互换性与测量技术第5章表面粗糙度.ppt

2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 第五章表面粗糙度 机械零件表面精度所研究和描述的对象是零件的表面形貌特性 机械加工或是用其他方法获得的表面 存在着微观几何形状误差 表面粗糙度对机器零件的摩擦磨损 配合性质 耐腐蚀性 疲劳强度及结合密封性等都有很大的影响 5 1概述5 2表面粗糙度的评定5 3表面粗糙度的选择及其标注5 4表面粗糙度的测量 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 基本内容 掌握表面粗糙度的基本概念 表面粗糙度的评定评定参数 选用 标注及测量 重点内容 表面粗糙度的评定 选用及在图样上的标注方法 难点内容 表面粗糙度的评定 选用原则 操作技能 表面粗糙度的测量 现行的表面粗糙度的标准主要有 GB T131 2006产品几何技术规范 GPS 技术产品文件中表面结构的表示法GB T1031 1995GB T3505 2009 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 1概述5 1 1基本概念 1 表面粗糙度是指表面微观几何形状误差 加工表面所具有的较小间距和微小峰谷不平度 零件表面的形貌可分为三种情况 1 表面粗糙度 零件表面所具有的微小峰谷的不平程度 其波长和波高之比一般小于50 属于微观几何形状误差 2 表面波度 零件表面中峰谷的波长和波高之比等于50 1000的不平程度称为波度 会引起零件运转时的振动 噪声 特别是对旋转零件 如轴承 的影响是相当大的 3 形状误差 零件表面中峰谷的波长和波高之比大于1000的不平程度属于形状误差 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 1概述5 1 1基本概念 粗糙度测量仪为 s滤波器 波纹度测量仪为 c滤波器 波纹度测量仪为 f滤波器 2 轮廓滤波器把轮廓分成长波和短波成分的滤波器3 传输带是被一个截止短波的滤波器和另一个截止长波滤波器所界定的轮廓带 例如可以表示为0 0025 0 8 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 1概述5 1 2表面粗糙度对零件性能的影响 1 影响零件的耐磨性 2 影响配合性质的稳定性 3 影响零件的疲劳强度 4 影响零件的抗腐蚀性 5 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 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 2表面粗糙度的评定5 2 1一般术语及定义 一 一般术语及定义评定对象是实际轮廓 常指与加工纹理方向垂直的轮廓 1 取样长度l是指在X轴方向判别被评定轮廓不规则特征的长度 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度测量结果的影响 一般在一个取样长度内应包含5个以上的波峰和波谷 2 评定长度ln用于评定或测量被评定轮廓的X轴方向上的长度 以全面 充分地反映被测表面的特性 评定长度可包括一个或多个取样长度 表面不均匀的表面 宜选用较长的评定长度 评定长度一般按5个取样长度来确定 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 2表面粗糙度的评定5 2 1一般术语及定义 3 中线中线是具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线 表面粗糙度轮廓中线 是用 c轮廓滤波器所抑制的长波轮廓成分对应的中线 波纹度轮廓中线 是用 f轮廓滤波器所抑制的长波轮廓成分对应的中线 原始轮廓中线 是在原始轮廓上按照标称形状采用最小二乘法拟合确定的中线 轮廓的最小二乘中线m 在取样长度内 使轮廓上各点至一条假想线的距离平方和为最小 即 z min 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 2表面粗糙度的评定5 2 1一般术语及定义 二 几何参数术语及定义1 轮廓峰轮廓峰是指被评定轮廓上连接轮廓与X轴两相邻交点的外向 从材料到周围介质 的轮廓部分 轮廓峰高为轮廓峰最高点Zp距X轴的距离 2 轮廓谷轮廓谷是指被评定轮廓上连接轮廓与X轴两相邻交点的内向 从周围介质到材料 的轮廓部分 轮廓谷深为X轴线与轮廓谷最低点Zv之间的距离 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 2表面粗糙度的评定5 2 1一般术语及定义 3 轮廓单元是指轮廓峰与轮廓谷的组合 轮廓单元的高度是指一个轮廓单元的峰高和谷深之和 轮廓单元的宽度是指X轴线与轮廓单元相交线的长度 4 局部斜度局部斜度是指评定轮廓在某一位置的斜率 5 在水平截面高c上轮廓的实体材料长度是指在一个给定水平截面高度c上用一条水平于X轴的线与轮廓单元相截所得到的各段截线长度之和 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 2表面粗糙度的评定5 2 1一般术语及定义 三 表面轮廓术语及定义表面轮廓参数包括幅度参数 间距参数和混合参数 1 幅度参数 峰和谷 1 最大轮廓峰高Rp在一个取样长度内 最大的轮廓峰高 2 最大轮廓谷深Rv在一个取样长度内 最大的轮廓谷深 3 轮廓最大高度Rz在一个取样长度内 最大的轮廓峰高和最大的轮廓谷深之和 粗糙度轮廓最大高度为 4 轮廓单元的平均高度Rc轮廓单元平均高度是指在一个取样长度内轮廓单元高度的平均值 5 轮廓总高度Rt是指在评定长度内最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 2表面粗糙度的评定5 2 1一般术语及定义 2 幅度参数 纵坐标平均值 以粗糙度轮廓为例 1 轮廓的算术平均偏差Ra是指在一个取样长度内纵坐标值绝对值的算术平均值 即Ra 2 轮廓均方根偏差Rq是指在一个取样长度内纵坐标值的均方根值 3 轮廓的偏斜度Rsk是指在一个取样长度内纵坐标值三次方的平均值分别与Rq的三次方的比值 4 轮廓的陡度Rku是指在一个取样长度内纵坐标值的四次方的平均值与Rq的四次方的比值 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 2表面粗糙度的评定5 2 1一般术语及定义 3 间距参数 轮廓单元平均宽度Rsm 间距参数是以轮廓单元的平均宽度评定的 它是指在一个取样长度内轮廓单元宽度的平均值 4 混合参数 轮廓的均方根斜率R q 是指在取样长度内纵坐标斜率的均方根值 5 曲线和相关参数 1 轮廓支承长度率Rmr c 是指在给定水平截面高度c上轮廓的实体材料与评定长度的比率 2 轮廓支承长度率曲线轮廓支承长度率曲线是指随水平截面高度c变化关系的曲线 3 轮廓水平截面高度差R c是指给定支承比率的两个水平截面之间的垂直距离 4 相对支承长度率Rmr是指在一个轮廓水平截面确定的 与起始零位相关的支承长度率 5 轮廓幅度分布曲线 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 新国标 2009版本 表5 1基本术语与参数符号的比较 国家标准GB T3505 2009规定了较多的表面粗糙度评定参数 掌握常用的4个参数 高度参数2个 轮廓算术平均偏差Ra 表面粗糙轮廓最大高度Rz 同老标准Ry 新国标取消Rz 用于很粗糙或很光滑的表面 间距参数1个 轮廓单元的平均宽度参数Rsm在取样长度内轮廓单元的平均值 对需要涂镀的表面不利 形状参数1个 轮廓的支撑长度率Rmr c 支撑刚度和耐磨性越好 Ra Rz Rsm可按表5 2 表5 3 表5 4选用 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 3表面粗糙度的选择和标注5 3 1表面粗糙度参数及参数值的选择 1 表面粗糙度高度参数的选择 如无特殊要求 一般仅选用高度参数 推荐优先选用Ra参数 运动表面Ra Rz的值在0 8 m以下 静止表面Ra Rz的值为1 6 m或3 2 m 推荐优先选用Ra值 因为Ra能充分反映零件表面轮廓的特征 以下情况例外 当表面过于粗糙 Ra 6 3 m 或过于光滑 Ra 0 025 m 时 当零件材料较软时 因为Ra一般采用触针测量 当测量面积很小时 如顶尖 刀具的刃部 仪表的小元件的表面 可选用Rz值 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 3表面粗糙度的选择和标注5 3 1表面粗糙度参数及参数值的选择 2 轮廓单元的平均宽度参数Rsm的选择轮廓单元的平均宽度参数和形状特性参数为附加评定参数 所以 零件所有表面都应选择高度参数 只有少数零件的重要表面有特殊使用要求时 才附加选择轮廓单元的平均宽度等附加参数 3 轮廓的支撑长度率Rmr c 的选择是表面耐磨性能的一个度量指标 能直观反映实际接触面积的大小 综合反映了峰高和间距的影响 而摩擦 磨损 接触变形都与实际接触面积有关 但测量的仪器较为复杂和昂贵 粗糙度参数按教材中所列表选用 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 4 表面粗糙度参数值的选用选择原则 在满足功能要求的前提下 尽量选用较大的表面粗糙度参数值 1 同一零件上 工作表面应比非工作表面粗糙度参数值小 2 摩擦表面应比非摩擦表面 滚动摩擦表面应比滑动表面的粗糙度参数值小 3 承受交变载荷的零件上 容易引起应力集中的部分 如圆角 沟槽 表面粗糙度参数值应小些 4 对于配合性质要求稳定的间隙较小的间隙配合和承受重载荷的过盈配合 它们的孔 轴表面粗糙度参数值应小 配合性质相同时 小尺寸的配合表面的应比大尺寸的配合表面的粗糙度参数值小 5 防腐蚀性 密封性要求高 外表美观等表面粗糙度参数值应小些 6 凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定的 如量规 齿轮 与滚动轴承相配合的轴颈和壳体孔等 表面 应按标准规定选取粗糙度参数值 5 3表面粗糙度的选择和标注5 3 1表面粗糙度参数及参数值的选择 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 3表面粗糙度的选择和标注5 3 1表面粗糙度参数及参数值的选择 参数值的选用方法尺寸公差 几何公差与表面粗糙度三者间不存在确定的函数关系 如机床的手轮或手柄 但在正常工艺条件下 可用类比法来确定 设形状公差为t 尺寸公差为T 三者之间可按以下近似关系设计 若t 0 6T 则Ra 0 05T Rz 0 2T普通精度t 0 4T Ra 0 025T Rz 0 1T较高精度t 0 25T Ra 0 012T Rz 0 05T中高精度t 0 25T Ra 0 15t Rz 0 6t高精度一般尺寸公差 表面形状公差小时 表面粗糙度参数值也小 表5 6列出了表面粗糙度的表面特征 经济加工方法及应用举例 供选择时参考 按GB T1031 95规定的参数值系列选取 表列系列值不能满足要求时 可选取GB T1031 95的附录A补充系列值 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 3表面粗糙度的选择和标注5 3 2表面粗糙度的符 代号及其标注 齿轮泵泵盖零件图 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 3表面粗糙度的选择和标注5 3 2表面粗糙度的符 代号及其标注 1 表面粗糙度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 上述符号均可加一小圆 表示所有表面具有相同的表面结构要求 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 3表面粗糙度的选择和标注5 3 2表面粗糙度的符 代号及其标注 除了标注表面结构参数和数值外 必要时应标注补充要求 包括公差带 取样长度 加工工艺 表面纹理及方向 加工余量等 这些要求在图形符号中的注写位置 a 注写表面结构的单一要求a和b a 注写第一表面结构要求b 注写第二表面结构要求c 注写加工方法 如 车 磨 镀 等d 注写表面纹理方向 如 x M e 注写加工余量 2 表面粗糙度的代号表面粗糙度符号中注写了具体参数代号及数值等补充要求后即称为表面粗糙度代号 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 3表面粗糙度的选择和标注5 3 2表面粗糙度的符 代号及其标注 3 表面粗糙度的标注标注时将其标注在可见轮廓线 尺寸界线 引出线或它们的延长线上 符号的尖端必须从材料外指向被注表面 代号中数字及符号的注写方向必须与尺寸数字方向一致 高度参数 当选用Ra或Rz时 参数和参数值都应标出 当允许实测值中 超过规定值的个数少于总数的16 时 应在图中标注上限值和下限值 当所有实测值不允许超过规定值时 应在图样上标注最大值或最小值 表面加工纹理方向 指表面微观结构的主要方向 由所采用的加工方法或其它因素形成 必要时才规定 常见加工纹理方向符号查有关表格 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 标注举例 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 标注举例 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 标注举例 如果在工件的多数 包括全部 表面有相同的表面结构要求时 则其表面结构要求可统一标注在图样的标题栏附近 此时 表面结构要求的符号后面应有 在圆括号内给出无任何其他标注的基本符号 2020 1 24 中国地质大学机械与电子信息学院 5 3表面粗糙度的测量 1 比较法 将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较 精度较差 多用于车间 评定表面粗糙度值较大的工件 2 光切法 利用光切原理 用双管显微镜测量 适宜测量车 铣 刨或其他类似方法加工的金属零件 常用于测量Rz值为0 5 60 80 m 3 干涉法 利用光波干涉原理 用干涉显微镜测量 被测表面直接参与光路 同一标准反射镜比较以光波波长来度量干涉条纹弯曲程度 适用于测量极光滑的表面 可测量Rz值 4 印模法 利用石腊 低熔点合金或其它印模材料 压印在被测零件表面 放在显微镜下间