互換性與測(cè)量技術(shù)王益祥機(jī)械工程學(xué)院1第4章表面結(jié)構(gòu)4.1基本概念4.2表面粗糙度的評(píng)定4.3表面粗糙度的選擇4.4表面粗糙度的測(cè)量4.1表面粗糙度的概念4.1.1表面粗糙度的概念4.1.2表面粗糙度對(duì)表面性能的影響4.1.1表面粗糙度的概念一、表面粗糙度輪廓的界定完工零件實(shí)際表面輪廓圖6-1表面輪廓表面輪廓：平面與表面相交所得的輪廓線，稱為表面輪廓。二、定義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。4.1.1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波峰或兩波谷之間的距離(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。表面粗糙度輪廓(λ＜1mm)波紋度輪廓(1mm＜λ＜10mm)宏觀形狀輪廓(λ＞10mm)λ實(shí)際表面輪廓圖6-2零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的兩個(gè)表面只能在輪廓的峰頂發(fā)生接觸，如圖6.2所示。零件表面越粗糙，則摩擦阻力越大，零件的磨損也越快。4.1.2表面粗糙度對(duì)零件使用

性能的影響（1）對(duì)摩擦和磨損的影響4.1.2表面粗糙度對(duì)零件使用性能的影響（2）對(duì)配合性能的影響對(duì)于間隙配合，相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面因其粗糙不平而迅速磨損，致使間隙增大；對(duì)于過(guò)盈配合，表面輪廓峰頂在裝配時(shí)容易被擠平，使實(shí)際有效過(guò)盈量減小，致使聯(lián)接強(qiáng)度降低，因此表面粗糙度影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性。（3）對(duì)機(jī)器和儀器定位精度的影響零件定位表面上的微小峰、谷會(huì)使接觸面積減小，在受到壓力時(shí)，粗糙表面的凸峰處會(huì)產(chǎn)生彈性變形和塑性變形，造成定位的不穩(wěn)定性，產(chǎn)生定位誤差。4.1.2表面粗糙度對(duì)零件使用性能的影響（4）對(duì)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(shí)，對(duì)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。（5）對(duì)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，如圖5.4所示，致使腐蝕加劇。4.1.2表面粗糙度對(duì)零件使用性能的影響4.2表面粗糙度的評(píng)定4.2.1基本術(shù)語(yǔ)和定義4.2.2表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)4.2.1基于術(shù)語(yǔ)和定義（1）取樣長(zhǎng)度（2）評(píng)定長(zhǎng)度（3）輪廓中線表面輪廓取法4.2.1基本術(shù)語(yǔ)和定義1、取樣長(zhǎng)度取樣長(zhǎng)度：是測(cè)量或評(píng)定表面粗糙度所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線長(zhǎng)度，至少包含5個(gè)以上輪廓峰和5個(gè)輪廓谷。取樣長(zhǎng)度的方向與輪廓的走向一致。中線lnlrlrlrlrlr圖6-3取樣長(zhǎng)度和評(píng)定長(zhǎng)度2、評(píng)定長(zhǎng)度ln

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(cè)量和評(píng)定時(shí)所規(guī)定的一段最小長(zhǎng)度稱為評(píng)定長(zhǎng)度(ln)。取標(biāo)準(zhǔn)評(píng)定長(zhǎng)度ln＝5l，并以5個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)的粗糙度數(shù)值的平均值作為評(píng)定長(zhǎng)度內(nèi)的粗糙度的最可靠值。若被測(cè)表面比較均勻，可選ln＜5l；若均勻性差，可選ln＞5l。2．評(píng)定長(zhǎng)度ln3、輪廓中線lryi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(píng)定表面粗糙度參數(shù)值而確定的一條基準(zhǔn)線。(1)輪廓最小二乘中線是在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，使被測(cè)輪廓上各點(diǎn)至一條假想線的距離的平方和為最小，即，這條假想線就是最小二乘中線。lF1′F2′Fi′F1F2Fi(2)輪廓算術(shù)平均中線圖6-5表面粗造度輪的算術(shù)平均中線在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，由一條假想線將實(shí)際輪廓分成上下兩個(gè)部分，且使上部分面積之和等于下部分面積之和，即，這條假想的線就是輪廓的算術(shù)平均中線。6.2.2表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)為了完善地評(píng)定零件表面實(shí)際輪廓的粗糙程度，需要分別從不同方向規(guī)定適當(dāng)?shù)膮?shù)。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T3505—2009規(guī)定的評(píng)定表面粗糙度的參數(shù)有：幅度參數(shù)（2個(gè)）間距參數(shù)（1個(gè)）曲線參數(shù)（1個(gè)）(1)輪廓的算術(shù)平均偏差Ra圖6-6輪廓算術(shù)平均偏差Ra的確定Raxynyiy1y2近似為1．特征參數(shù)在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓偏距絕對(duì)值的算術(shù)平均值，稱為輪廓算術(shù)平均偏差幅度特征參數(shù)是沿著垂直于評(píng)定基準(zhǔn)線的方向計(jì)量的。Ra值越大，則表面越粗糙。Ra能客觀地反映被測(cè)輪廓的幾何特性。Ra可用電動(dòng)輪廓儀直接測(cè)量，不受人為因素影響，但不夠直觀，且表面輪廓太粗糙或太光滑時(shí)不宜用輪廓儀測(cè)量。在一個(gè)取樣長(zhǎng)度范圍內(nèi)，最大輪廓峰高Ypmax與最大輪廓谷深Yvmax之和稱之為輪廓最大幅度，用符號(hào)Ry表示，即Rz=Ypmax

+Yvmax

圖6-7表面粗糙度輪廓的最大高度Rz的確定(2)輪廓的最大高度Rzyp2lryv4yv5Yp1=ypmaxyp5yp4yp2yv2yp3Ry中線yv3Yv1=yvmax輪廓單元的平均寬度RSm（間距參數(shù)）輪廓單元的平均寬度是指在一個(gè)取樣長(zhǎng)度lr范圍內(nèi)所有輪廓單元的寬度Xsi的平均值，用符號(hào)RSm表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：RSm屬于附加評(píng)定參數(shù)，與Ra或Rz同時(shí)選用，不能獨(dú)立采用。2、輪廓單元的平均寬度RSm（間距參數(shù)）間距特征參數(shù)是沿著評(píng)定基準(zhǔn)線方向測(cè)量的，能直接反映表面加工紋理的細(xì)密程度。3.輪廓的支承長(zhǎng)度率Rmr（曲線參數(shù)）如圖4—9所示，在一個(gè)評(píng)定長(zhǎng)度范圍內(nèi),一條平行于中線的線從峰頂線向下移一

段截圖

距C到某一水平位置時(shí)，與輪廓相截所得的各段截線長(zhǎng)度bi之和與評(píng)定長(zhǎng)度的比值叫做輪廓的支承長(zhǎng)度率。用符號(hào)Rmr（c）表示，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

3.輪廓的支承長(zhǎng)度率Rmr（曲線參數(shù)顯然，從峰頂線向下所取的水平截距C不同，其支承長(zhǎng)度率也不同，因此Rmr（c）值應(yīng)是對(duì)應(yīng)于水平截距C值而給出的。在標(biāo)準(zhǔn)中，Rmr（c）值是以百分率來(lái)表示的，當(dāng)C值一定時(shí)，Rmr（c）值越大，表示輪廓凸起的實(shí)體部分越多，故起支承作用的長(zhǎng)度長(zhǎng)，表面接觸剛度高，耐磨性好。Rmr（c）屬于附加評(píng)定參數(shù)，一般不獨(dú)立采用。4.2.4標(biāo)準(zhǔn)表面結(jié)構(gòu)圖形符號(hào)、代號(hào)及標(biāo)注（一）表面粗糙度的符號(hào)

GB/T131—2006標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，有關(guān)表面粗糙度的各項(xiàng)規(guī)定按功能要求給定，并注在符號(hào)中相應(yīng)的位置。若僅表示需要加工(采用去除材料的方法或不去除材料的方法)，但對(duì)表面粗糙度的其他規(guī)定沒(méi)有要求時(shí)，允許只注表面粗糙度符號(hào)。a1，a2——粗糙度高度參數(shù)代號(hào)及其數(shù)值（mm）；b——加工要求、鍍覆、涂覆、表面處理或其他說(shuō)明等；c——取樣長(zhǎng)度（mm）或波紋度（mm）；d——加工紋理方向符號(hào)；

e——加工余量（mm）；

f——粗糙度間距參數(shù)Sm或S與數(shù)值（mm）或支承長(zhǎng)度率tp與C的參數(shù)與數(shù)值。

(e)bc/fa1a2d圖5-9表面粗糙度輪廓代號(hào)（二）表面粗糙度的代號(hào)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(biāo)注前，附加參數(shù)不能單獨(dú)標(biāo)注。若需要標(biāo)注Sm值、S值或tp值時(shí)，數(shù)值寫在相應(yīng)代號(hào)的后面。若不按表6.5(P141)的有關(guān)規(guī)定選用對(duì)應(yīng)的取樣長(zhǎng)度時(shí)，其標(biāo)注如圖5.11(a)所示。若某表面的粗糙度要求由指定的加工方法(如銑削)獲得時(shí)，其標(biāo)注如圖5.11(b)所示。若需要標(biāo)注加工余量(設(shè)加工總余量為5mm)時(shí)，其標(biāo)注如圖5.11(c)所示。若需要控制表面紋理方向時(shí)，其標(biāo)注如圖5.11（d）所示。圖5-11附加要求的標(biāo)注示例注意：1、標(biāo)注時(shí)將其標(biāo)注在可見(jiàn)輪廓線、尺寸界線、引出線或它們的延長(zhǎng)線上，符號(hào)的尖端必須從材料外指向加工表面。2、高度參數(shù)：當(dāng)選用Ra時(shí)，只標(biāo)數(shù)值，Ra符號(hào)不標(biāo)。當(dāng)選用Rz時(shí)，符號(hào)和數(shù)值都要標(biāo)注。3、當(dāng)允許實(shí)測(cè)值中，超過(guò)規(guī)定值的個(gè)數(shù)少于總數(shù)的16%時(shí)，應(yīng)在圖中標(biāo)注上限值和下限值。4、當(dāng)所有實(shí)測(cè)值不允許超過(guò)規(guī)定值時(shí)，應(yīng)在圖樣上標(biāo)注最大值或最小值。5、取樣長(zhǎng)度：如按國(guó)標(biāo)選用，則可省略不標(biāo)。（三）表面粗糙度要求的圖樣標(biāo)注表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)一般注在圖樣的可見(jiàn)輪廓線、尺寸界限、引出線或它們的延長(zhǎng)線上，符號(hào)的尖端必須從材料外指向被測(cè)表面。代號(hào)中數(shù)字及符號(hào)的注寫方向，必須與尺寸數(shù)字方向一致，如圖5.12所示。當(dāng)零件的大部分表面的粗糙度值要求相同時(shí)，不必一一標(biāo)注，對(duì)其中使用最多的一種符號(hào)、代號(hào)可統(tǒng)一注在圖樣的右上角，并加注“其余”兩字，如圖5.12所示。12.512.53.23.23.2f其余2512.50.4M1.63.23.2ff圖5-12表面粗糙度代號(hào)標(biāo)注示例4.3表面粗糙度的選擇4.3.1表面粗糙度的選用原則：表面粗糙度評(píng)定參數(shù)應(yīng)該根據(jù)應(yīng)根據(jù)零件的工作條件、使用性能和測(cè)量等進(jìn)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)，又要考慮表面粗糙度檢測(cè)儀器（檢測(cè)方法）的測(cè)量范圍和工藝的經(jīng)濟(jì)性。在圖樣上標(biāo)注表面粗糙度時(shí)，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用要求時(shí)，才附加給出間距特征參數(shù)或形狀特征參數(shù)。一般情況下可從高度參數(shù)Ra、Rz和Ry中任選一個(gè)，但在常用值范圍內(nèi)(Ra為0.025～6.3μm，Rz為0.1～25μm)，應(yīng)優(yōu)先選用Ra.因?yàn)槟茌^充分合理地反映零件表面的粗糙度特征。Ra值通常用電動(dòng)輪廓儀測(cè)量，測(cè)量效率高。對(duì)于特別粗糙或特別光潔的表面，考慮到工作和檢測(cè)條件，可以選用Rz。Rz通常用雙管顯微鏡和干涉顯微鏡測(cè)量，測(cè)量部位小、峰谷少或有疲勞強(qiáng)度要求的零件表面可選用Ry作為評(píng)定參數(shù)。（一）、高度評(píng)定參數(shù)的選用4.3.2評(píng)定參數(shù)的選用附加評(píng)定參數(shù)一般情況下不作為獨(dú)立的參數(shù)選用，只有零件的表面有特殊使用要求時(shí)，僅用高度特征參數(shù)不能滿足零件表面的功能要求，才在選用了高度參數(shù)的基礎(chǔ)上，附加選用間距特征參數(shù)和形狀特征參數(shù)。（二）附加評(píng)定參數(shù)的選用密封性和耐磨性性要求時(shí)，就要考慮選擇附加參數(shù)RSm或Rmr（c）。4.3.3評(píng)定參數(shù)值的選用（一）選用原則在滿足使用性能要求的前提下，應(yīng)盡可能選用較大的參數(shù)允許值（tp除外）。（二）選擇方法類比法選擇時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)

（1）同一零件上工作表面比非工作表面粗糙度參數(shù)值小。（2）摩擦表面比非摩擦表面，滾動(dòng)摩擦表面比滑動(dòng)摩擦表面的粗糙度參數(shù)值小。（3）承受交變載荷的表面及易引起應(yīng)力集中的部分（如圓角，溝槽）粗糙度參數(shù)值應(yīng)小些。（4）要求配合穩(wěn)定可靠時(shí)，粗糙度參數(shù)值應(yīng)小些，小間隙配合表面，以及要求聯(lián)結(jié)可靠、受重載作用的過(guò)盈配合表面，其粗糙參數(shù)值要小。（5）配合性質(zhì)相同，零件尺寸小，其粗糙度值應(yīng)越小。同一精度等級(jí)，小尺寸比大尺寸、軸比孔的粗糙度值要小。（6）對(duì)以配合表面，其尺寸公差、形狀公差、表面粗糙度應(yīng)當(dāng)協(xié)調(diào)，一般情況下有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系。若t=0.6IT則Ra≤0.05ITRz≤0.2ITt=0.4ITRa≤0.025ITRz≤0.1ITt=0.25ITRa≤0.012ITRz≤0.05ITt=0.25ITRa≤0.15ITRz≤0.6IT4.4表面粗糙度的測(cè)量1.測(cè)量方向的選擇

對(duì)于表面粗糙度，如未指定測(cè)量截面的方向時(shí)，則應(yīng)在高度參數(shù)最大值的方向進(jìn)行測(cè)量，一般來(lái)說(shuō)也就是在垂直于表面加工的紋理方向上測(cè)量。2.表面缺陷的摒棄

表面粗糙度不包括氣孔、砂眼、擦傷、劃痕等缺陷。3.測(cè)量部位的選擇

在若干有代表性的區(qū)段上測(cè)量。6.5.1檢測(cè)的基本原則5.5.2表面粗糙度的測(cè)量

一、比較法 將被測(cè)表面和表面粗糙度樣板直接進(jìn)行比較，多用于車間，評(píng)定表面粗糙度值較大的工件。二、光切法 是應(yīng)用光切原理來(lái)測(cè)量表面粗糙度的一種測(cè)量方法。常用儀器——光切顯微鏡。該儀器適用于車.銑.刨等加工方法獲得的金屬平面或外圓表面。主要測(cè)量Rz值，測(cè)量范圍為Rz0.5-60μm