表面粗糙度的基本概念

1、表面粗糙度的基本概念表面粗糙度的基本概念表面粗糙度的定義（本站相關(guān)粗糙度儀的產(chǎn)品介紹：粗糙度儀）表面粗糙度（Surfaceroughness）是指加工表面上具有的較小間距和峰谷所組成的微觀幾何形狀特性性它是一種微觀幾何形狀誤差，也稱為微觀不平度。表面粗糙度應(yīng)與形狀誤差（宏觀幾何形狀誤差）和表面波度區(qū)別開。通常，波距小于1mm的屬于表面粗糙度，波距在110mm的屬于表面波度，波距大于10mm的屬于形狀誤差。表面粗糙度對機(jī)械零件使用性能的影響表面粗糙度的大小對零件的使用性能和使用壽命有很大影響。影響零件的耐磨性表面越粗糙，摩擦系數(shù)就越大，相對運動的表面磨損得越快。然而，表面過于光滑，由于潤滑油被擠

2、出或分子間的吸附作用等原因，也會使摩擦阻力增大和加速磨損。影響配合性質(zhì)的穩(wěn)定性零件表面的粗糙度對各類配合均有較大的影響。對于間隙配合，兩個表面粗糙的零件在相對運動時會迅速磨損，造成間隙增大，影響配合性質(zhì)；對于過盈配合，在裝配時表面上微觀凸峰極易被擠平，產(chǎn)生塑性變形，使裝配后的實際有效過盈減小，降低聯(lián)接強(qiáng)度；對于過渡配合，因多用壓力及錘敲裝配，表面粗糙度也會使配合變松。影響疲勞強(qiáng)度承受交變載荷作用的零件的失效多數(shù)是由于表面產(chǎn)生疲勞裂紋造成的。疲勞裂紋主要是由于表面微觀峰谷的波谷所造成的應(yīng)力集中引起的。零件表面越粗糙，波谷越深，應(yīng)力集中就越嚴(yán)重。因此，表面粗糙度影響零件的抗疲勞強(qiáng)度。影響抗腐蝕性粗

3、糙表面的微觀凹谷處易存積腐蝕性物質(zhì)，久而久之，這些腐蝕性物質(zhì)就會滲入到金屬內(nèi)層，造成表面銹蝕。此外，表面粗糙度對接觸剛度、密封性、產(chǎn)品外觀、表面光學(xué)性能、導(dǎo)電導(dǎo)熱性能以及表面結(jié)合的膠合強(qiáng)度等都有很大影響。所以，在設(shè)計零件的幾何參數(shù)精度時，必須對其提出合理的表面粗糙度要求，以保證機(jī)械零件的使用性能。公差等級與粗糙度的關(guān)系表面粗糙度是反映零件表面微觀幾何形狀誤差的一個重要技術(shù)指標(biāo)，是驗證零件表面質(zhì)量的主要依據(jù)；它選擇的合理與否，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量，使用壽命和生產(chǎn)成本。機(jī)械零件表面粗糙度的選擇有3種方法，即計算法、試驗法和類比法。在機(jī)械零件設(shè)計中應(yīng)用最普遍的是類比法，此方法簡單有效。運用類比法需要

4、有充足的參考資料?，F(xiàn)有的各類機(jī)械設(shè)計手冊中都提供了較全面的資料和文獻(xiàn)。最常用的是與公差等級相適應(yīng)得表面粗糙度。通常情況下公差越小，機(jī)械零件的表面粗糙度值也越小，但是他們之間不存在固定的函數(shù)關(guān)系。一些裝飾表面除外。在實踐工作中，對于不同類型的機(jī)器，其零件在相同尺寸公差的條件下，對表面粗糙度的要求是有差別的。這就是配合的穩(wěn)定性問題。在機(jī)械零件的設(shè)計和制造過程中，對于不同類型機(jī)器，其零件配合穩(wěn)定性和互換性的要求是不同的。在現(xiàn)有的機(jī)械零件設(shè)計手冊中，主要有以下三種類型。第一類主要用于精密機(jī)械，對配合的穩(wěn)定性要求很高，要求零件在使用過程中和多次裝配后，其零件的磨損極限不超過公差值的10%；這主要應(yīng)用在精

5、密儀器、儀表、精密量具的表面、極其重要零件表面的摩擦面，如氣缸的內(nèi)表面精密機(jī)床的主軸頸、坐標(biāo)鏜床的主軸頸等。第二類主要用于精密機(jī)械，對配合的穩(wěn)定性要求較高，要求零件的磨損極限不超過公差值得25%，要求有很好密和的接觸面，其主要應(yīng)用在機(jī)床、工具、與滾動軸承配合的表面、銷錐孔，還有相對運動速度較高的接觸面如華東軸承的配合面、齒輪的輪齒工作面等。第三類主要用于通用機(jī)械，要求機(jī)械零件的磨損極限不超過尺寸公差的50%，沒有相對運動的零件接觸面，如箱蓋、套筒，要求緊貼的表面、鍵和鍵槽的工作面；相對運動速度不高的接觸面，如支架孔、襯套、帶輪軸孔的工作表面、減速器等。公差等級與表面粗糙度關(guān)系對應(yīng)表格：詳見附件

6、表格在機(jī)械零件設(shè)計中按尺寸公差選擇表面粗糙度數(shù)值時。應(yīng)根據(jù)不同類型的機(jī)器，選擇相應(yīng)的表值。僅供設(shè)計時參考！表面粗糙度參數(shù)值的選用設(shè)計時應(yīng)按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)值系列(表4-1表4-4)選取各項參數(shù)的參數(shù)值。選用原則是在滿足功能要求的前提下，參數(shù)的允許值盡量大(Rmr(c)盡量小)。以便于加工，降低成本，獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益。選用方法目前多采用類比法。根據(jù)類比法初步確定參數(shù)值，同時還要考慮下列情況：同一個零件上，工作表面比非工作表面的Ra或Rz值小。摩擦表面比非摩擦表面、滾動摩擦表面比滑動摩擦表面的Ra或Rz值小。運動速度高、單位面積壓力大、受交變載荷作用的零件表面、以及最易產(chǎn)生應(yīng)力集中的溝槽、圓角部位

7、應(yīng)選用較小的粗糙度數(shù)值。要求配合穩(wěn)定、可靠時，粗糙度參數(shù)值應(yīng)小些。如，小間隙配合表面、受重載作用的過盈配合表面，都應(yīng)選用較小的粗糙度數(shù)值。協(xié)調(diào)好表面粗糙度參數(shù)值與尺寸及形位公差的關(guān)系。通常，尺寸、形位公差值小，表面粗糙度Ra或Rz值也要??；尺寸公差等級相同時，軸比孔的粗糙度數(shù)值要小。防腐蝕性、密封性要求高，或外形要求美觀的表面應(yīng)選用較小的粗糙度數(shù)值。凡有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已對表面粗糙度作出規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)件或常用典型零件(例如，與滾動軸承配合的軸頸和基座孔、與鍵配合的軸槽、輪轂槽的工作面等)，應(yīng)按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)確定其表面粗糙度參數(shù)值。表面粗糙度的評定對于具有表面粗糙度要求的零件表面，加工后需要測量和評定其表面粗糙度

8、的合格性。術(shù)語、定義1.1c濾波器(lcprofilefilter)lc濾波器是指確定粗糙度與波紋度成分之間相交界限的濾波器ls濾波器(lsprofilefilter)ls濾波器是指確定存在于表面上的粗糙度與比它更短的波的成分之間相交界限的濾波器。原始輪廓(primaryprofile)原始輪廓是指在應(yīng)用短波長濾波器ls之后的總的輪廓。粗糙度輪廓(roughnessprofile)粗糙度輪廓是對原始輪廓采用lc濾波器抑制長波成分以后形成的輪廓。這是故意修正的輪廓。以下所涉及到的輪廓，若無特殊說明，均指粗糙度輪廓。評定基準(zhǔn)為了合理、準(zhǔn)確地評定被測表面的粗糙度，需要確定間距和幅度兩個方向的評定基準(zhǔn)

9、，即取樣長度、評定長度和輪廓中線。1.取樣長度(lr)取樣長度是指用于判別被評定輪廓不規(guī)則特征的X軸向上的長度，即測量和評定表面粗糙度時所規(guī)定的X軸方向上的一段長度，取樣長度在數(shù)值上與lc濾波器的標(biāo)志波長相等。X軸方向與間距方向一致。規(guī)定取樣長度的目的是為了限制和減弱被測表面其它幾何形狀誤差，特別是表面波紋度對測量、評定表面粗糙度的影響。表面越粗糙，取樣長度就越大。評定長度ln(evaluationlength)用于判別被評定輪廓的X軸方向上的長度。由于零件表面粗糙度不一定均勻，在一個取樣長度上往往不能合理地反映整個表面粗糙度特征，因此，在測量和評定時，需規(guī)定一段最小長度作為評定長度。評定長度

10、包含一個或幾個取樣長度，如圖4-2所示。一般取ln=5lr，如被測表面均勻性較好，測量時可選ln5lr。輪廓中線(meanlines)用輪廓濾波器lc抑制了長波輪廓成分相對應(yīng)的中線。即具有幾何輪廓形狀并劃分輪廓的基準(zhǔn)線。也就是用以評定表面粗糙度參數(shù)值的給定線。輪廓中線有兩種確定方法：輪廓最小二乘中線(leastsquaresmeanlineoftheprofile)m：它是指在取樣長度內(nèi)，使輪廓線上各點的縱坐標(biāo)值Zi()的平方和為最小的線，即，輪廓算術(shù)平均中線(centrearithmeticalmeanlineoftheprofile):具有幾何輪廓形狀在取樣長度內(nèi)與輪廓走向一致的基準(zhǔn)線。在

11、lr內(nèi)由該線劃分輪廓使上下兩邊的面積和相等。評定參數(shù)(parameters)國標(biāo)GB/T35052000從表面微觀幾何形狀的幅度、間距等方面的特征，規(guī)定了相應(yīng)的評定參數(shù)，以滿足機(jī)械產(chǎn)品對零件表面的各種功能要求。下面介紹其中的幾個主要參數(shù)：評定輪廓的算術(shù)平均偏差Ra(arithmeticalmeandeviationoftheassessedprofile)評定輪廓的算術(shù)平均偏差Ra是指在一個取樣長度內(nèi)縱坐標(biāo)Z()絕對值的算術(shù)平均值，記為Ra，見圖4-5。Z()的含義如圖4-6所示。Ra值的大小能客觀地反映被測表面微觀幾何特性，Ra越小，說明被測表面微小峰谷的幅度越小，表面越光滑；反之，說明被測

12、表面越粗糙。Ra值是用觸針式電感輪廓儀測得的，受觸針半徑和儀器測量原理的限制，適用于Ra值在0.0256.3mm的表面。輪廓的最大高度Rz(maximumheightofprofile)在一個取樣長度內(nèi)，最大輪廓峰高和最大輪廓谷深之和的高度。注意：在GB/T3505-1983中，Rz符號曾用于指示“不平度的十點高度”目前，在使用中的一些表面粗糙度測量儀器大多是測量以前的Rz參數(shù)。因此，當(dāng)采用現(xiàn)行的技術(shù)文件和圖樣時必須小心慎重，因為用不同類型的儀器按不同的規(guī)定計算所得結(jié)果之間的差別并不都是非常微小而可忽略。輪廓單元的平均寬度RSm(meanwidthoftheprofileelements)輪廓

13、單元的平均寬度RSm是指在一個取樣長度內(nèi)粗糙度輪廓單元寬度Xs的平均值，如圖4-8所示，用RSm表示。對RSm需要辨別高度和間距。若未另外規(guī)定，省略標(biāo)注的高度分辨力為Rz的10%，省略標(biāo)注的間距分辨力為取樣長度的1%。上述兩個條件都應(yīng)滿足。GB/T3505-2000規(guī)定：粗糙度輪廓單元的寬度Xs是指X軸線與粗糙度輪廓單元相交線段的長度(見圖4-7和圖4-8)；粗糙度輪廓單元是指粗糙度輪廓峰和粗糙度輪廓谷的組合(見圖4-8)；粗糙度輪廓峰是指連接(粗糙度輪廓和X軸)兩相鄰交點向外(從周圍介質(zhì)到材料)的粗糙度輪廓部分(見圖4-8)；粗糙度輪廓谷是指連接兩相鄰交點向內(nèi)(從周圍介質(zhì)到材料)的粗糙度輪廓

14、部分。在取樣長度始端或末端的評定輪廓的向外部分和向內(nèi)部分看做是一個粗糙度輪廓峰或輪廓谷。當(dāng)在若干個連續(xù)的取樣長度上確定若干個粗糙度輪廓單元時單在每一個取樣長度的始端或末端評定的峰和谷僅在每個取樣長度的始端計入一次。4.輪廓的支承長度率Rmr(c)輪廓的支承長度率Rmr(c)是指在給定水平位置c上輪廓的實體材料長度Ml(c)與評定長度的比率。在水平位置c上輪廓的實體材料長度Ml(c)是指在一個給定水平位置c上用一條平行于X軸的線與輪廓單元相截所獲得的各段截線長度之和(見圖4-10)。即Ml(c)=Ml1+Ml2+Mln(4-6)輪廓的支承長度率Rmr(c)依據(jù)評定長度而不是在取樣長度上來定義，因為這樣可以提供更穩(wěn)定的參數(shù)。輪廓的水平