表面粗糙度的選用

第3章表面粗糙度知識重點：表面粗糙度的有關(guān)術(shù)語和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。知識難點：設(shè)計零件表面粗糙度。教學(xué)導(dǎo)航圖學(xué)教學(xué)導(dǎo)航圖學(xué)推薦教學(xué)方式：任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法I推薦考核方式：口試或筆試（識讀圖樣表面粗糙度標(biāo)注）、小型設(shè)計（零件表面精度設(shè)計）課堂：聽課+討論+互動推薦學(xué)習(xí)方法Y/ ［課外：通過實踐，了解齒輪減速器基本構(gòu)造和工作原理。必須掌握的理論知識：表面粗糙度的基本概念、評定參數(shù)、選用及標(biāo)注。需要掌握的工作技能：能夠正確設(shè)計典型零件的表面粗糙度。

3.1表面粗糙度標(biāo)注識讀任務(wù)6識讀齒輪表面粗糙度標(biāo)注表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差，是零件的幾何參數(shù)的精度指標(biāo)之一以如圖3-1所示的零件圖為例，識讀表面粗糙度的標(biāo)注。圖3-1表面粗糙度標(biāo)注實例3.1.1表面粗糙度概念任何零件的表面都不是絕對的光滑的，零件表面總會存在著由較小間距的峰谷組成的微觀高低不平的痕跡，表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差，也稱為微觀不平度。表面誤差通常按（波距）的大小劃分為三類誤差：表面粗糙度、表面波度和表面上宏觀形

狀誤差。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（中間幾何形狀誤差），波距大于10mm的屬于形狀誤差（宏觀幾何形狀誤差），如圖3-2所示。3.1.2表面粗糙度對零件的影響表面粗糙度的大小對零件的實用性能和使用壽命有很大的影響：對摩擦和磨損的影響表面越粗糙，摩擦系數(shù)就越大，兩相對運動的表面磨損也越快，表面過于光滑，由于潤滑油被擠出和分子見的吸附作用等原因，也會使摩擦阻力增大和加劇磨損。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，使實際有效過盈量減小，致使聯(lián)接強(qiáng)度降低。對抗腐蝕性的影響粗糙的表面，易使腐蝕性物質(zhì)存積在表面的微觀凹谷處，并滲入到金屬內(nèi)部，致使腐蝕加劇。對疲勞強(qiáng)度的影響零件表面越粗糙，凹痕就越深，當(dāng)零件承受交變荷載時，對應(yīng)力集中很敏感。使疲勞強(qiáng)度降低，導(dǎo)致零件表面產(chǎn)生裂紋而損壞。對接觸剛度的影響接觸剛度影響零件的工作精度和抗振性。這是由于表面粗糙度使表面間只有一部分面積接觸。一般情況下，實際接觸面積只有公稱接觸面積的百分之幾。因此，表面越粗糙受力后局部變形越大，接觸剛度也越低。對結(jié)合面密封性的影響粗糙的表面結(jié)合時，兩表面只在局部點上接觸，中間有縫隙，影響密封性。因此，降低表面粗糙度，可提高其密封性。對零件其他性能的影響表面粗糙度對零件其他性能，如對測量精度、流體流動的阻力及零件外形的美觀等都有很大的影響。3.1.3表面粗糙度基本術(shù)語取樣長度lr——評定表面粗糙度所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線長度。應(yīng)與表面粗糙度的大小相r適應(yīng)。規(guī)定取樣長度是為了限制和減弱表面波紋度對表面粗糙測量結(jié)果的影響，一般在一個取樣長度內(nèi)應(yīng)包含5個以上的波峰和波谷。評定長度l――為了全面、充分地反映被測表面的特性，在評定或測量表面輪廓時所n必需的一段長度。評定長度可包括一個或多個取樣長度。表面不均勻的表面，宜選用較長的評定長度。評定長度一般按5個取樣長度來確定。評定表面粗糙度的基準(zhǔn)線：評定表面粗糙度的一段參考線。有以下兩種：輪廓的最小二乘中線――在取樣長度內(nèi)，使輪廓上各點至一條該線的距離平方和為最小輪廓算術(shù)平均中線一一在取樣長度內(nèi)，將實際輪廓劃分上下兩部分，且使上下面積相等的直線。3.1.4表面粗糙度評定參數(shù)表面結(jié)構(gòu)參數(shù)有三種：基于輪廓法定義的參數(shù)叫輪廓參數(shù)(GB/T3505—2000),包括R輪廓參數(shù)(粗糙度參數(shù))、W輪廓參數(shù)(波紋度參數(shù))和P輪廓參數(shù)(原始輪廓參數(shù))；基于圖形法定義的參數(shù)叫圖形參數(shù)(GB/T18618—2002)；基于支承率曲線的參數(shù)叫支承率曲線參數(shù)。表面粗糙度常用的參數(shù)有：1.輪廓算術(shù)平均偏差Ra如圖3-3所示，在一個取樣長度內(nèi)縱坐標(biāo)值Z(x)絕對值的算術(shù)平均值，用公式表示為：1lR=卩廠|Z(x)Idxal0r圖3-3輪廓算術(shù)平均偏差RaRa值越大，表面越粗糙。能客觀、全面的反映表面微觀幾何形狀特征。2.輪廓最大高度Rz。如圖3-4所示，在一個取樣長度內(nèi)，最大輪廓峰高Zp和最大輪廓谷深Zv之和為輪廓最大高度。

圖3-4輪廓最大高度RzRz值越大，表面越粗糙。但它不如Ra對表面粗糙程度反映的客觀全面。3.輪廓單元的平均寬度RSmm在取樣長度內(nèi)輪廓峰與輪廓谷的組合稱為輪廓單元。在一個取樣長度內(nèi)，輪廓單元寬度的平均值，稱為輪廓單元的平均寬度，如圖3-5所示。圖3-5輪廓單元的寬度RS是評定輪廓的間距參數(shù)，它的大小反映了輪廓表面峰谷的疏密程度， RS越大，峰m m谷越稀，密閉性越差，如圖3-6所示。在給定水平位置C上的輪廓實體材料長度Ml(C)與評定長度的比率。如圖3-7所示。

圖3-7輪廓支承長度率Rmr(C)的值是對應(yīng)于不同的C值給出的，Rmr(C)的大小反映了輪廓表面峰谷的形狀。Rmr(C)值越大，表示表面實體材料越長，接觸剛度和耐磨性越好，如圖3-8所示。圖3-8Rmr(C)與接觸剛度的關(guān)系3.1.5表面粗糙度符號及代號表面粗糙度的評定參數(shù)及其數(shù)值確定后，須在零件圖上正確地標(biāo)出(圖樣上所標(biāo)注的表面粗糙度符號、代號是該表面完工后的要求)。表面粗糙度的符號在國標(biāo)GB/T131—2006中規(guī)定了表面結(jié)構(gòu)的圖形符號，見表3-1。表3-1表面粗糙度的符號符號說明表示表面可用任何方法獲得。當(dāng)不加注粗糙度參數(shù)值或有關(guān)說明(例如表面處理，局部熱處理狀況等)時，僅適用于簡化代號標(biāo)注。表示表面是用去除材料的方法獲得。例如車、銃、鉆、磨、剪切、拋光、腐蝕、電火花加工、氣割等。J表示表面是用不去除材料的方法獲得。例如鑄、鍛、沖壓變形、熱軋、冷軋、粉末冶金等?；蛘呤怯糜诒３衷?yīng)狀況的表面(包括保持上道工序的狀況)、廠丁在上述三個符號的長邊上均加一橫線，用于標(biāo)注有關(guān)參數(shù)和說明廠?『在上述三個符號上均加一小圓，表示所有表面具有相同的表面粗糙度要求表面粗糙度的代號表面粗糙度數(shù)值及其有關(guān)規(guī)定在符號中注寫的位置如圖3-9所示圖3-9表面粗糙度代號注法位置a、b:注寫兩個或多個表面結(jié)構(gòu)要求。在位置a注寫第一個表面結(jié)構(gòu)要求，在位置b注寫第二個表面結(jié)構(gòu)要求。如果要注寫第三個或更多的表面結(jié)構(gòu)要求，圖形符號應(yīng)在垂直方向擴(kuò)大，以空出足夠的空間。擴(kuò)大圖形符號時，a和b的位置隨之上移。位置c:注寫加工方法。注寫加工方法、表面處理、涂層或其他加工工藝要求等，如車、磨、鍍等加工表面。位置d：注寫表面紋理及其方向。置e：注寫加工余量。注寫所要求的加工余量，以毫米為單位給出數(shù)值。3.2表面粗糙度的選用任務(wù)7設(shè)計頂尖套筒表面粗糙度正確地選擇零件表面的粗糙度參數(shù)及其數(shù)值，對改善機(jī)器和儀表的工作性能及提高使用壽命有著重要的意義。圖1-2所示頂尖套筒，060h5外圓柱面表面粗糙度選用參數(shù)Ra，參數(shù)值為0.8卩m；裝頂尖的4號莫氏錐孔表面粗糙度選用Ra，參數(shù)值為0.8pm；安裝螺母的032H7孔的表面粗糙度值選用Ra，參數(shù)值為1.6pm。要求說明該零件表面粗糙度選用的合理性。選用評定參數(shù)評定參數(shù)的選擇首先考慮零件的使用功能要求，同時要考慮檢測的方便性及儀器設(shè)備條件等因素。一般情況下，選用參數(shù)Ra（或Rz）控制表面粗糙度即可滿足要求。Ra參數(shù)最常用，它能比較全面、客觀地反映零件表面微觀幾何特征，通常在常用數(shù)值（ Ra=0.025?6.3Pm）內(nèi),優(yōu)先使用Ra。當(dāng)表面不允許出現(xiàn)較深加工痕跡，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中，或表面段長度很小，不宜采用Ra時，可選用Rz，但不如Ra全面，可與Ra聯(lián)合使用。對于有特殊要求的零件表面，如要使噴涂均勻、涂層有極好的附著性和光澤、或要求有良好的密封性，就要控制RS；對于要求有較高支承剛度和耐磨性的表面，應(yīng)規(guī)定 R（C）參m mr數(shù)。選用評定參數(shù)值表面粗糙度評定參數(shù)選定后，應(yīng)規(guī)定其允許值。一般說來，表面粗糙度參數(shù)值愈小，零件的工作性能愈好。表面粗糙度參數(shù)值選用得適當(dāng)與否，不僅影響零件的使用性能，還關(guān)系到制造成本。表面粗糙度的參數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計時應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)系列選取。一般只規(guī)定上限值，必要時還要給出下限值。根據(jù)類比法初步確定表面粗糙度后，再對比工作條件作適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整時應(yīng)遵循下述一些原則。在滿足功能要求的前提下，盡量選用較大的表面粗糙度參數(shù)值，以降低加工成本。在同一零件上，工作表面的粗糙度參數(shù)值應(yīng)小于非工作表面的粗糙度參數(shù)值。摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度參數(shù)值要小，滾動摩擦表面比滑動摩擦表面的粗糙度參數(shù)值要小。運動速度高、單位面積壓力大的表面，受交變應(yīng)力作用的重要零件上的圓角、溝槽的表面粗糙度參數(shù)值都應(yīng)小些。配合零件的表面粗糙度應(yīng)與尺寸及形狀公差相協(xié)調(diào)，一般尺寸與形狀公差要求越嚴(yán)，粗糙度值也就越小。配合精度要求高的配合表面（如小間隙配合的配合表面），受重荷載作用的過盈配合表面的粗糙度參數(shù)值也應(yīng)小些。同一公差等級的零件，小尺寸比大尺寸、軸比孔的粗糙度參數(shù)值要小。凡有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已對表面粗糙度要求作出規(guī)定的，如與滾動軸承配合的軸頸和外殼孔的表面等，則應(yīng)按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)確定表面粗糙度參數(shù)值。表3-2和表3-3分別列出了表面粗糙度的表面特征、經(jīng)濟(jì)加工方法、應(yīng)用舉例以及軸和孔的表面粗糙度參數(shù)推薦值，表3-4、表3-5、表3-6及表3-7列出了表面粗糙度評定參數(shù)的

允許值，供選用時參考。表3-2表面粗糙度的表面特征、經(jīng)濟(jì)加工方法及應(yīng)用舉例mUa/R粗糙表面痕o2嘰幀工粗毛加的齒觸合、接配孔圈E鉆墊、飢臥面倒底過端、工軸面加如側(cè)耐阿帶成表和半工輪面半光表面-LU‘槽餌較表退合的齒詠堂壓債滾包機(jī)刮銳粗、求面要蓋合勲知等支而面也結(jié)陜箱*濫表噴需加蓊阿精筒表羽套的痕工加主冃喬跡看5堂齒、銃刨、、壓銃、、刮車表齒光表面咖向刊方co精滋壓h滾堂磨芯較的鍵合花配外M乩與軌、曰E銷床隹」匸命5TT圓式、臥面銷，表柱面心圓表宀疋咖向刪方00滾程壓精精作度匸精1咼面較4口#,質(zhì)加面性應(yīng)軌合變導(dǎo)配交的求受床要時車辨向'可方不跡00魯工財加精發(fā)度、精面、哥床眥面機(jī)曲齒密機(jī)輪精動齒極光表面精、一'活面澤亮磨面鏡拋精U木肖精超的合府高副除面精滾表面鏡學(xué)光量鏡高儀表3-3軸和孔的表面粗糙度參數(shù)推薦值表面特征Ra/um不大于輕度裝卸零件的配合公差等級表面基本尺寸/mm到50大于50到500表面（如掛輪、滾刀軸0.20.4等）5孔0.40.86軸0.40.8

基本系列補充系列基本系列補充系列基本系列補充系列基本系列補充系列0.0080.0100.0120.1251.2512.50.0160.1601.6016.00.0200.202.0200.0250.252.5250.0320.323.2320.0400.404.0400.0500.505.0500.0630.636.3630.0800.808.0800.1001.0010.0100

表3-6RSm的數(shù)值 （mm）0.0060.1001.600.01250.203.20.0250.406.30.0500.801.25表3-7Rmr(C)的數(shù)值（%）1015202530405060708090表3-5Rz表3-5Rz的數(shù)值(卩m)任務(wù)7小結(jié)圖1-2所示頂尖套筒，060h5外圓柱面及裝頂尖的4號莫氏錐孔有很高的表面質(zhì)量要求，

但無其他特殊要求，故表面粗糙度選用參數(shù) Ra，查表得參數(shù)值為0.8卩m；032H7孔是螺母的定位孔，其表面粗糙度參數(shù)也可選用Ra，但配合要求次于其他兩個表面，參數(shù)值選用1.6卩m，表面粗糙度選用是合理的。實訓(xùn)8安全閥表面粗糙度設(shè)計根據(jù)安全閥工作原理及閥門、閥蓋的使用功能要求，說明圖1-19所示閥門和圖1-20所示的閥蓋各表面粗糙度選用的合理性。知識梳理與總結(jié)表面粗糙度是一種波距小于 1mm的微觀幾