1、表面粗糙度,一、表面粗糙度的基本概念二、表面粗糙度的评定三、粗糙度参数及数值的选择四、表面粗糙度在图样上的标注,一、表面粗糙度的基本概念,表面粗糙度对零件的功能要求、使用寿命、美观程度都有重大影响。为了正确地测量和评定表面粗糙度以及在零件图上正确地标注其要求，以保证零件的互换性，我国发布了 GB/T3505-2000产品几何技术规范 表面结构 轮廓法 表面结构的术语、定义及参数,一、表面粗糙度的基本概念,GB/T10610-1998产品几何技术规范 表面结构 轮廓法 评定表面结构的规则和方法、GB/T1031-1995表面粗糙度 参数及其数值，GB/T131-1993机械制图 表面粗糙度符号、
2、代号及其注法，GB/T15757-1995表面缺陷 术语等。,一、表面粗糙度的基本概念,1.定义：加工表面上具有的间距较小的微小峰谷所组成的微观几何形状特征。,一、表面粗糙度的基本概念,表面粗糙度、表面波纹度和形状误差，三者通常按波距（间距）来划分：波距小于 1mm 的属于表面粗糙度；波距在 110mm 的属于表面波纹度；波距大于 10mm 的属于形状误差。,2.产生的原因：由于切削过程中的刀痕，切屑分离时的塑性变形，刀具与工件表面之间的摩擦以及工艺系统的高频振动等原因所形成。,3.对零件使用性能的影响：耐磨性 相互运动的表面越粗糙，磨损就越快。这是因为相互运动的两零件表面，只能在轮廓的峰顶间
3、接触，当表面间产生相对运动时，峰顶的接触将对运动产生摩擦阻力，使零件磨损。此外，表面越粗糙，实际有效接触面积就越小，单位面积上的压力越大，磨损就越严重。,3.对零件使用性能的影响：配合性质的稳定性 相互配合的表面微小峰被去掉后，它们的配合性质会发生变化。对于过盈配合，由于压入装配时，零件表面的微小峰被挤平而使有效过盈减小，降低了联结强度；对于有相对运动的间隙配合，工作过程中表面的微小峰被磨去，使间隙增大，影响原有的配合要求。,3.对零件使用性能的影响：耐疲劳性,受交变应力作用的零件表面，疲劳裂纹易在微小谷的位置出现，这是因为在微观轮廓的微小谷底处产生应力集中，使材料的疲劳强度降低，导致零件表面
4、产生裂纹而损坏。,3.对零件使用性能的影响：抗腐蚀性,在零件表面的微小谷的位置容易残留一些腐蚀性物质，由于其与零件的材料不同，故而形成电位差，对零件产生电化学腐蚀。表面越粗糙，电化学腐蚀越严重。,3.对零件使用性能的影响：耐密封性,密封件表面存在微小的峰谷时，密封性变差。对于静态密封表面，密封面上的凸凹不平在密封面间留下微隙，会引起渗漏；对于动态密封表面，由于有相对运动，表面间应含有润滑油层，表面不能太光滑，以便储存润滑油。,3.对零件使用性能的影响：表面接触刚度,由于表面的凸凹不平，实际表面间的接触面积有的只有公称面积的百分之几。接触面积愈小，单位面积受力就愈大，粗糙峰顶处的局部变形也愈大，
5、接触刚度便会降低，影响机件的工作精度和抗振性。,3.对零件使用性能的影响：导电性与导热性,由于表面的凸凹不平，实际表面间的接触面积有的只有公称面积的百分之几。接触面积愈小，单位面积受力就愈大，粗糙峰顶处的局部变形也愈大，接触刚度便会降低，影响机件的工作精度和抗振性。,3.对零件使用性能的影响：表面反射能力,3.对零件使用性能的影响：流体流动阻力,流体在管道内发生紊流时，摩擦阻力就增大。管壁的相对粗糙度Rz/r的数值可作为是否发生紊流的一个指标。管径愈小，流速愈大，则管壁粗糙度对摩擦损失的影响就愈大。（控制粗糙度及纹理方向）,3.对零件使用性能的影响：影响表面涂层质量,表面粗糙度会影响金属板的喷
6、涂特性和喷涂表面的美观程度。对于电镀的机体表面，建议采用车削或端铣，而不用磨削，并控制纹路间距和沟槽截面形状，以使镀层牢固。,二、表面粗糙度的评定,零件表面的粗糙度是否满足设计要求，需要进行测量和评定。为了使测量和评定结果统一，根据国家标准的要求，应规定取样长度、评定长度、基准线和评定参数，且测量方向应垂直于表面的加工纹理方向。,二、表面粗糙度的评定,1.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长度，用符号 lr 表示。目的是限制、减弱波纹度、形状误差对测量结果的影响。取样长度应适当，过短则不能反映表面的微观起伏程度，过长则可能使测量结果受到波纹度甚至形状误差的影响。,二、表面粗糙
7、度的评定,1.取样长度从以下的系列中选取：0.08，0.25，0.8，2.5，8.0（mm）,二、表面粗糙度的评定,2.评定长度 是指为了合理且较全面地反映整个表面的粗糙度特征，而在测量和评定表面粗糙度时所必需的一段最小长度，用符号 ln 表示。,二、表面粗糙度的评定,3.基准线 通过测量手段获得表面轮廓曲线以后，需要提供一条定量评定表面粗糙度量值的基准线，作为计算各种参数的基础。轮廓算术平均中线 轮廓最小二乘中线,二、表面粗糙度的评定,3.基准线 轮廓算术平均中线:是指具有理想的直线形状并在取样长度lr 内与轮廓走向一致的基准线，该基准线将实际轮廓分成上、下两个部分，且使上部分面积之和等于下
8、部分面积之和。F 1+F 3+=F 2+F 4+,二、表面粗糙度的评定,3.基准线 轮廓算术平均中线:F 1+F 3+=F 2+F 4+,二、表面粗糙度的评定,3.基准线 轮廓最小二乘中线:具有理想的直线形状并划分被测轮廓的基准线，在取样长度 lr 内使轮廓上的各点到该基准线的距离的平方和为最小。,二、表面粗糙度的评定,3.基准线 轮廓最小二乘中线:,二、表面粗糙度的评定,4.评定参数 为了定量评定表面粗糙度轮廓，必须用参数及其数值来表示表面粗糙度轮廓的特征。包括：微小峰、谷的幅度；间距的大小；通常采用下列幅度参数和间距参数。,二、表面粗糙度的评定,轮廓算术平均偏差Ra 在取样长度 lr 内，
9、被测轮廓上各点到基准线的距离 Zi 的绝对值的算术平均值。,二、表面粗糙度的评定,轮廓算术平均偏差Ra 在取样长度 lr 内，被测轮廓上各点到基准线的距离 Zi 的绝对值的算术平均值。,二、表面粗糙度的评定,轮廓最大高度Rz 在取样长度 lr 内，最大轮廓峰高Zp与最大轮廓谷深Zv之和的高度。Rz=Zp+Zv,二、表面粗糙度的评定,轮廓单元的平均宽度RSm 一个轮廓峰与相邻的轮廓谷的组合叫做轮廓单元。在取样长度 lr 范围内，中线与各个轮廓单元相交线段的长度叫做轮廓单元的宽度，用符号Xsi表示。轮廓单元的平均宽度是指在一个取样长度 lr范围内所有轮廓单元的宽度Xsi的平均值。,二、表面粗糙度的
10、评定,轮廓单元的平均宽度RSm,二、表面粗糙度的评定,轮廓支承长度率Rmr(c)在评定长度ln内，一条平行于中线的直线从峰顶线向下移动到某一水平位置（移动距离c）时，轮廓的实体材料长度Ml(c)与评定长度ln之比（用百分率表示）。,二、表面粗糙度的评定,轮廓支承长度率Rmr(c),二、表面粗糙度的评定,轮廓支承长度率Rmr(c)轮廓支承长度率 Rmr(c)与零件的实际轮廓形状有关，是反映零件表面耐磨性的指标。其他条件相同时，Rmr(c)越大，支承面积越大，接触刚度越高，耐磨性能越好。,表面粗糙度参数及其数值选用的合理与否，直接影响到机器的使用性能和寿命，特别是对装配精度要求高、运动速度要求高、
11、密封性能要求严的产品，更具有重要的意义。,三、粗糙度参数及数值的选择,参数的选择：与高度特性有关的评定参数是基本评定参数，通常只给出 Ra 或 Rz 及允许值。与间距和形状特性有关的参数是附加评定参数，在有特殊要求时才选用。,三、粗糙度参数及数值的选择,1.高度参数的选择 参数 Ra 的概念直观，Ra 值反映表面粗糙度轮廓特性的信息量大，且 Ra 值用触针式轮廓仪测量比较容易，普遍采用。对于极光滑的表面和粗糙表面，采用 Rz 作为评定参数。,三、粗糙度参数及数值的选择,2.参数值的选择 应考虑：零件表面的功能要求；加工的经济性；GB/T1031-1995 规定的参数值；优先选择第一系列中的数值
12、；选用的原则；每个数值的应用场合；选择时可采用类比法。,三、粗糙度参数及数值的选择,2.参数值的选择：在生产实际中，对零件表面微观特征的控制，并不在于寻求最光滑的表面，而是为了获得符合使用要求的适当的表面粗糙度，而且要采取最经济的加工方法保证实现这个目的。,三、粗糙度参数及数值的选择,2.数值的选择：控制一个表面的粗糙度并不一定要求粗糙度的参数值很小，而是在满足使用性能要求的前提下，尽可能选用较大的粗糙度参数值，这样有利于降低制造成本和取得较好的经济效益。,三、粗糙度参数及数值的选择,1.在满足功能要求的前提下，尽量选用较大的粗糙度参数值。2.同一零件上，工作面比非工作面粗糙度值小。3.摩擦表
13、面比非摩擦表面粗糙度值小。4.滚动摩擦表面比滑动摩擦表面粗糙度值小。5.相对运动速度高，单位面积压力大，受交变应力作用的表面粗糙度值应取小些。6.配合性质要求稳定的表面，表面粗糙度值应取小些。,表面粗糙度的选用原则：,7.表面粗糙度参数值应与尺寸公差和形位公差协调。8.凡有关标准已对表面粗糙度要求做出规定的（例如与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的表面粗糙度），按标准规定选取。9.同一公差等级的零件，小尺寸零件的表面粗糙度值比大尺寸零件的表面粗糙度值要小一些。10.相互配合的孔、轴，轴表面的粗糙度值应比孔表面的要小些。,表面粗糙度的选用原则：,11.其他条件相同时，间隙配合的表面粗糙度值应比过盈配合
14、的表面粗糙度值小些。12.对防腐蚀、密封性要求高的表面，粗糙度参数值应小些。13.对于机械设备上的操作手柄、食品用具及卫生设备等特殊用途的零件表面，应选取较小的粗糙度参数值。,表面粗糙度的选用原则：,四、表面粗糙度在图样上的标注,确定零件表面粗糙度轮廓评定参数及允许值和其他技术要求后，应按照国家标准的规定，以表面粗糙度轮廓符号和代号的形式，正确地标注在零件图上。GB/T 131-1993 规定了零件表面粗糙度符号、代号及其在图样上的标注方法。,1.表面粗糙度轮廓的符号和代号,2.表面粗糙度高度参数值的注写及涵义,3.2 max,3.2 max1.6 min,用去除材料的方法获得的表面粗糙度Ra
15、的最大值为3.2m,用去除材料的方法获得的表面粗糙度Ra最大值为3.2m，最小值为1.6m,2.表面粗糙度高度参数值的注写及涵义,1.6,6.33.2,用任何方法获得的表面粗糙度Ra的上限值为1.6m,用去除材料的方法获得的表面粗糙度Ra上限值为3.2m，下限值为1.6m,2.表面粗糙度高度参数值的注写及涵义,给定上限值：同一评定长度范围内，幅度参数所有实测值中，大于上限值的个数少于总数的16%，则认为合格。给定上限值和下限值：同一评定长度范围内，幅度参数所有实测值中，大于上限值的个数少于总数的16%，且小于下限值的个数少于总数的16%，则认为合格。给定最大值：整个被测表面上幅度参数所有的实测
16、值皆不大于允许值，则认为合格。给定最大值和最小值：整个被测表面上幅度参数所有的实测值皆在最大与最小允许值范围内，才认为合格。,2.表面粗糙度高度参数值的注写及涵义,3.表面粗糙度在图样上的标注 标注表面粗糙度代号时，代号的尖端指向可见轮廓线、尺寸线、尺寸界线或它们的延长线上，必须从材料外指向零件表面。,3.表面粗糙度在图样上的标注,代号中数字的方向必须与尺寸数字方向一致，对其中使用最多的代号可统一标注在图样右上角，并加注“其余”两字，且是图形上其他代号的 1.4 倍。,用细实线相连的不连续的同一表面只标注一次。当零件所有表面具有相同的粗糙度时，其代号可在图样的右上角统一标注，其代号应为图形上其
17、他代号的1.4倍。,齿轮齿面的粗糙度符号应标注在齿轮的分度线上。花键的大径、小径、键侧表面粗糙度的标注如图所示，但符号指向有误。,零件上连续表面，粗糙度只标注一次。,可以标注简化代号，但要在标题栏附近说明这些简化代号的意义。,同一表面上有不同的要求时，用细实线画出其分界线，并注出相应的表面粗糙度代号和尺寸。零件需要局部热处理或镀涂时，应用粗点画线画出其范围，并注出相应的尺寸，也可将其要求注写在表面粗糙度代号上。,螺纹的注法以及在渐开线花键非圆视图上的注法。,表面粗糙度参数值的应用场合,12.5 m:粗加工非配合表面。如轴端面、倒角、钻孔、键槽非工作面、垫圈接触面、不重要的安装支承面、螺钉孔表面
18、等 6.3 m:半精加工表面。用于不重要的零件的非配合表面，如支柱、轴、支架、外壳、衬套、盖等的端面；螺钉、螺栓和螺母的自由表面；不要求定心和配合特性的表面，如螺栓孔、螺钉通孔、铆钉孔等；飞轮、皮带轮、离合器、联轴器、凸轮、偏心轮的侧面；平键及键槽上下面，花键非定心表面，齿顶圆表面；所有轴和孔的退刀槽；不重要的连接配合表面；犁铧、犁侧板、深耕铲等零件的摩擦工作面；插秧爪面等,3.2 m:半精加工表面。外壳、箱体、盖、套筒、支架等和其他零件连接而不形成配合的表面；不重要的紧固螺纹表面，非传动用梯形螺纹、锯齿螺纹表面；燕尾槽表面；键和键槽的工作面；需要发蓝的表面；需滚花的预加工表面；低速滑动轴承和
19、轴的摩擦面；张紧链轮、导向滚轮与轴的配合表面；滑块及导向面（速度2050m/min）收割机械切割器的摩擦器动刀片、压力片的摩擦面，脱粒机格板工作面等,表面粗糙度参数值的应用场合,表面粗糙度参数值与所适应的表面,1.6 m:要求有定心及配合特性的固定支承、衬套、轴承和定位销的压入孔表面；不要求定心及配合特性的活动支承面，活动关节及花键结合面；8级齿轮的齿面，齿条齿面；传动螺纹工作面；低速传动的轴颈；楔形键及键槽上、下面；轴承盖凸肩（对中心用），三角皮带轮槽表面，电镀前金属表面等,0.8 m:要求保证定心及配合特性的表面。锥销和圆柱销表面；与0和6级滚动轴承相配合的孔和轴颈表面；中速转动的轴颈，过
20、盈配合的孔IT7，间隙配合的孔IT8，花键轴定心表面，滑动导轨面 不要求保证定心及配合特性的活动支承面；高精度的活动球状接头表面、支承垫圈、榨油机螺旋榨辊表面等,表面粗糙度参数值的应用场合,0.2 m:要求能长期保持配合特性的孔IT6、IT5，6级精度齿轮齿面，蜗杆齿面（67级），与5级滚动轴承配合的孔和轴颈表面；要求保证定心及配合特性的表面；滚动轴承轴瓦工作表面；分度盘表面；工作时受交变应力的重要零件表面；受力螺栓的圆柱表面，曲轴和凸轮轴工作表面，发动机气门圆锥面，与橡胶油封相配的轴表面等,表面粗糙度参数值的应用场合,0.1 m:工作时受较大交变应力的重要零件表面，保证疲劳强度、防腐蚀性及在
21、活动接头工作中耐久性的一些表面；精密机床主轴箱与套筒配合的孔；活塞销的表面；液压传动用孔的表面，阀的工作表面，汽缸内表面，保证精确定心的锥体表面；仪器中承受摩擦的表面，如导轨、槽面等,表面粗糙度参数值的应用场合,0.05 m:滚动轴承套圈滚道、滚珠及滚柱表面，摩擦离合器的摩擦表面，工作量规的测量表面，精密刻度盘表面，精密机床主轴套筒外圆面等 0.025 m:特别精密的滚动轴承套圈滚道、滚珠及滚柱表面；量仪中较高精度间隙配合零件的工作表面；柴油机高压泵中柱塞副的配合表面；保证高度气密的接合表面等,表面粗糙度参数值的应用场合,0.012 m:仪器的测量面；量仪中高精度间隙配合零件的工作表面；尺寸超
22、过100mm量块的工作表面等 0.008 m:量块的工作表面；高精度测量仪器的测量面，光学测量仪器中金属镜面；高精度仪器摩擦机构的支撑面等,表面粗糙度参数值的应用场合,表面粗糙度参数值与所适应的表面,表面粗糙度参数值与所适应的表面,设计举例,减速器的输出轴,减速器的输出轴,为了保证输出轴的配合性质和使用性能，除了设计输出轴各几何部分的尺寸公差和形位公差外，还要确定表面粗糙度参数值，评定参数通常选择轮廓算术平均偏差Ra的上限值，可采用类比法或查设计手册。解：（1）两个52k6轴颈分别与两个相同规格的0级滚动轴承内圈配合，则该表面的粗糙度Ra值的确定可查表，在表中，与0和6级滚动轴承相配合的孔和轴
23、颈表面粗糙度Ra值对应为0.8m；对应尺寸公差等级IT6、基本尺寸为52mm的轴颈表面粗糙度Ra值对应为0.8m。综合考虑后确定两个52k6轴颈表面粗糙度Ra值为0.8m。,减速器的输出轴,（2）56k6的轴颈与齿轮孔为基孔制过渡配合，要求保证定心及配合特性，查表，要求保证定心及配合特性的表面粗糙度Ra值对应为0.8m，对应尺寸公差等级IT6、基本尺寸为56mm的轴颈表面粗糙度Ra值对应为0.8m，因此，确定56k6轴颈表面粗糙度Ra值为0.8m。,减速器的输出轴,（3）40m6的轴颈与联轴器或传动件的孔配合，为了使传动平稳，必须保证定心及配合特性，通过查表，确定40 m6轴颈表面粗糙度Ra值
24、为0.8m。（4）50的轴颈属于非配合表面，没有标注尺寸公差等级，其表面粗糙度参数Ra值可放宽要求，通过查阅表，确定50轴颈表面粗糙度Ra值为12.5m（也可确定Ra值为6.3m）。,减速器的输出轴,（5）40m6轴颈上的键槽两侧面为工作面，尺寸及公差带代号为12N9，通过查表，确定12N9键槽两侧面粗糙度Ra值为3.2m；40m6轴颈上的键槽深度表面为非工作面，查表，确定12N9键槽深度表面粗糙度Ra值为6.3m。,减速器的输出轴,（6）56k6轴颈上的键槽两侧面尺寸及公差带代号为16N9，通过查阅表，确定16N9键槽两侧面粗糙度Ra值为3.2m；56k6轴颈上的键槽深度表面为非工作面，查表
25、，确定16N9键槽深度表面粗糙度Ra值为6.3m。,典型表面粗糙度的控制要求举例,活塞销：为使配合衬套有足够的寿命，活塞销的轴向和径向表面粗糙度值必须小于Ra0.125m，对于高载荷的活塞，还要严格控制圆柱度误差。曲轴支承轴颈表面：为确保支承寿命，表面粗糙度值必须小于Ra0.3m。滑动导轨表面：一般采用磨削加工，软导轨表面粗糙度加工到Ra0.7m，淬火导轨加工到Ra0.4m。,典型表面粗糙度的控制要求举例,电机轴承轴颈：必须将小电机上的轴颈表面控制在Ra0.30.5m范围内。如果超过Ra0.5m，则轴作用在浇铅轴衬上就象锉刀一样，使电机过早损坏。但小于Ra0.3m时，轴颈中的润滑作用将降低，因
26、此，保证表面粗糙度数值的下限也是很重要的。同时，严格控制圆柱度误差。,典型表面粗糙度的控制要求举例,整流子电刷的交界面：要求直流电机的整流子和电刷有非常光滑的配合面以延长寿命。然而，如果整流子表面加工得过于光滑，电刷就不能很好的跑合。因此，整流子应具有给定的表面粗糙度值，然后通过跑合降低表面粗糙度，从而使磨损为最小。对于刚开始跑合的电刷，发现最好的起始表面粗糙度约为Ra0.4m。,典型表面粗糙度的控制要求举例,半导体元件：大功率半导体器件对表面粗糙度和平面度都有严格的要求，以保证良好的导电、导热性，要求小于Ra1.25m。用于编码器等工作台的轴系表面：要进行磨削加工并配研到Ra0.0250.0
27、5m。坐标测量机气垫支承导轨的平板玻璃：表面粗糙度应不超过Ra0.025m。,典型表面粗糙度的控制要求举例,量块表面：表面粗糙度可在Ra0.0080.012m范围内变动。齿轮的齿面：理想的表面粗糙度为Ra0.250.3m。滚动轴承配合面：为保证滚动轴承的工作质量和使用寿命，除正确选用配合外，还要使相配轴、轴承座孔的表面粗糙度和形位公差选用得当。可查表确定。,典型表面粗糙度的控制要求举例,医疗设备外露表面：粗糙度常以外观为条件而选择。也有例外，如幼儿呼吸器，该设备基本上是一种快速循环、小容量的空气泵，关键参数是空气泵气缸内壁的表面粗糙度。活塞用聚四氟乙烯密封圈控制泄漏，经多种检测试验发现，如果气
28、缸表面太粗糙，即Ra超过0.2m，则密封圈将迅速地磨损而引起过量泄漏。如果气缸表面粗糙度Ra 为0.1m或更小，则由于密封圈与气缸壁间的磨擦而发生过热现象，使聚四氟乙烯密封圈遭到局部熔化，而导致呼吸器损坏。,典型表面粗糙度的控制要求举例,食品加工设备：鉴于卫生的原因，食品微粒不允许聚积在凹坑、裂缝、尖角等处。通常，对任何与食品接触的表面，都要求Ra 0.8m或更小些，以符合卫生要求。当然，对表面粗糙度提出要求只是一个方面，还要有其他要求。例如，食品加工设备中的刮板叶片，采用不锈钢材料，经超精加工后抛光成高反射率的镜面Ra 为0.01m，使其具有很高的耐腐蚀性和耐磨损性。,思考题,（1）表面粗糙度对零件的使用性能有哪些影响？（2）测量或评定表面粗糙度参数值时，为什么要规定取样长度和评定长度？两者之间关系如何？（3）选择表面粗糙度数值时主要应考虑哪些因素？,思考题,（4）下列每组两孔中哪个孔的表面粗糙度高度特征的参数值应较小，并说明原因。70H7与30H7，70H6与30H7，50H7/k6与50H7/g6，圆柱度公差分别为0.01mm和0.02mm的两个30H7孔。,
