表面粗糙度及其检测

第五章表面粗糙度及其检测

学时：4

课次：2

目的要求：

1．了解表面粗糙度的实质及对零件使用性能的影响。

2．掌握表面粗糙度的评定参数（重点是轮廓的幅度参数）的含义及应用场合。

3．掌握表面粗糙度的标注方法。

4．初步掌握表面粗糙度的选用方法。

5．了解表面粗糙度的测量方法的原理。

重点内容：

1．表面粗糙度的定义及对零件使用性能的影响。

2．表面粗糙度的评定参数（重点是轮廓的幅度参数）的含义及应用场合。

3．表面粗糙度的标注方法。

4．表面粗糙度的选用方法。

5．表面粗糙度的测量方法

难点内容：

表面粗糙度的选用方法。

教学方法：讲+实验

教学内容：（祥见教案）

一、基本概念

1．零件表面的几何形状误差分为三类：

（1）表面粗糙度：零件表面峰谷波距<1mm。属微观误差。

（2）表面波纹度：零件表面峰谷波距在1~10mm。

（3）形状公差：零件表面峰谷波距>10mm。属宏观误差。

图5-1 零件的截面轮廓形状

2．表面粗糙度对零件质量的影响：

（1）影响零件的耐磨性、强度和抗腐蚀性等。

（2）影响零件的配合稳定性。

（3）影响零件的接触刚度、密封性、产品外观及表面反射能力等。

二．表面粗糙度的基本术语

1、取样长度lr ：

取样长度是在测量表面粗糙度时所取的一段与轮廓总的走向一致的长度。 规定：取样长度范围内至少包含五个以上的轮廓峰和谷如图5-2所示。

图5-2 取样长度、评定长度和轮廓中线

1．评定长度ln ：

评定长度是指评定表面粗糙度所需的一段长度。

规定：国家标准推荐ln = 5lr ，对均匀性好的表面，可选ln > 5lr, 对均匀性较差的表面，可选ln < 5lr 。

2．中线：

中线是指用以评定表面粗糙度参数的一条基准线。有以列两种：

（1）轮廓的最小二乘中线 在取样长度内，使轮廓线上各点的纵坐标值Z （x ）的平方和

为最小，如图5-2 a 所示。

（2）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，且使上下面

积相等的直线。如图5-2 b 所示。

三．表面粗糙度的评定参数

国家标准GB/T3505—2000规定的评定表面粗糙度的参数有：幅度参数2个，间距参数1个，曲线和相关参数1个，其中幅度参数是主要的。

1、轮廓的幅度参数

（1） 轮廓的算术平均偏差Ra

在一个取样长度内，纵坐标Z （x ）绝对值的算术平均值，如图5-3a 所示。

Ra 的数学表达式为：

Ra = lr 1

lr x Z 0）（dx

测得的Ra 值越大，则表面越粗糙。一般用电动轮廓仪进行测量。

图5-3 轮廓的幅度参数

（2） 轮廓的最大高度Rz

在一个取样长度内，最大轮廓峰高Zp 和最大轮廓谷深Zv 之和的高度，如图5-3b 所示。

Rz 的数学表达式为：

Rz = Zp + Zv

测得的Rz 值越大，则表面越粗糙。一般用双管显微镜进行测量。

2、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，如图5-4 所示。

RSm 值越小，轮廓表面越细密，密封

图5-4 轮廓单元的宽度

3、轮廓的支承长度率Rmr （c ）

在给定水平位置c 上的轮廓实体材料长度M l （c ）与评定长度的比率，如图5-5 所示。

Rmr （c ）的数学表达式为

Rmr （c ） = ln ）

（c Ml

当c一定时，Rmr（c）值越大，则支承能力和耐磨性更好，如图5-6所示。

图5-5 轮廓的支承长度率

图5-6 不同形状轮廓的支承长度

四．表面粗糙度（评定参数）的选择

1、评定参数的选择

（1）如无特殊要求，优先选用Ra和Rz。在幅度参数中，Ra值能较完整、全面地表达零件表面的微观几何特征，应优先选用。Rz值常用在小零件（如顶尖、刀具的刃部、仪表的小元件等）或表面不允许有较深的加工痕迹（防止应力过于集中）的零件。

（2）一些重要表面有特殊要求时，如有涂镀性、抗腐蚀性、密封性要求时才选RSm参数来控制间距的细密度；对表面的支承刚度和耐磨性有较高要求时，需加选Rmr（c）控制表面的形状特征。

2．评定参数值的选择

（1）表面粗糙度参数值的选择原则：在满足功能要求的前提下，尽量选择较大的表面粗糙度参数（除tp外）值，以减小加工难度，降低成本

选择方法：常采用类比法。选择时应注意以下几点；

1）同一零件上工作表面比非工作表面粗糙度参数值小。

2）摩擦表面比非摩擦表面，滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值小

3）承受交变载荷的表面及易引起应力集中的部分（如圆角，沟槽）粗糙度参数值应小些4）要求配合稳定可靠时，粗糙度参数值应小些，小间隙配合表面，受重载作用的过盈配合表面，其粗糙参数值要小。

5）表面粗糙度与尺寸及形状公差应协调，通常尺寸及形状公差小，表面粗糙度参数值也要小，同一尺寸公差的轴比孔的粗糙度参数值要小。设表面形状公差为t，尺寸公差为T，则它们之间通常按以下关系来设计：

普通精度t=0.67 Ra≤0.057 Rz≤0.27

较高精度t=0.47 Ra≤0.0257 Rz≤0.17

提高精度t=0.257 Ra≤0.0127 Rz≤0.257

高精度t<0.257 Ra≤0.157 Rz≤0.67

说明：表面粗糙度的参数值和尺寸公差，形状公差之间并不存在函数关系，如机器，