值的個數(shù)少于總數(shù)的16%時，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注其上限值或下限值。（3）當(dāng)要求在表面粗糙度參數(shù)的所有實測值中不得超過規(guī)定值時，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注其最大值或最小值。2.表面粗糙度幅度參數(shù)的標(biāo)注3.表面粗糙度附加參數(shù)的標(biāo)注 表面粗