第五章表面粗糙度分析
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机械精度设计第五章：表面粗糙度
中线
lr
lr
lr ln
lr
lr
取样长度和评定长度
6．评定长度ln（evaluation length） 用于判别评定轮廓的x轴方向上的长度。 评定长度应包括一个或几个取样长度 。
一般取标准评定长度ln＝5lr。若被测表面比较 均匀，可选ln＜5lr；若均匀性差，可选ln＞5lr。
为充分合理地反映整个表面的粗糙度特性，必须 在多个取样长度上分别进行测量，并取各测得值的 算术平均值。
取样长度和评定长度数值
Ra(µ m) Rz (µ m) lr(mm) ln (mm)
≥0.008~0.02 >0.02~0.10 >0.10~2.0 >2.0~10.0 >10.0~80
≥0.025~0.10 >0.10~0.50 >0.50~10.0 >10.0~50.0 >50.0~320
0.08 0.25 0.8 2.5 8.0
把轮廓分成长波和短波成分的滤波器。
（1）入s滤波器
确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相 交界限的滤波器。
（2）入c滤波器
确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。
（3）入f滤波器
确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波的成分之间相 交界限的滤波器。 把轮廓分成长波和短波的滤波器。因为原始轮廓有粗糙 度轮廓、波纹度轮廓和波长更长的表面形状误差轮廓
GB/T 3505-2009规定的与评定表面粗糙度有关的部分术语和定义。
部分术语
轮 廓 滤 波 器
坐 标 系
表 面 轮 廓
原 始 轮 廓
粗 糙 度 轮 廓
取 样 长 度
评 定 长 度
中 线
lr
lr
lr ln
lr
lr
取样长度和评定长度
6．评定长度ln（evaluation length） 用于判别评定轮廓的x轴方向上的长度。 评定长度应包括一个或几个取样长度 。
一般取标准评定长度ln＝5lr。若被测表面比较 均匀，可选ln＜5lr；若均匀性差，可选ln＞5lr。
为充分合理地反映整个表面的粗糙度特性，必须 在多个取样长度上分别进行测量，并取各测得值的 算术平均值。
取样长度和评定长度数值
Ra(µ m) Rz (µ m) lr(mm) ln (mm)
≥0.008~0.02 >0.02~0.10 >0.10~2.0 >2.0~10.0 >10.0~80
≥0.025~0.10 >0.10~0.50 >0.50~10.0 >10.0~50.0 >50.0~320
0.08 0.25 0.8 2.5 8.0
把轮廓分成长波和短波成分的滤波器。
（1）入s滤波器
确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相 交界限的滤波器。
（2）入c滤波器
确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。
（3）入f滤波器
确定存在于表面上的波纹度与比它更长的波的成分之间相 交界限的滤波器。 把轮廓分成长波和短波的滤波器。因为原始轮廓有粗糙 度轮廓、波纹度轮廓和波长更长的表面形状误差轮廓
GB/T 3505-2009规定的与评定表面粗糙度有关的部分术语和定义。
部分术语
轮 廓 滤 波 器
坐 标 系
表 面 轮 廓
原 始 轮 廓
粗 糙 度 轮 廓
取 样 长 度
评 定 长 度
中 线
第五章表面粗糙度
图4 -9 不同形状轮廓的支承长度 轮廓的支承长度率 Rmr (c) 是反映零件表面耐磨性能的指标 , 零件(b)的 Rmr (c) 数值比零件(a)大，其表面耐磨性能好。
(二)GB/T 3505—2000 与GB 3505—1983 两标准中基本术语与参数符号的比较
表面粗糙度新旧标准基本术语与参数符#39; i i 1
算术平均中线 F1
F2
Fi
F1′
F2′
Fi′
lr
图4-5表面粗造度轮的算术平均中线
三、 表面粗糙度评定参数
（一）表面粗糙度评定参数 1.轮廓的算术平均偏差
在一个取样长度lr内，被测轮廓线上各点到中线纵坐标绝 l 1 对值的算术平均值，记为 Ra Ra y dx
第五章 表面粗糙度
主要内容： 1、表面粗糙度的概念；
2、表面粗糙度的评定参数；
3、表面粗糙度的代号； 4、表面粗糙度的选择及标注；
表面粗糙度的相关标准
GB/T 3505—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》； GB/T 18618—2002《产品几何技术规范（GPS）表面结 构轮廓法图形参数》； GB／T1031—1995《表面粗极度参数及其数值》； GB／T 131—1993《机械制图表面粗糙度符号、代号及 其注法》。 GB/T 10610—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》。
1.一般选择原则 1）同一零件上，工作表面的粗糙度参数值小于非工作表面的粗糙度 参数值。 2）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 动摩擦表面的粗糙度数值要小；运动速度高、单位压力大的摩擦表面， 应比运动速度低、单位压力小的摩擦表面的粗糙度参数值要小。 3）有循环载荷的表面及易引起应力集中的部分（如圆角、沟槽）， 表面粗糙度参数值要小。 4）配合性质要求高的结合表面，配合间隙小的配合表面以及要求连 接可靠、受重载的过盈配合表面等，都应取较小的粗糙度参数值。 5）配合性质相同，零件尺寸越小则表面粗糙度参数值应越小；同一 精度等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度参数值要小。
第五章 表面粗糙度与检测
5
2、表面粗糙度评定方向、基准、评定长度： ⑴ 横向轮廓：与实际表面加工纹理方向垂直的轮廓。
6
⑵ 基准线：评定表面粗糙度参数值大小的参考线。
GB/T1031-2009规定：以轮廓最小二乘中线——取样长度内， 使被测轮廓上各点偏距平方和为最小的基准线，按最小二乘法拟定。 分 为：粗糙度轮廓中线、波纹度轮廓中线和原始轮廓中线
1 8
★ 表面粗糙度表面特征的经济加工方法：
★ 粗加工非结合面： Ra＞10 ★ 半精加工结合面：
10＞Ra＞2.5
★ 精加工结合面、工作面：
2.5＞Ra＞1.25
★ 精加工配合面：
1.25＞Ra＞0.32
★ 精密配合面：
0.32＞Ra＞0.08
★ 镜面：
1 9
0.04＞Ra＞0.01
★ 轴、孔表面粗糙度大小推荐值：
① 最大轮廓峰高Rp ③ 轮廓最大高度Rz ：Rz=Rp+Rv
1 0
② 最大轮廓谷深Rv ④ 轮廓单元平均高度Rc：
RC
1
m
m
Z ti i
1
⑤ 轮廓算术平均偏差Ra
Байду номын сангаас
一个取样长度lr内，被测轮廓线上各点距中线距离的算术平均值
Z
Z1
Z2
算术平均偏差Ra
Ra
Z3
Zi
Zn
x
1 lr Ra Z ( x) dx lr 0
一般应包含五个以上的轮廓峰、谷；
⑷ 评定长度：评定轮廓表面粗糙度所必须的一段表面长度。 标准评定长度ln：一般按五个取样长度确定ln＝5lr ；被测表面比较均匀 时，可选ln＜5lr；若均匀性差，则选ln＞5lr。
第五章表面粗糙度
5.2 表面结构的评定标准
1.取样长度( lr ) 取样长度是在X轴方向判别被评定轮廓的不规则特征的X轴方向上的长度。（如图5-3 ）国家
标准规定的取样长度lr见表5-1。
2、评定长度（ln） 用于判别被评定轮廓的X轴方向上的长度。它可以包括一个或几个取样长度（如图5-3）
5.2 表面粗糙度的评定 在测量和评定表面粗糙度时，首先要确定评定对象：实际轮廓 实际轮廓是指平面与实际表面相交得的轮廓线，分为横向与纵向实际轮廓。
1）轮廓微观不平度的平均间距(Sm) 在取样长度内，轮廓微观不平度的间距Smi的平均值。如图
5.2.2 评定参数与数值规定
2)轮廓单峰平均间距S 在取样长度内，轮廓的单峰间距Si的平均值，如图
5.2 表面粗糙度的评定 形状特性参数 3）轮廓支撑长度率tp 一条平行于中线与轮廓相截所得到的各段截线长bi之和与取样长度的比值，称之为轮廓支撑长度tp 用公式表示为
磨、镀等加工方法； （4）位置d标注表面纹理方向，如 “=”、“X”、“M”，见表5-6； （5）位置e标注加工余量，标注时，
以“mm”为单位给出数值。
图5-13～图5-16为表面结构完整图形符号的标注示例。
5.
3.
2
表
面
粗
糙
度
的
标
注
图5-13 加工工艺和表面结构要求的标注
图5-15垂直于视图所在投影 面的表面纹理方向的注法
若需标注 加工余量 ，可在规 定之处加 注余量值。
2.表面粗糙度代号及其标注
当需要表示的加工表面对表面特征的其他规定有要求时，应在表面粗糙度符号的相应位置，注上若干必要项目 的表面特征。
3.表面粗糙度在图样上的标注 5.3.2 表面粗糙度的标注
第五章_表面粗糙度轮廓及检测
对加工后表面测得的Ra值越大，则表面越粗糙。
Ra参数值
Ra为常用参数，取值有两个系列， Ⅰ系列为优先系列
Ⅰ系列： 100，50，25，12.5，6.3，3.2，1.6，0.8，0.4，0.2，0.1， 0.05，0.025，0.012。
Ⅱ系列： 80，63，40，32，20，16，10，8，5，4，2.5，2.0，1.25，1， 0.63，0.5，0.32，0.25，0.16，0.125，0.08，0.063，0.04， 0.032，0.02，0.016，0.01，0.008。
定长度为连续的5个取样长度（即 ln 5 lr ）。评定长度的标准化值见
表5-5。
3、长波和短波轮廓滤波器的截止波长
为了评价表面轮廓上各种几何形状误差中的某一几何形状误差，可以利用 轮廓滤波器来呈现这一几何形状误差，过滤掉其他的几何形状误差。
轮廓滤波器是指能将表面轮廓分离成长波成分和短波成分的滤波器，它们 所能抑制的波长称为截止波长。从短波截止波长至长波截止波长这两个极 限值之间的波长范围称为传输带。
图5-2 完工零件实际表面轮廓的形状和组成成分
粗糙度、波纹度、宏观形状通常按表面轮廓上相邻峰、谷间距 的大小来划分：
●粗糙度轮廓——相邻峰、谷间距小于1mm的表面轮廓。 ●波纹度轮廓——相邻峰、谷间距在1~10mm的表面轮廓。 ●宏观形状轮廓——相邻峰、谷间距大于10mm的表面轮廓。 在忽略由于粗糙度和波纹度引起的变化的条件下，表面总体形状 为宏观形状，其误差称为宏观形状误差或GB/T 1182-2008称谓的 形状误差。
2．轮廓的算术平均中线
在一个取样长度 lr 范围内，算术平均中线与轮廓走向一致，
这条中线将轮廓划分为上、下两部分，使上部分的各个峰面
CH5表面粗糙度-文档资料
齿轮、花键表面粗糙度标注示例
螺纹工作表面没有画出牙形时，可按如图的方 式标注。
中心孔、键槽工作表面、圆角、倒角的表面 粗糙度标注示例
例、图示为一减速箱中的输出轴，轴颈φ 55j6（两处）与滚 动轴承配合，φ 56r6和φ 45m6与齿轮和带轮配合，表面粗糙度 要求高。
输出轴上形位 公差、表面粗 糙度标注示例
表面粗糙度代 号注法
当零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要求 时，对其中使用最多的一种符号、代号可以统一注在 图样的右上角，并加注“其余”两字。
表面粗糙度标注示例
当零件的所有表面具有相同的表面粗糙度要求时， 其标注如图所示。
当齿轮、蜗轮、渐开线花键等工作表面没有画 出齿形时，其表面粗糙度代号可注在节圆上。如图 所示。
一般在常用的参数值范围 （ Ra 为0.025~6.3μ m，Rz为0.1~25μ m）内，国家
标准推荐优先选用Ra 。
2）R z 参数虽不如R a 参数反映的几何特 性准确、全面，但R z 的概念简单，测量也很 简便。
当表面过于粗糙（ Ra＞6.3μm）或太光 滑（ Ra ＜0.025μm）时，选用Rz。
二、表面粗糙度的基本术语
1．实际轮廓 平面与实际表面相交所得的轮廓线为实际
轮廓。 （分为横向轮廓和纵向轮廓）
横向实际轮廓 : 垂直于表面加工纹理的平面与表面相交 所得的轮廓线.
纵向实际轮廓 ：平行于表面加工纹理的平面与 表面相交所得的轮廓线。
2、取样长度 l (lr)
取样长度是指用于判别被评定轮廓的不规则特 征的一段基准线长度。为了限制和削弱表面波度对 表面粗糙度测量结果的影响，至少包含5个以上轮 廓峰和谷。
设表面形状公差为T，尺寸公差值为IT，对应关系
螺纹工作表面没有画出牙形时，可按如图的方 式标注。
中心孔、键槽工作表面、圆角、倒角的表面 粗糙度标注示例
例、图示为一减速箱中的输出轴，轴颈φ 55j6（两处）与滚 动轴承配合，φ 56r6和φ 45m6与齿轮和带轮配合，表面粗糙度 要求高。
输出轴上形位 公差、表面粗 糙度标注示例
表面粗糙度代 号注法
当零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要求 时，对其中使用最多的一种符号、代号可以统一注在 图样的右上角，并加注“其余”两字。
表面粗糙度标注示例
当零件的所有表面具有相同的表面粗糙度要求时， 其标注如图所示。
当齿轮、蜗轮、渐开线花键等工作表面没有画 出齿形时，其表面粗糙度代号可注在节圆上。如图 所示。
一般在常用的参数值范围 （ Ra 为0.025~6.3μ m，Rz为0.1~25μ m）内，国家
标准推荐优先选用Ra 。
2）R z 参数虽不如R a 参数反映的几何特 性准确、全面，但R z 的概念简单，测量也很 简便。
当表面过于粗糙（ Ra＞6.3μm）或太光 滑（ Ra ＜0.025μm）时，选用Rz。
二、表面粗糙度的基本术语
1．实际轮廓 平面与实际表面相交所得的轮廓线为实际
轮廓。 （分为横向轮廓和纵向轮廓）
横向实际轮廓 : 垂直于表面加工纹理的平面与表面相交 所得的轮廓线.
纵向实际轮廓 ：平行于表面加工纹理的平面与 表面相交所得的轮廓线。
2、取样长度 l (lr)
取样长度是指用于判别被评定轮廓的不规则特 征的一段基准线长度。为了限制和削弱表面波度对 表面粗糙度测量结果的影响，至少包含5个以上轮 廓峰和谷。
设表面形状公差为T，尺寸公差值为IT，对应关系
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三 在图样和其他技术产品文件中的注法
按照国家标准的规定，表面结构的注写和读取方向与尺 寸的注写和读取方向一致，可以标注在轮廓线上，其符号 应从材料外指向并接触表面。必要时，表面粗糙度符号也 可以用带箭头或黑点的指引线因出标注，如教材图5－17、 5－18所示。
在不致引起误解时，表面结构要求可以标注在给定 的尺寸线上，见图5－19；也可以标注在形位公差框格 的上方，见图5－20。
0.020
0.20
2.0
0.002
0.025
0.25
2.5
0.003
0.032
0.32
3.2
0.004
0.040
0.40
4.0
0.005
0.050
0.50
5.0
0.006
0.063
0.63
6.3
0.008
0.080
0.80
8.0
0.010
0.100
1.00
10.0
注：与表5-1注相同。
第三节 表面粗糙度标注
均偏差Ra]
(2) 在取样长度内，轮廓的纵坐标值y（x）绝对值
的
(3) 算术R平a 均1l 值0l y。(x)dx
Ra
1 n
n i1
yi
（2）微观不平度十点高度Rz[新国标：无]
在取样长度内五个最大的轮廓峰高的平均值与五
个最大轮廓谷深的平均值之和 。
式中
Rz 15(i51ypii51yvi)
800
0.100
1.00
10.0
100
1000
注：与表5-1注相同
表5－3 轮廓微观不平度的平均间距Sm和轮廓的单峰平均间距S的数值 mm
第五章_表面粗糙度(精品 值得参考)
常用的Ra值为：
50, 25，12．5；6．3，3．2，1．6；0．8，0.4, 0.2; 0.1….μm等。
粗加工.一般 用于不重要 的接触面和 非配合面
半精加工.用于较 重要接触面和一 般配合面
精加工.用于要 求较高的接触 面和配合面
光加工.用于高速 运动的配合面和精 密量具的工作面
第二节 表面粗糙度的选择
第五章
表面粗糙度（主要参考书：课本、孙玉芹编）
参考标准：GB/T3505-2000 GB/T1031-1995 等
• 基本内容：掌握表面粗糙度的基本概念， 表面粗糙度的评定、选用、标注及测量。 • 重点内容：表面粗糙度的评定、选用及 标注。 • 难点内容：表面粗糙度的评定、选用。 • 操作技能：表面粗糙度的测量。
在取样长度范围内，被测轮廓线上各 点至基准线的距离的算术平均值。
Ra
yi
yn
l
x
1 l Ra y dx l 0
近似为
1 n Ra y i n i 1
2)轮廓最大高度RZ
在取样长度范围内，最大轮廓峰高Rp与最大轮廓谷深Rv之 和称之为轮廓最大高度，用符号Rz表示，即Rz = Rp + Rv
三、表面粗糙度参数值的选择
一般来说，表面粗糙度参数值愈小，表面就愈 光滑，其性能愈好，使用寿命也愈长。但绝不能认 为表面粗糙度值越小越好。因为其值越小，加工成 本就会越高。
选用表面粗糙度参数值的总原则：首先满 足功能要求，其次是考虑经济性及工艺性。 在满足功能要求的前提下，参数值应尽可能 大些。
三、表面粗糙度参数值的选择（续）
第一节 表面粗糙度的基本概念
一、表面粗糙度概念
1、定义 在零件被加工表面上,具有微小间距和峰谷所 组成的微观几何形状的特征,称为表面粗糙度。
50, 25，12．5；6．3，3．2，1．6；0．8，0.4, 0.2; 0.1….μm等。
粗加工.一般 用于不重要 的接触面和 非配合面
半精加工.用于较 重要接触面和一 般配合面
精加工.用于要 求较高的接触 面和配合面
光加工.用于高速 运动的配合面和精 密量具的工作面
第二节 表面粗糙度的选择
第五章
表面粗糙度（主要参考书：课本、孙玉芹编）
参考标准：GB/T3505-2000 GB/T1031-1995 等
• 基本内容：掌握表面粗糙度的基本概念， 表面粗糙度的评定、选用、标注及测量。 • 重点内容：表面粗糙度的评定、选用及 标注。 • 难点内容：表面粗糙度的评定、选用。 • 操作技能：表面粗糙度的测量。
在取样长度范围内，被测轮廓线上各 点至基准线的距离的算术平均值。
Ra
yi
yn
l
x
1 l Ra y dx l 0
近似为
1 n Ra y i n i 1
2)轮廓最大高度RZ
在取样长度范围内，最大轮廓峰高Rp与最大轮廓谷深Rv之 和称之为轮廓最大高度，用符号Rz表示，即Rz = Rp + Rv
三、表面粗糙度参数值的选择
一般来说，表面粗糙度参数值愈小，表面就愈 光滑，其性能愈好，使用寿命也愈长。但绝不能认 为表面粗糙度值越小越好。因为其值越小，加工成 本就会越高。
选用表面粗糙度参数值的总原则：首先满 足功能要求，其次是考虑经济性及工艺性。 在满足功能要求的前提下，参数值应尽可能 大些。
三、表面粗糙度参数值的选择（续）
第一节 表面粗糙度的基本概念
一、表面粗糙度概念
1、定义 在零件被加工表面上,具有微小间距和峰谷所 组成的微观几何形状的特征,称为表面粗糙度。
第五章 表面粗糙度轮廓及其检测
波距λ＜1mm 属于表面粗糙度 波距λ在1—10mm 属于表面波纹度 波距λ＞10mm 属于形状误差
表面粗糙度轮廓对零件性能的影响
影响零件的耐磨性。
影响配合性质的稳定性。
影响零件的疲劳强度。 影响零件的抗腐蚀性。 影响零件的密封性。 对零件的外观、测量精度、表面光学性能、导 电导热性能和胶合强度等也有着不同程度的影 响。
表面粗糙度轮廓技术要求及在图 样上的标注 表面粗糙度轮廓的符号
在图样上表示表面粗糙度的符号有三种： a为基本符号，表示表面可以用任何方法获得； b表示表面是用去除材料的方法获得的； c表示表面是用不去除材料的方法获得的。 a b c
表面粗糙度轮廓的代号
a1、a2 处为粗糙度高度参数的 允许值（μm）；
表面粗糙度轮廓的评定
表面粗糙度轮廓的基本术语(一)
实际轮廓：实际轮廓
是指平面与实际表面 相交所得的轮廓线。 按相截方向的不同， 它们又可分为横向实 际轮廓和纵向实际轮 廓。在评定表面粗糙 度时，除非特别指明， 通常均指横向实际轮 廓，即与加工纹理方 向垂直的轮廓。
取样长度lr
评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度。 应与表面粗糙度的大小相适应。规定取样长 度是为了限制和减弱表面波纹度对表面粗糙 轮廓测量结果的影响，一般在一个取样长度 内应包含５个以上的波峰和波谷。（标准见 书P263 附表5-1。）
最低点。（如图）
平行于基准线并通过轮廓最高点的线称为峰顶线； 平行于基准线并通过轮廓最底点的线称为谷底线。 Nhomakorabea即：
Rz=Rp+Rv
Rp --轮廓最大峰高, Rv--轮廓最大谷深
第五章 机械加工表面质量讲解
4.表面层产生的金相组织变化对零件耐磨性的影响 金相组织的变化引起基体材料硬度的变化，进而
影响零件的耐磨性。
15
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响 （二）表面质量对零件疲劳强度的影响
1. 表面粗糙度对疲劳强度的影响
表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。 对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。
（一）加工 表面层的冷作硬化
1.表面层冷作硬化的产生
冷作硬化：机械加工时，工件表面层金属受到切 削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲，晶 粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化， 从而使表面层的强度和硬度增加，这种现象称为加 工硬化，又称冷作硬化和强化。
34
5.4 影响加工表面层物理机械性能的因素
机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几 何因素和物理力学因素两个方面。
（一）切削加工时表面粗糙度的影响因素
1. 几何因素
••刀主尖偏圆角弧kr、半副径偏rε 角kr′ •进给量f
22
残留面积高度H的计算：
当刀尖圆弧半径rε=0时，残留面积高度H为
H
f
cotkr cotkr
f： 进 给 量 ， Kr主 偏 角 ， Kr'副 偏 角
（一）表面质量对零件耐磨性的影响 1. 表面粗糙度对耐磨性的影响
零件耐磨性的影响因素： 摩擦副的材料；润滑条件；表面质量(接触面积)。
零件磨损三个阶段：初期磨损阶段；正常磨损阶段；剧烈磨损阶段
图5-1 磨损过程的基本规律
11
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
（一）表面质量对零件耐磨性的影响
1. 表面粗糙度对耐磨性的影响
表面粗糙度太大和太小都不耐磨 表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗
影响零件的耐磨性。
15
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响 （二）表面质量对零件疲劳强度的影响
1. 表面粗糙度对疲劳强度的影响
表面粗糙度越大，抗疲劳破坏的能力越差。 对承受交变载荷零件的疲劳强度影响很大。
（一）加工 表面层的冷作硬化
1.表面层冷作硬化的产生
冷作硬化：机械加工时，工件表面层金属受到切 削力的作用产生强烈的塑性变形，使晶格扭曲，晶 粒间产生剪切滑移，晶粒被拉长、纤维化甚至碎化， 从而使表面层的强度和硬度增加，这种现象称为加 工硬化，又称冷作硬化和强化。
34
5.4 影响加工表面层物理机械性能的因素
机械加工中，表面粗糙度形成的原因大致可归纳为几 何因素和物理力学因素两个方面。
（一）切削加工时表面粗糙度的影响因素
1. 几何因素
••刀主尖偏圆角弧kr、半副径偏rε 角kr′ •进给量f
22
残留面积高度H的计算：
当刀尖圆弧半径rε=0时，残留面积高度H为
H
f
cotkr cotkr
f： 进 给 量 ， Kr主 偏 角 ， Kr'副 偏 角
（一）表面质量对零件耐磨性的影响 1. 表面粗糙度对耐磨性的影响
零件耐磨性的影响因素： 摩擦副的材料；润滑条件；表面质量(接触面积)。
零件磨损三个阶段：初期磨损阶段；正常磨损阶段；剧烈磨损阶段
图5-1 磨损过程的基本规律
11
5.2 加工表面质量对零件使用性能的影响
（一）表面质量对零件耐磨性的影响
1. 表面粗糙度对耐磨性的影响
表面粗糙度太大和太小都不耐磨 表面粗糙度太大，接触表面的实际压强增大，粗
互换性与技术测量 第五章_表面粗糙度轮廓及其监测
第五章表面粗糙度轮廓及其监测一、判断题1.Rz参数由于测量点不多，因此在反映微观几何形状高度方面的特性不如Ra参数充分。
（对）2.零件的尺寸精度越高，通常表面粗糙度参数值相应取得越小。
（对）3.零件的表面粗糙度值越小，则零件的尺寸精度应越高。
（错）4.利用摩擦原理工作的表面应比非摩擦表面的表面粗糙度数值小。
（错）5.确定表面粗糙度时，通常必须三项高度特性方面的参数中选取。
（对）6.对过盈配合来说，表面粗糙会减小实际有效过盈，降低连接强度。
（对）7.轮廓的算术平均偏差最客观全面的反映了零件表面的粗糙程度。
（对）8.评定表面粗糙度时，规定取样长度是为了使测量方便。
（错）9.轮廓支撑长度率越大，则轮廓承受载荷的面积越大，所以就越耐磨。
（对）10.表面越粗糙，取样长度应越长。
（对）11.轮廓微观不平度的平均间距和轮廓支撑长度率主要用于控制表面加工痕迹的细密度。
（对）13.要求配合精度高的零件，其表面粗糙度数值应大。
（错）14.在加工过程中，刀具进给不规则或回转质量不平衡会形成工件表面波纹度。
（对）15.受交变载荷的零件，其表面粗糙度值应小。
（对）16.符号代表用任何方法获得的表面粗糙度，Ｒa的上限值为3.2。
（错）17.同一加工表面的值肯定大于值。
（对）18.评定表面轮廓粗糙度所必需的一段长度称评定长度，它可以包含几个取样长度。
（对）19.选择表面粗糙度参数值应尽量小。
（错）20.评定表面粗糙度时，规定评定长度是为了减少表面波度的影响。
（错）21.工件表面越粗糙，摩擦系数越大；工件表面越光洁，摩擦系数越小（错）22.国家标准规定经常采用的表面粗糙度幅度参数为轮廓算术平均偏差和轮廓的均方根偏差。
（错）二、填空题1.在同一水平位置上，轮廓支撑长度率数值越大，表示实体材料的长度占评定长度的比率越( )，( )和( )越好。
[答案]大；支撑刚度；耐磨性2.选择表面粗糙度轮廓的评定参数时，应优先使用( )。
[答案]轮廓的算术平均偏差3.用去除材料的方法获得的表面Ra的最大值为3.2，Ra的最小值为1.6，则该表面的粗糙度轮廓应标注为( )。
表面粗糙度与检测
3、绘制元件引脚
执行菜单命令Place→Pins，可将编辑模式 切换到放置引脚模式。此时鼠标指针旁边会多出 一个大十字符号及一条短线，可如下图所示按顺 序放置8根引脚。
在放置引脚时可以按Space键使其旋转到所 需角度。
4、编辑管脚
双击所要编辑的引脚，或者先选中该引脚， 然后单击鼠标右键，从快捷菜单中选取 Properties命令，进入“引脚属性”对话框，如 下图所示，在对话框中对引脚进行属性修改。
• 一、基本术语 • １.取样长度ｌｒ • 测量或评定表面粗糙度时所规定的一段基准长度称为取样长度. 用ｌ
ｒ 表示. 它至少包图５ －２ 取样长度和评定长度含５ 个以上轮廓 峰和谷. 如图５ － ２所示.
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第二节 表面粗糙度的评定
• 规定取样长度的目的在于限制和减弱其他几何形状误差. 特别是表面 波度对测量的影响. 表面越粗糙. 取样长度应越大.
• ２. 评定长度ｌｎ • 由于零件表面粗糙度的不均匀性. • 各处有一定差异. 为了合理地反映表面粗糙度特征. 在测量和评定时所
规定的一段最小长度称为评定长度. 用ｌｎ 表示.评定长度可包含一个 或几个取样长度. 如图５ －２ 所示. 一般情况下. 取ｌｎ ＝５ｌｒ. 如 被测表面均匀性较好. 可选用小于５ｌｒ 的评定长度. 若均匀性较差. 可选用大于５ｌｒ 的评定长度.
它们又同时叠加在同一表面轮廓上. 因此. 在测量评定三类轮廓上的参 数时. 必须先将表面轮廓在特定仪器上进行滤波. 以便分离获得所需波 长范围的轮廓. 这种可将轮廓分成长波和短波成分的仪器称为轮廓滤 波器.
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第二节 表面粗糙度的评定
• (２) 传输带 • 由两个不同截止波长的滤波器分离获得的轮廓波长范围则称为传输带.
1_第五章 表面粗糙度
第一节 表面粗糙度的概述
5.对接触刚度的影响
零件表面越粗糙，表面间的接触面积
就越小，单位面积受力就越大，峰顶处的局部塑性变形就
越大，接触刚度降低，进而影响零件的工作精度和抗振性。
6.对结合密封性的影响 粗糙不平的两个结合表面，仅在局部点 上接触，必然产生缝隙，影响密封性。
第二节 表面粗糙度的评定
不同的表面粗糙度数值，其加工方法是不同的，因此，经济效果 也是不同的，在选择表面粗糙度数值时必须予以考虑。
第四节 表面粗糙度的应用及检测
表5-11 各种加工方法所能达到的值(单位：μm)
第四节 表面粗糙度的应用及检测
表5-11 各种加工方法所能达到的值(单位：μm单位压力小的摩擦表面的粗糙
度数值小。
第四节 表面粗糙度的应用及检测
4)承受交变载荷的表面和易引起应力集中的部位，表面粗糙度数 值要求较小。 5)配合性质要求高的配合表面(如小间隙配合)、受重载荷作用的 要求联接强度高的过盈配合表面的表面粗糙度数值应较小。
6)对同一公差等级，小尺寸比大尺寸或轴比孔的表面粗糙度数值
表5-3 取样长度l的数值(单位：mm)
第二节 表面粗糙度的评定
表5-4 取样长度l和评定长度与，，的对应关系
第二节 表面粗糙度的评定
图5-10 轮廓微观不平度的平均间距
2.间距参数 (1)轮廓微观不平度的平均间距Sm 在取样长度l内，轮廓微观不 平度间距的平均值。
第二节 表面粗糙度的评定
第二节 表面粗糙度的评定
图5-8 轮廓算术平均偏差
1.高度评定参数 (1)轮廓算术平均偏差Ra 在取样长度l内，轮廓偏距绝对值的算 术平均值(图5-8)。
第二节 表面粗糙度的评定
(2)微观不平度十点高度Rz 在取样长度l内，5个最大的轮廓峰高 的平均值与5个最大的轮廓谷深的平均值之和(图5-9)。
第五章表面粗糙度new
13
5.2 表面粗糙度的评定
三、轮廓参数
2.轮廓谷
轮廓谷(profile valley)是连接（轮廓和X轴）两相邻交点向 内（从周围介质到材料）的轮廓部分。轮廓谷深Zv为X轴 线与轮廓谷最低点之间的距离。
14
5.2 表面粗糙度的评定
三、轮廓参数
3.轮廓单元
轮廓单元(profile element)是指为轮廓峰和轮廓谷的组合。 轮廓单元的高度Zt是指一个轮廓单元的峰高Zp和谷深Zv之 和；轮廓单元的宽度Xs是指X轴线与轮廓单元相交线的长 度。
② lr、ln的标注 默认评定长度不标，需要指定评定长度 ，要在幅度参数代号的后面注写取样长 度的个数。
(a) 取样长度个数“3”
(b) 取样长度个数“6”
5、单向和双向极限的标注
（1）单向极限的标注 单向上极限：标注参数代号、参数值和传输带； 单向下极限：参数代号前应加L，例L Ra 0.32。
2、评定长度ln——一般取ln=5,是指为了合理较全面反映整
个表面的表面粗糙度特性，而在测量和评定表面粗糙时所 必需的一段长度。
12
5.2 表面粗糙度的评定
三、轮廓参数
1.轮廓峰
轮廓峰(profile peak)是连接（轮廓和X轴）两相邻交点向 外（从材料到周围介质）的轮廓部分。轮廓峰高Zp为轮廓 峰最高点距X轴的距离
12.5
200
0.100 1.60
25
400
0.20
3.2
50
800
50
一、评定参数项目的选择
0.006
Rsm 的数值 ( mm)
0.100
1.60
0.0125
0. 20
3.2
0.025
5.2 表面粗糙度的评定
三、轮廓参数
2.轮廓谷
轮廓谷(profile valley)是连接（轮廓和X轴）两相邻交点向 内（从周围介质到材料）的轮廓部分。轮廓谷深Zv为X轴 线与轮廓谷最低点之间的距离。
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5.2 表面粗糙度的评定
三、轮廓参数
3.轮廓单元
轮廓单元(profile element)是指为轮廓峰和轮廓谷的组合。 轮廓单元的高度Zt是指一个轮廓单元的峰高Zp和谷深Zv之 和；轮廓单元的宽度Xs是指X轴线与轮廓单元相交线的长 度。
② lr、ln的标注 默认评定长度不标，需要指定评定长度 ，要在幅度参数代号的后面注写取样长 度的个数。
(a) 取样长度个数“3”
(b) 取样长度个数“6”
5、单向和双向极限的标注
（1）单向极限的标注 单向上极限：标注参数代号、参数值和传输带； 单向下极限：参数代号前应加L，例L Ra 0.32。
2、评定长度ln——一般取ln=5,是指为了合理较全面反映整
个表面的表面粗糙度特性，而在测量和评定表面粗糙时所 必需的一段长度。
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5.2 表面粗糙度的评定
三、轮廓参数
1.轮廓峰
轮廓峰(profile peak)是连接（轮廓和X轴）两相邻交点向 外（从材料到周围介质）的轮廓部分。轮廓峰高Zp为轮廓 峰最高点距X轴的距离
12.5
200
0.100 1.60
25
400
0.20
3.2
50
800
50
一、评定参数项目的选择
0.006
Rsm 的数值 ( mm)
0.100
1.60
0.0125
0. 20
3.2
0.025
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＝表示加工纹理方向为水平； ⊥表示加工纹理方向为垂直； ×表示加工纹理方向为网纹； M 表示加工纹理方向为螺旋线形状。 5)e:加工余量（mm):一般均在工艺文件中说 明，所以基本上也不标注 6)f:间距参数值RSm或Rmr值(mm)
23
二.表面粗糙度图样上的标注方法 1.表面粗糙度代（符）号应注在可见轮廓线、 尺寸界线或它们的延长线上，有时也可标注 在尺寸线上。符号的尖端必须从材料外指向 表面，代号中数字及符号的方向必须与尺寸 数字方向一致。 2.标注示例
F
i 1
n
i
F
i 1 i
n
10
11
三.评定参数(GB/T3505-2000) 1.与高度特性有关的参数 1)轮廓的算术平均偏差Ra:在取样长度内,被 测轮廓上各点至轮廓中线偏距绝对值的算术 平均值。
12
轮廓算术平均偏差Ra示意图
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2)轮廓的最大高度Rz:在取样长度内,轮廓 峰顶线和谷底线间的距离。
20
2.代号
21
1)a:粗糙度高度参数允许值（μ m):当选用 Ra值时,可省略标注代号Ra而直接标注允许 值，若用Rz 或Ry 值时，则应在其允许值前 加注相应的代号 2)b:加工方法:涂镀或其它表面处理，若无 特殊要求，一般不予标注 3)c:取样长度值（mm):若按表中的规定选取 取样长度值，则不必标注。 4)d:加工纹理方向:一般对纹理方向无要求时, 不必标注,若需控制纹理方向时,则标注相应的 22 纹理方向符号。
27
第四节 表面粗糙度的测量 1.比较法:用表面粗糙度样板进行比较测量 2.光切法:用双管显微镜测量Rz值 3.针锚法:用精密粗糙度仪(电动轮廓仪)测量 Ra值 4.干涉法:用干涉显微镜测量Rz值； 5.印模法:用塑性材料将表面印模下来,再测 量有关参数值。
28
17
18
四.评定参数值 表5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 国家标准规定:评定表面粗糙度的基本参数是 Ra,Rz，评定表面粗糙度时应从这二个参数 中选取。 在高度特性参数常用的参数值范围内（Ra为 0.025—6.3μ m，Rz为0.1—25μ m）推荐优 先选用Ra。
19
第三节 表面粗糙度的标注与选用 一.表面粗糙度的符号代号 1.基本符号 基本符号，用任何方法获得的表面 表示用去除材料的方法获得的表面 表示用不去除材料的方法获得的表面
第五章 表面粗糙度
1
第一节 概 述 一.表面粗糙度 1.表面粗糙度是一种微观的几何形状误差 2.通常按波距的大小分为： 波距≤1mm的属表面粗糙度； 波距在1~10mm间的属表面波度； 波.表面粗糙度对零件使用性能的影响 1)对摩擦和磨损的影响 一般地,表面越粗糙,则摩擦阻力越大,零件的 磨损也越快。 2)对配合性能的影响 表面越粗糙,配合性能越容易改变,稳定性越差 3)对疲劳强度的影响 当零件承受交变载荷时,由于应力集中的影响, 疲劳强度就会降低,表面越粗糙,越容易产生疲 劳裂纹和破坏。
7
取样长度 评定长度
8
二.轮廓中线 1.轮廓中线:用以评定表面粗糙度值的基准线 2.轮廓的最小二乘中线:具有几何轮廓形状并 划分轮廓的基准线。在取样长度范围内,使被 测轮廓线上的各点至该线的偏距的平方和为 最小
Y
i 1
n
2
i
Min
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3.轮廓的算术平均中线:在取样长度内,将实 际轮廓划分为上、下两部分,并使上、下两部 分的面积相等的基准线。
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三.表面粗糙度的选用 1.选用原则 在满足功能要求前提下顾及经济性,使参数的 允许值应尽可能大。 2.选用方法 类比法 3.考虑下列关系 1)同一零件上的工作表面应比非工作表面的 参数值小； 26 2)磨擦表面应比非磨擦表面的参数小；
3)承受交变载荷的表面,其圆角、沟槽等易产 生应力集中的部位,参数值应小； 4)配合性质要求愈高的表面,其粗糙度值应愈 小； 5)通常尺寸精度和形位精度要求愈高的部位, 参数值应愈小； 6)与标准件配合的表面,按标准件的有关规定 选取。
轮廓最大高度Rz示意图
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2.与间距特性有关的参数 1)轮廓单元的平均宽度RSm:在一个取样长 度内轮廓单元宽度Xs的平均值，用RSm表示。
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3.与形状特性有关的参数 1)轮廓的支承长度率Rmr:在取样长度内,一 平行于中线的线从峰顶线向下移动一段截距C 到某一水平位置时，与轮廓相截所得的各段 截线长度bi 之和与评定长度的比值。
5
4)对接触刚度的影响 表面越粗糙,实际承载面积越小,接触刚度越 低。 5)对耐腐蚀性的影响 表面越粗糙,越容易腐蚀生锈。 6)表面粗糙度还影响结合的密封性,产品的外 观,表面涂层的质量,表面的反射能力等等， 所以要给予充分的重视。
6
第二节 表面粗糙度的评定 一.取样长度 评定长度 1.取样长度(l):用以判别具有表面粗糙度特 征的一段基准线长度 2.评定长度(ln):评定表面粗糙度时所必须的 一段基准线长度 3. ln=5l