互换性第四章

1、第四章第四章 表面粗糙度及波纹度表面粗糙度及波纹度u 了解了解表面粗糙度对零件功能的影响；表面粗糙度对零件功能的影响；u 掌握掌握表面粗糙度的标注方法；表面粗糙度的标注方法；u 掌握掌握表面粗糙度的评定参数和术语的定义；表面粗糙度的评定参数和术语的定义；u 熟悉熟悉零件表面粗糙度参数值的选择原则；零件表面粗糙度参数值的选择原则；u 了解了解表面粗糙度的几种常用测量方法。表面粗糙度的几种常用测量方法。一、概一、概 述述 表面粗糙度指加工时由于摩擦刀痕、切屑分离时的塑表面粗糙度指加工时由于摩擦刀痕、切屑分离时的塑性变形及工艺系统的振动等原因，使零件表面所具有的较性变形及工艺系统的振动等原因，使零件

2、表面所具有的较小间距和微小峰谷的微观几何形状误差。小间距和微小峰谷的微观几何形状误差。u 微观几何形状误差微观几何形状误差。波距小于。波距小于1mm，属于表面粗糙度范畴。，属于表面粗糙度范畴。u 表面波纹度表面波纹度。波距在。波距在1-10mm 之间并呈周期性变化，属于表之间并呈周期性变化，属于表 面波纹度范畴。面波纹度范畴。u 宏观几何形状误差宏观几何形状误差。波距大于。波距大于 10mm并无明显周期性变化，并无明显周期性变化， 属于形状误差范畴。属于形状误差范畴。二、有关的术语定义二、有关的术语定义表面粗糙度方面的国家标准主要有：表面粗糙度方面的国家标准主要有：u GB/T 1031-19

3、95 表面粗糙度表面粗糙度 参数及其数值参数及其数值u GB/T 3505-2000 产品几何技术规范（产品几何技术规范（GPS）表面结构）表面结构 轮廓法轮廓法 表面结构的术语、定义及参数表面结构的术语、定义及参数u GB/T 131-2006 机械制图机械制图 表面粗糙度符号、代号及其表面粗糙度符号、代号及其 注法注法1、实际表面和表面轮廓、实际表面和表面轮廓实际表面实际表面指物体与周围介质分离的表面。指物体与周围介质分离的表面。表面轮廓表面轮廓指平面与实际表面相交所得的轮廓。指平面与实际表面相交所得的轮廓。 基于基于轮廓法轮廓法的表面形貌测量，通常需要通过的表面形貌测量，通常需要通过电信

4、号的处理获得结果，应用不同波长的滤波器电信号的处理获得结果，应用不同波长的滤波器滤波后得到的曲线将与原来的实际形貌不同。滤波后得到的曲线将与原来的实际形貌不同。粗糙度和波纹度轮廓的传输特性粗糙度和波纹度轮廓的传输特性（1）原始轮廓原始轮廓：应用短波长：应用短波长s滤波器后的总的轮廓。用滤波器后的总的轮廓。用于评定原始轮廓参数。于评定原始轮廓参数。（2）粗糙度轮廓粗糙度轮廓：对原始：对原始轮廓应用轮廓应用c滤波器抑制长波滤波器抑制长波成分后形成的轮廓。成分后形成的轮廓。（3）波纹度轮廓波纹度轮廓：对原始轮廓连续应用：对原始轮廓连续应用f滤波器抑滤波器抑制长波成分，制长波成分，c滤波器抑制短波成分

5、后形成的轮廓。滤波器抑制短波成分后形成的轮廓。（4）形状误差曲线形状误差曲线：分离掉比波纹度波长短的成分：分离掉比波纹度波长短的成分后形成的轮廓。后形成的轮廓。图中曲线从上至下名称：图中曲线从上至下名称： 通过对前三项轮廓曲线的数据处理，可获得通过对前三项轮廓曲线的数据处理，可获得不同的误差参数，分别归类为不同的误差参数，分别归类为u P参数：从参数：从原始轮廓原始轮廓上计算所得参数。上计算所得参数。u R参数：从参数：从粗糙度轮廓粗糙度轮廓上计算所得参数。上计算所得参数。u W参数：从参数：从波纹度轮廓波纹度轮廓上计算所得参数。上计算所得参数。2、中线、中线具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线

6、。具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。 原始轮廓中线原始轮廓中线指轮廓上各指轮廓上各点到该线的距离点到该线的距离Z(x)的平方和的平方和为最小的线。为最小的线。4、评定长度、评定长度ln用于判别被评定轮廓的不规则特征的用于判别被评定轮廓的不规则特征的X轴方向上的长度。轴方向上的长度。3、取样长度、取样长度lp、lr、lw 用于判别被评定轮廓的用于判别被评定轮廓的X轴方向上的长度。轴方向上的长度。 在测量或评定时规定的一段在测量或评定时规定的一段最小长度，最小长度，取取ln =5=5lr，充分合理，充分合理地反映被测表面的粗糙度特性。地反映被测表面的粗糙度特性。 取样长度方向沿轮廓总的走向量，取

7、样长度方向沿轮廓总的走向量，至少包含至少包含5 5个以上轮廓个以上轮廓峰和谷峰和谷。5、轮廓峰和轮廓谷、轮廓峰和轮廓谷 轮廓和轮廓和X轴相交轴相交u 连接两相邻交点的从材料向外的轮廓部分称为连接两相邻交点的从材料向外的轮廓部分称为轮廓峰轮廓峰；u 连接两相邻交点的向材料内的轮廓部分称为连接两相邻交点的向材料内的轮廓部分称为轮廓谷轮廓谷。6、轮廓单元、轮廓单元轮廓峰和轮廓谷的组合。轮廓峰和轮廓谷的组合。7、轮廓单元的高度、轮廓单元的高度Zt一个轮廓单元的峰高一个轮廓单元的峰高Zp和一个轮廓单元的谷深和一个轮廓单元的谷深Zv之和。之和。8、轮廓单元的宽度、轮廓单元的宽度XsX轴线与轮廓单元相交线段

8、的长度。轴线与轮廓单元相交线段的长度。三、表面轮廓的参数三、表面轮廓的参数 为了评价不同表面质量好坏，对为了评价不同表面质量好坏，对原始轮廓原始轮廓P、表面粗糙度轮廓表面粗糙度轮廓R和和波纹度轮廓波纹度轮廓W规定了规定了幅度幅度、间距间距和和其他其他方面的特征参数。方面的特征参数。说明：说明：新标准参数代号为新标准参数代号为大小写斜体大小写斜体，下角标不，下角标不 再使用，如新标准参数代号再使用，如新标准参数代号Ra，不再用，不再用Ra。1、幅度参数、幅度参数（1）轮廓的最大高度）轮廓的最大高度Pz、Rz、Wz 在一个取样长度内，在一个取样长度内，最大轮廓峰高最大轮廓峰高Zp和和最大轮廓谷深最

9、大轮廓谷深Zv之和的高度。之和的高度。说明：说明：旧标准中也有轮廓最大高度，符号为旧标准中也有轮廓最大高度，符号为Ry。旧标。旧标准中的准中的“微观不平度十点高度微观不平度十点高度Rz”在新标准中已取消。在新标准中已取消。（2）轮廓的算术平均偏差）轮廓的算术平均偏差Pa、Ra、Wa 在一个取样长度内，轮廓所有纵坐标值在一个取样长度内，轮廓所有纵坐标值Z(x)绝对值的绝对值的算术平均值。算术平均值。01,( )lRa Pa WaZ x dxl近似为近似为11,( )niiRa Pa WaZ xnRa值反映了整个轮廓上各点的微观不平度状况。值反映了整个轮廓上各点的微观不平度状况。2、间距参数、间距

10、参数轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度PSm、RSm、WSm： 在一个取样长度内，所有轮廓单元宽度在一个取样长度内，所有轮廓单元宽度Xs的平均值，的平均值，计算公式为计算公式为11,miiRSm PSm WSmXsm说明：说明：RSm同旧标准中的轮廓微观不平度平均间距同旧标准中的轮廓微观不平度平均间距Sm。3、曲线和相关参数、曲线和相关参数轮廓的支撑长度率轮廓的支撑长度率Pmr(c)、Rmr(c)、Wmr(c)： 在给定水平位置在给定水平位置c上，轮廓的上，轮廓的实体材料长度实体材料长度Ml(c)与评定与评定长度的比率。长度的比率。( )( ),( ),( )lnMl cRmr c Pmr

11、c Wmr c 其中，其中，Ml(c)为在水平位置为在水平位置c上，用一条平行于上，用一条平行于X轴的线与轮廓轴的线与轮廓单元相截所获得的各段截线长度之和。单元相截所获得的各段截线长度之和。说明：说明：在旧标准中在旧标准中也有轮廓支撑长度也有轮廓支撑长度率参数，但定义和率参数，但定义和符号不同。符号不同。四、表面粗糙度参数值四、表面粗糙度参数值 依据依据GB/T 1031-1995表面粗糙度参数及其数值表面粗糙度参数及其数值，有，有下列数值规定：下列数值规定： 选用选用Rmr(c)时，必须同时给出轮廓水平截距时，必须同时给出轮廓水平截距c的数值，的数值，可用微米或可用微米或Rz的百分数表示。的

12、百分数表示。取样长度取样长度l系列值系列值推荐的常用取样长度和评定长度推荐的常用取样长度和评定长度五、表面粗糙度对零件功能的影响五、表面粗糙度对零件功能的影响u 对对摩擦和磨损摩擦和磨损的影响：表面粗糙度大的影响：表面粗糙度大磨损大磨损大寿命低寿命低u 对对疲劳强度疲劳强度的影响：表面越粗糙，疲劳强度越低的影响：表面越粗糙，疲劳强度越低u 对对接触刚度接触刚度的影响：表面越粗糙，接触刚度越低的影响：表面越粗糙，接触刚度越低u 对对耐腐蚀性耐腐蚀性的影响：粗糙的表面易造成表面锈蚀的影响：粗糙的表面易造成表面锈蚀u 对对配合性能配合性能的影响：影响配合性质的稳定性的影响：影响配合性质的稳定性六、表

13、面粗糙度的选择和运用六、表面粗糙度的选择和运用1 1、评定参数项目的选择、评定参数项目的选择u 一般从一般从Ra和和Rz中任选一个；中任选一个；（1 1）幅度参数幅度参数的选用的选用u 在常用值范围内（在常用值范围内（RaRa为为0.025-6.30.025-6.3mm），），优先优先 选用选用Ra；u 粗糙度要求特别高或低时选用粗糙度要求特别高或低时选用Rz，用于测量部位，用于测量部位 小或有疲劳强度要求的零件表面的评定。小或有疲劳强度要求的零件表面的评定。（2 2）间距参数间距参数的选用的选用 RSm主要在对涂漆性能、冲压成形时抗裂纹、主要在对涂漆性能、冲压成形时抗裂纹、抗振、抗腐蚀、减小

14、流体流动摩擦阻力等有要求时抗振、抗腐蚀、减小流体流动摩擦阻力等有要求时选用。选用。（3 3）形状参数形状参数的选用的选用 Rmr(c)主要在耐磨性、接触刚度要求较高等场主要在耐磨性、接触刚度要求较高等场合附加选用。合附加选用。表面粗糙度的测量比较法 比较法将被测表面和表面粗糙度样板直接比较法将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，用于车间，评定表面粗糙度值较大进行比较，用于车间，评定表面粗糙度值较大的工件。的工件。光切法 光切法利用光切原理，用双管显微镜测量，光切法利用光切原理，用双管显微镜测量，常用于测量常用于测量RzRz为为0.5-60m0.5-60m。 被测阶梯表面被测阶梯表面P1P1、

15、P2P2的的高度为高度为h h，扁平光束，扁平光束A A以以4545度度方向入射，折射成方向入射，折射成S1S1、S2S2两两段，经段，经B B方向反射后，在显方向反射后，在显微镜内两段光带的放大像为微镜内两段光带的放大像为S1S1和和S2S2，同时，同时S1S1与与S2S2的距离的距离h h被放大为被放大为hh。用测微目镜测出用测微目镜测出hh值，值，根据放大关系计算出根据放大关系计算出h h值。值。干涉法 干涉法利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量，干涉法利用光波干涉原理，用干涉显微镜测量，常用于测量常用于测量RzRz为为0.8-0.025m0.8-0.025m。 图中所示工件表面在仪器视场

16、中的干涉条纹，由于被测图中所示工件表面在仪器视场中的干涉条纹，由于被测表面有微观的峰谷存在，峰谷处的光程不同，造成干涉条纹表面有微观的峰谷存在，峰谷处的光程不同，造成干涉条纹的弯曲的弯曲2ahb 式中，式中，a a为干涉条纹的为干涉条纹的弯曲量，弯曲量，b b为干涉条纹的为干涉条纹的宽度，宽度，为光波波长。为光波波长。 测出测出a a、b b值，就可算值，就可算出出h h值。值。印模法 对大零件的内表面可以采用印模法，用石蜡、对大零件的内表面可以采用印模法，用石蜡、塑料或低熔点合金，将被测表面印模下来，然后塑料或低熔点合金，将被测表面印模下来，然后对印模表面进行测量。对印模表面进行测量。针描法

17、 针描法利用触针直接在被测表面上轻轻划过，针描法利用触针直接在被测表面上轻轻划过，从而测出表面粗糙度的从而测出表面粗糙度的RaRa值。值。u 仪器：电动轮廓仪，由传感器、驱动器、指示表、记录仪器：电动轮廓仪，由传感器、驱动器、指示表、记录 器和工作台等组成。器和工作台等组成。u 原理：传感器端部的触针与被测表面垂直接触，拖动传原理：传感器端部的触针与被测表面垂直接触，拖动传 感器，由于被测表面轮廓峰谷起伏，触针将上下移动，感器，由于被测表面轮廓峰谷起伏，触针将上下移动， 引起传感器内电量变化，经信号变换后，可得到截面轮引起传感器内电量变化，经信号变换后，可得到截面轮 廓的放大图。廓的放大图。2

18、、参数值的选用原则、参数值的选用原则 在满足使用性能要求的前提下在满足使用性能要求的前提下尽可能选用较大的粗糙尽可能选用较大的粗糙度参数值度参数值。类比法类比法，凭经验凭经验，查手册查手册，根据实际情况调整。，根据实际情况调整。u 同一零件上，工作表面比非工作表面的粗糙度参数值小。同一零件上，工作表面比非工作表面的粗糙度参数值小。u 摩擦表面比非摩擦表面的要小；滚动摩擦表面比滑动摩摩擦表面比非摩擦表面的要小；滚动摩擦表面比滑动摩 擦表面的要小；高速重载比低速轻载的要小。擦表面的要小；高速重载比低速轻载的要小。u 受循环载荷的表面及易引起应力集中的部分（如圆角、受循环载荷的表面及易引起应力集中的部分（如圆角、 沟槽）要小。沟槽）要小。u 配合要求高、配合间隙小的表面以及联接要求可靠、受配合要求高、配合间隙小的表面以及联接要求可靠、受 重载的过盈配合表面等，粗糙度参数值应小。重载的过盈配合表面等，粗糙度参数值应小。u 配合性质相同，小尺寸零件比大尺寸的粗糙度参数值小；配合性质相同，小尺寸零件比大尺寸的粗糙度参数值小； 同一公差等级，小尺寸比大尺寸，轴比孔的表面粗糙度参同一公差等级，小尺寸比大尺寸，轴比孔的表面粗糙度参 数值要小。数值要小。表面粗糙度的