表面粗糙度的選用

第3章表面粗糙度知識(shí)重點(diǎn)：表面粗糙度的有關(guān)術(shù)語(yǔ)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。知識(shí)難點(diǎn)：設(shè)計(jì)零件表面粗糙度。教學(xué)導(dǎo)航圖學(xué)教學(xué)導(dǎo)航圖學(xué)推薦教學(xué)方式：任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法I推薦考核方式：口試或筆試（識(shí)讀圖樣表面粗糙度標(biāo)注）、小型設(shè)計(jì)（零件表面精度設(shè)計(jì)）課堂：聽(tīng)課+討論+互動(dòng)推薦學(xué)習(xí)方法Y/ ［課外：通過(guò)實(shí)踐，了解齒輪減速器基本構(gòu)造和工作原理。必須掌握的理論知識(shí)：表面粗糙度的基本概念、評(píng)定參數(shù)、選用及標(biāo)注。需要掌握的工作技能：能夠正確設(shè)計(jì)典型零件的表面粗糙度。

3.1表面粗糙度標(biāo)注識(shí)讀任務(wù)6識(shí)讀齒輪表面粗糙度標(biāo)注表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差，是零件的幾何參數(shù)的精度指標(biāo)之一以如圖3-1所示的零件圖為例，識(shí)讀表面粗糙度的標(biāo)注。圖3-1表面粗糙度標(biāo)注實(shí)例3.1.1表面粗糙度概念任何零件的表面都不是絕對(duì)的光滑的，零件表面總會(huì)存在著由較小間距的峰谷組成的微觀高低不平的痕跡，表面粗糙度是一種微觀幾何形狀誤差，也稱為微觀不平度。表面誤差通常按（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。波距小于1mm的屬于表面粗糙度（微觀幾何形狀誤差），波距在1?10mm的屬于表

面波度（中間幾何形狀誤差），波距大于10mm的屬于形狀誤差（宏觀幾何形狀誤差），如圖3-2所示。3.1.2表面粗糙度對(duì)零件的影響表面粗糙度的大小對(duì)零件的實(shí)用性能和使用壽命有很大的影響：對(duì)摩擦和磨損的影響表面越粗糙，摩擦系數(shù)就越大，兩相對(duì)運(yùn)動(dòng)的表面磨損也越快，表面過(guò)于光滑，由于潤(rùn)滑油被擠出和分子見(jiàn)的吸附作用等原因，也會(huì)使摩擦阻力增大和加劇磨損。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。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，致使腐蝕加劇。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。對(duì)接觸剛度的影響接觸剛度影響零件的工作精度和抗振性。這是由于表面粗糙度使表面間只有一部分面積接觸。一般情況下，實(shí)際接觸面積只有公稱接觸面積的百分之幾。因此，表面越粗糙受力后局部變形越大，接觸剛度也越低。對(duì)結(jié)合面密封性的影響粗糙的表面結(jié)合時(shí)，兩表面只在局部點(diǎn)上接觸，中間有縫隙，影響密封性。因此，降低表面粗糙度，可提高其密封性。對(duì)零件其他性能的影響表面粗糙度對(duì)零件其他性能，如對(duì)測(cè)量精度、流體流動(dòng)的阻力及零件外形的美觀等都有很大的影響。3.1.3表面粗糙度基本術(shù)語(yǔ)取樣長(zhǎng)度lr——評(píng)定表面粗糙度所規(guī)定的一段基準(zhǔn)線長(zhǎng)度。應(yīng)與表面粗糙度的大小相r適應(yīng)。規(guī)定取樣長(zhǎng)度是為了限制和減弱表面波紋度對(duì)表面粗糙測(cè)量結(jié)果的影響，一般在一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)應(yīng)包含5個(gè)以上的波峰和波谷。評(píng)定長(zhǎng)度l――為了全面、充分地反映被測(cè)表面的特性，在評(píng)定或測(cè)量表面輪廓時(shí)所n必需的一段長(zhǎng)度。評(píng)定長(zhǎng)度可包括一個(gè)或多個(gè)取樣長(zhǎng)度。表面不均勻的表面，宜選用較長(zhǎng)的評(píng)定長(zhǎng)度。評(píng)定長(zhǎng)度一般按5個(gè)取樣長(zhǎng)度來(lái)確定。評(píng)定表面粗糙度的基準(zhǔn)線：評(píng)定表面粗糙度的一段參考線。有以下兩種：輪廓的最小二乘中線――在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，使輪廓上各點(diǎn)至一條該線的距離平方和為最小輪廓算術(shù)平均中線一一在取樣長(zhǎng)度內(nèi)，將實(shí)際輪廓?jiǎng)澐稚舷聝刹糠?，且使上下面積相等的直線。3.1.4表面粗糙度評(píng)定參數(shù)表面結(jié)構(gòu)參數(shù)有三種：基于輪廓法定義的參數(shù)叫輪廓參數(shù)(GB/T3505—2000),包括R輪廓參數(shù)(粗糙度參數(shù))、W輪廓參數(shù)(波紋度參數(shù))和P輪廓參數(shù)(原始輪廓參數(shù))；基于圖形法定義的參數(shù)叫圖形參數(shù)(GB/T18618—2002)；基于支承率曲線的參數(shù)叫支承率曲線參數(shù)。表面粗糙度常用的參數(shù)有：1.輪廓算術(shù)平均偏差Ra如圖3-3所示，在一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)縱坐標(biāo)值Z(x)絕對(duì)值的算術(shù)平均值，用公式表示為：1lR=卩廠|Z(x)Idxal0r圖3-3輪廓算術(shù)平均偏差RaRa值越大，表面越粗糙。能客觀、全面的反映表面微觀幾何形狀特征。2.輪廓最大高度Rz。如圖3-4所示，在一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)，最大輪廓峰高Zp和最大輪廓谷深Zv之和為輪廓最大高度。

圖3-4輪廓最大高度RzRz值越大，表面越粗糙。但它不如Ra對(duì)表面粗糙程度反映的客觀全面。3.輪廓單元的平均寬度RSmm在取樣長(zhǎng)度內(nèi)輪廓峰與輪廓谷的組合稱為輪廓單元。在一個(gè)取樣長(zhǎng)度內(nèi)，輪廓單元寬度的平均值，稱為輪廓單元的平均寬度，如圖3-5所示。圖3-5輪廓單元的寬度RS是評(píng)定輪廓的間距參數(shù)，它的大小反映了輪廓表面峰谷的疏密程度， RS越大，峰m m谷越稀，密閉性越差，如圖3-6所示。在給定水平位置C上的輪廓實(shí)體材料長(zhǎng)度Ml(C)與評(píng)定長(zhǎng)度的比率。如圖3-7所示。

圖3-7輪廓支承長(zhǎng)度率Rmr(C)的值是對(duì)應(yīng)于不同的C值給出的，Rmr(C)的大小反映了輪廓表面峰谷的形狀。Rmr(C)值越大，表示表面實(shí)體材料越長(zhǎng)，接觸剛度和耐磨性越好，如圖3-8所示。圖3-8Rmr(C)與接觸剛度的關(guān)系3.1.5表面粗糙度符號(hào)及代號(hào)表面粗糙度的評(píng)定參數(shù)及其數(shù)值確定后，須在零件圖上正確地標(biāo)出(圖樣上所標(biāo)注的表面粗糙度符號(hào)、代號(hào)是該表面完工后的要求)。表面粗糙度的符號(hào)在國(guó)標(biāo)GB/T131—2006中規(guī)定了表面結(jié)構(gòu)的圖形符號(hào)，見(jiàn)表3-1。表3-1表面粗糙度的符號(hào)符號(hào)說(shuō)明表示表面可用任何方法獲得。當(dāng)不加注粗糙度參數(shù)值或有關(guān)說(shuō)明(例如表面處理，局部熱處理狀況等)時(shí)，僅適用于簡(jiǎn)化代號(hào)標(biāo)注。表示表面是用去除材料的方法獲得。例如車、銃、鉆、磨、剪切、拋光、腐蝕、電火花加工、氣割等。J表示表面是用不去除材料的方法獲得。例如鑄、鍛、沖壓變形、熱軋、冷軋、粉末冶金等?；蛘呤怯糜诒３衷?yīng)狀況的表面(包括保持上道工序的狀況)、廠丁在上述三個(gè)符號(hào)的長(zhǎng)邊上均加一橫線，用于標(biāo)注有關(guān)參數(shù)和說(shuō)明廠?『在上述三個(gè)符號(hào)上均加一小圓，表示所有表面具有相同的表面粗糙度要求表面粗糙度的代號(hào)表面粗糙度數(shù)值及其有關(guān)規(guī)定在符號(hào)中注寫(xiě)的位置如圖3-9所示圖3-9表面粗糙度代號(hào)注法位置a、b:注寫(xiě)兩個(gè)或多個(gè)表面結(jié)構(gòu)要求。在位置a注寫(xiě)第一個(gè)表面結(jié)構(gòu)要求，在位置b注寫(xiě)第二個(gè)表面結(jié)構(gòu)要求。如果要注寫(xiě)第三個(gè)或更多的表面結(jié)構(gòu)要求，圖形符號(hào)應(yīng)在垂直方向擴(kuò)大，以空出足夠的空間。擴(kuò)大圖形符號(hào)時(shí)，a和b的位置隨之上移。位置c:注寫(xiě)加工方法。注寫(xiě)加工方法、表面處理、涂層或其他加工工藝要求等，如車、磨、鍍等加工表面。位置d：注寫(xiě)表面紋理及其方向。置e：注寫(xiě)加工余量。注寫(xiě)所要求的加工余量，以毫米為單位給出數(shù)值。3.2表面粗糙度的選用任務(wù)7設(shè)計(jì)頂尖套筒表面粗糙度正確地選擇零件表面的粗糙度參數(shù)及其數(shù)值，對(duì)改善機(jī)器和儀表的工作性能及提高使用壽命有著重要的意義。圖1-2所示頂尖套筒，060h5外圓柱面表面粗糙度選用參數(shù)Ra，參數(shù)值為0.8卩m；裝頂尖的4號(hào)莫氏錐孔表面粗糙度選用Ra，參數(shù)值為0.8pm；安裝螺母的032H7孔的表面粗糙度值選用Ra，參數(shù)值為1.6pm。要求說(shuō)明該零件表面粗糙度選用的合理性。選用評(píng)定參數(shù)評(píng)定參數(shù)的選擇首先考慮零件的使用功能要求，同時(shí)要考慮檢測(cè)的方便性及儀器設(shè)備條件等因素。一般情況下，選用參數(shù)Ra（或Rz）控制表面粗糙度即可滿足要求。Ra參數(shù)最常用，它能比較全面、客觀地反映零件表面微觀幾何特征，通常在常用數(shù)值（ Ra=0.025?6.3Pm）內(nèi),優(yōu)先使用Ra。當(dāng)表面不允許出現(xiàn)較深加工痕跡，防止出現(xiàn)應(yīng)力集中，或表面段長(zhǎng)度很小，不宜采用Ra時(shí)，可選用Rz，但不如Ra全面，可與Ra聯(lián)合使用。對(duì)于有特殊要求的零件表面，如要使噴涂均勻、涂層有極好的附著性和光澤、或要求有良好的密封性，就要控制RS；對(duì)于要求有較高支承剛度和耐磨性的表面，應(yīng)規(guī)定 R（C）參m mr數(shù)。選用評(píng)定參數(shù)值表面粗糙度評(píng)定參數(shù)選定后，應(yīng)規(guī)定其允許值。一般說(shuō)來(lái)，表面粗糙度參數(shù)值愈小，零件的工作性能愈好。表面粗糙度參數(shù)值選用得適當(dāng)與否，不僅影響零件的使用性能，還關(guān)系到制造成本。表面粗糙度的參數(shù)值已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的參數(shù)系列選取。一般只規(guī)定上限值，必要時(shí)還要給出下限值。根據(jù)類比法初步確定表面粗糙度后，再對(duì)比工作條件作適當(dāng)調(diào)整，調(diào)整時(shí)應(yīng)遵循下述一些原則。在滿足功能要求的前提下，盡量選用較大的表面粗糙度參數(shù)值，以降低加工成本。在同一零件上，工作表面的粗糙度參數(shù)值應(yīng)小于非工作表面的粗糙度參數(shù)值。摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度參數(shù)值要小，滾動(dòng)摩擦表面比滑動(dòng)摩擦表面的粗糙度參數(shù)值要小。運(yùn)動(dòng)速度高、單位面積壓力大的表面，受交變應(yīng)力作用的重要零件上的圓角、溝槽的表面粗糙度參數(shù)值都應(yīng)小些。配合零件的表面粗糙度應(yīng)與尺寸及形狀公差相協(xié)調(diào)，一般尺寸與形狀公差要求越嚴(yán)，粗糙度值也就越小。配合精度要求高的配合表面（如小間隙配合的配合表面），受重荷載作用的過(guò)盈配合表面的粗糙度參數(shù)值也應(yīng)小些。同一公差等級(jí)的零件，小尺寸比大尺寸、軸比孔的粗糙度參數(shù)值要小。凡有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)已對(duì)表面粗糙度要求作出規(guī)定的，如與滾動(dòng)軸承配合的軸頸和外殼孔的表面等，則應(yīng)按相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)確定表面粗糙度參數(shù)值。表3-2和表3-3分別列出了表面粗糙度的表面特征、經(jīng)濟(jì)加工方法、應(yīng)用舉例以及軸和孔的表面粗糙度參數(shù)推薦值，表3-4、表3-5、表3-6及表3-7列出了表面粗糙度評(píng)定參數(shù)的

允許值，供選用時(shí)參考。表3-2表面粗糙度的表面特征、經(jīng)濟(jì)加工方法及應(yīng)用舉例mUa/R粗糙表面痕o2嘰幀工粗毛加的齒觸合、接配孔圈E鉆墊、飢臥面倒底過(guò)端、工軸面加如側(cè)耐阿帶成表和半工輪面半光表面-LU‘槽餌較表退合的齒詠堂壓債滾包機(jī)刮銳粗、求面要蓋合勲知等支而面也結(jié)陜箱*濫表噴需加蓊阿精筒表羽套的痕工加主冃喬跡看5堂齒、銃刨、、壓銃、、刮車表齒光表面咖向刊方co精滋壓h滾堂磨芯較的鍵合花配外M乩與軌、曰E銷床隹」匸命5TT圓式、臥面銷，表柱面心圓表宀疋咖向刪方00滾程壓精精作度匸精1咼面較4口#,質(zhì)加面性應(yīng)軌合變導(dǎo)配交的求受床要時(shí)車辨向'可方不跡00魯工財(cái)加精發(fā)度、精面、哥床眥面機(jī)曲齒密機(jī)輪精動(dòng)齒極光表面精、一'活面澤亮磨面鏡拋精U木肖精超的合府高副除面精滾表面鏡學(xué)光量鏡高儀表3-3軸和孔的表面粗糙度參數(shù)推薦值表面特征Ra/um不大于輕度裝卸零件的配合公差等級(jí)表面基本尺寸/mm到50大于50到500表面（如掛輪、滾刀軸0.20.4等）5孔0.40.86軸0.40.8

基本系列補(bǔ)充系列基本系列補(bǔ)充系列基本系列補(bǔ)充系列基本系列補(bǔ)充系列0.0080.0100.0120.1251.2512.50.0160.1601.6016.00.0200.202.0200.0250.252.5250.0320.323.2320.0400.404.0400.0500.505.0500.0630.636.3630.0800.808.0800.1001.0010.0100

表3-6RSm的數(shù)值 （mm）0.0060.1001.600.01250.203.20.0250.406.30.0500.801.25表3-7Rmr(C)的數(shù)值（%）1015202530405060708090表3-5Rz表3-5Rz的數(shù)值(卩m)任務(wù)7小結(jié)圖1-2所示頂尖套筒，060h5外圓柱面及裝頂尖的4號(hào)莫氏錐孔有很高的表面質(zhì)量要求，

但無(wú)其他特殊要求，故表面粗糙度選用參數(shù) Ra，查表得參數(shù)值為0.8卩m；032H7孔是螺母的定位孔，其表面粗糙度參數(shù)也可選用Ra，但配合要求次于其他兩個(gè)表面，參數(shù)值選用1.6卩m，表面粗糙度選用是合理的。實(shí)訓(xùn)8安全閥表面粗糙度設(shè)計(jì)根據(jù)安全閥工作原理及閥門、閥蓋的使用功能要求，說(shuō)明圖1-19所示閥門和圖1-20所示的閥蓋各表面粗糙度選用的合理性。知識(shí)梳理與總結(jié)表面粗糙度是一種波距小于 1mm的微觀幾