第五十三章表面粗糙度

1、第五、十三章第五、十三章 表面粗糙度及其检测表面粗糙度及其检测 教学基本内容：掌握表面粗糙度的基本概念，表面教学基本内容：掌握表面粗糙度的基本概念，表面粗糙度的评定、选用、标注及测量。粗糙度的评定、选用、标注及测量。 重点内容：重点内容：表面粗糙度的评定及标注表面粗糙度的评定及标注。 难点内容：表面粗糙度的评定。难点内容：表面粗糙度的评定。 操作技能：表面粗糙度的测量。操作技能：表面粗糙度的测量。一、基本概念一、基本概念完工零件实际完工零件实际表面轮廓（横表面轮廓（横向向）图图 实际轮廓实际轮廓 实际轮廓：实际轮廓：平面与实际表面垂直相交所得的轮廓线。平面与实际表面垂直相交所得的轮廓线。表面粗

2、糙度是零件加工表面所具有的表面粗糙度是零件加工表面所具有的较小间距较小间距的微小峰的微小峰谷不平度，属于微观几何形状误差。谷不平度，属于微观几何形状误差。第一节第一节 概述概述第五章第五章 表面粗糙度表面粗糙度横向实际轮廓：横向实际轮廓：与加工纹理方向与加工纹理方向垂直的截面上的垂直的截面上的轮廓。轮廓。1mm 表面粗糙度表面粗糙度 110mmmm 表面波度表面波度 10mm 形状误差形状误差 1 1、配合性质的稳定性、配合性质的稳定性2 2、耐磨性、耐磨性3 3、抗疲劳强度、抗疲劳强度4 4、耐腐蚀性、耐腐蚀性此外，表面粗糙度对接触刚度、结合面的密封性、零件的此外，表面粗糙度对接触刚度、结合

3、面的密封性、零件的外观、零件表面导电性等都有影响。外观、零件表面导电性等都有影响。因此，为保证零件的使用性能和互换性，在设计零件几何因此，为保证零件的使用性能和互换性，在设计零件几何精度时必须提出合理的表面粗糙度要求。精度时必须提出合理的表面粗糙度要求。 第一节第一节 概述概述二、表面粗糙度对零件的使用性能的影响二、表面粗糙度对零件的使用性能的影响N第一节第一节 概述概述三、有关评定依据三、有关评定依据1 1、取样长度、取样长度lrlr评定表面粗糙度时所取的一段基准线评定表面粗糙度时所取的一段基准线水平方向上的水平方向上的长度。长度。目的在于限制和减弱其他几何形状误差，特别是表面波纹度目的在于

4、限制和减弱其他几何形状误差，特别是表面波纹度对测量结果的影响。对测量结果的影响。在取样长度范围内，一般应该包括至少在取样长度范围内，一般应该包括至少5 5个轮廓峰和个轮廓峰和5 5个轮个轮廓谷。廓谷。图图 取样长度及评定长度取样长度及评定长度第一节第一节 概述概述2 2、 评定长度评定长度lnln由于零件表面各部分的表面粗糙度不一定很均匀，在由于零件表面各部分的表面粗糙度不一定很均匀，在一个取一个取样长度上往往不能合理地反映某一表面粗糙度特征样长度上往往不能合理地反映某一表面粗糙度特征，故需要，故需要取取几个取样长度（评定长度）几个取样长度（评定长度）来评定表面粗糙度。来评定表面粗糙度。一般取

5、一般取lnln5 5lrlr。 表表 R Ra a、R Rz z参数值与取样长度参数值与取样长度lrlr、评定长度、评定长度lnln参数值的对应关系参数值的对应关系3 3、基准线、基准线 评定表面粗糙度参数值大小的一条参考线评定表面粗糙度参数值大小的一条参考线（1 1）轮廓最小二乘中线）轮廓最小二乘中线取样长度范围内，使轮廓上各点的取样长度范围内，使轮廓上各点的轮廓偏距轮廓偏距Z Z（x x）的平方和为的平方和为最小的一条假想线。最小的一条假想线。图图 轮廓最小二乘中线轮廓最小二乘中线20( )minlrZ x第一节第一节 概述概述第一节第一节 概述概述F F1 1F F2 2 F Fn nF

6、 F11F F22 F Fnn（2 2）轮廓算术平均中线）轮廓算术平均中线图图 轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线取样长度范围内，将实际轮廓划分为上下两部分，且取样长度范围内，将实际轮廓划分为上下两部分，且上下面积相等的直线。上下面积相等的直线。轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线不是唯一不是唯一的，在一族算术平均中线的，在一族算术平均中线中只有一条与最小二乘中线重合。中只有一条与最小二乘中线重合。第二节第二节 表面粗糙度的评定参数及数值表面粗糙度的评定参数及数值1 1、轮廓算术平均偏差、轮廓算术平均偏差 Ra Ra 取样长度内轮廓偏距取样长度内轮廓偏距Z Z（x x）绝对值的算术平均值）绝对值的算

7、术平均值 为了全面反映表面粗糙度对零件性能的影响，国家标为了全面反映表面粗糙度对零件性能的影响，国家标准从表面微观几何形状的准从表面微观几何形状的高度、间距和形状高度、间距和形状3个方面规定了个方面规定了4项评定参数，其中项评定参数，其中高度特征参数（有高度特征参数（有2个）是主参数个）是主参数。01( )rlrRaZ x dxl11niiRaZn离散采样时：离散采样时：第二节第二节 表面粗糙度的评定参数及数值表面粗糙度的评定参数及数值Ra能充分反映表面微观几何形状能充分反映表面微观几何形状高度高度方面的特性，是方面的特性，是通常采用的评定参数。常用通常采用的评定参数。常用电动轮廓仪测量电动轮

8、廓仪测量。因受计量器具功能的限制，因受计量器具功能的限制，Ra不能用作过于粗糙或太不能用作过于粗糙或太光滑的表面的评定参数。光滑的表面的评定参数。表表5-2 5-2 轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差RaRa的数值（摘自的数值（摘自GB/T 1031-2009GB/T 1031-2009）（单位：）（单位：mm）第二节第二节 表面粗糙度的评定参数及数值表面粗糙度的评定参数及数值2 2、轮廓的最大高度、轮廓的最大高度 Rz Rz 取样长度内轮廓峰顶线和谷底线之间的距离。取样长度内轮廓峰顶线和谷底线之间的距离。 RzZpZv 峰顶线峰顶线谷底线谷底线中线中线Zp最大轮廓峰高，最大轮廓峰高， Zv最大

9、轮廓谷深最大轮廓谷深第二节第二节 表面粗糙度的评定参数及数值表面粗糙度的评定参数及数值RzRz反映表面反映表面高度高度方面的特性不够充分，但可与方面的特性不够充分，但可与RaRa联用。联用。应用场合：应用场合：不允许出现较深加工痕迹的表面，容易产生应力集中的工作表面；不允许出现较深加工痕迹的表面，容易产生应力集中的工作表面；被测表面很小（不足一个取样长度），不宜采用被测表面很小（不足一个取样长度），不宜采用RaRa。表表5-3 5-3 轮廓最大高度轮廓最大高度RzRz的数值（摘自的数值（摘自GB/T 1031-2009GB/T 1031-2009）（单位：）（单位：mm）第二节第二节 表面粗糙

10、度的评定参数及数值表面粗糙度的评定参数及数值3 3、轮廓单元的平均宽度、轮廓单元的平均宽度 Rsm Rsm（间距特征参数）（间距特征参数）11miiRsmXsm其中其中XsXsi i是轮廓单元宽度，是轮廓单元宽度，轮廓单元是轮廓峰与相邻轮廓谷的组合。轮廓单元是轮廓峰与相邻轮廓谷的组合。第二节第二节 表面粗糙度的评定参数及数值表面粗糙度的评定参数及数值表表5-4 5-4 轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度RsmRsm的数值（摘自的数值（摘自GB/T 1031-2009GB/T 1031-2009）（单位：）（单位：mm）第二节第二节 表面粗糙度的评定参数及数值表面粗糙度的评定参数及数值4 4、

11、轮廓的支撑长度率、轮廓的支撑长度率 Rmr Rmr（c c） （形状特征参数）（形状特征参数）( )( )Ml cRmr cln12( )nMl cMlMlMlnbbbb.321给定的水平截面高度给定的水平截面高度c c上，轮廓的实体材料长度上，轮廓的实体材料长度MlMl（c c）与）与评定长度的比率评定长度的比率第二节第二节 表面粗糙度的评定参数及数值表面粗糙度的评定参数及数值Rmr(c)1015202530405060708090表表5-5 5-5 轮廓的支撑长度率轮廓的支撑长度率RmrRmr( (c c) ) 的数值（摘自的数值（摘自GB/T 1031-2009GB/T 1031-200

12、9）百分数百分数RmrRmr（c c）是不同的截距）是不同的截距c c给出的。给出的。水平截距水平截距c c是从峰顶线开始计算的，可用是从峰顶线开始计算的，可用m或或RzRz的百分比的百分比表示。表示。当当c c一定时，一定时，RmrRmr（c c） 值越大，则值越大，则表面的支撑能力和耐磨性越好表面的支撑能力和耐磨性越好。第三节第三节 表面粗糙度的选用表面粗糙度的选用国家标准规定高度参数是基本参数，大多数情况下可从国家标准规定高度参数是基本参数，大多数情况下可从RaRa和和RzRz中选取；中选取；RsmRsm和和Rmr(c)Rmr(c)为附加参数，不能单独使用。为附加参数，不能单独使用。1

13、1、表面粗糙度评定参数的选用、表面粗糙度评定参数的选用高度参数常用参数值范围内（高度参数常用参数值范围内（RaRa为为0.025m0.025m6.3m6.3m，RzRz为为0.1m0.1m25m25m）推荐优先选用）推荐优先选用RaRa。粗糙度要求特别高或特别低（粗糙度要求特别高或特别低（RaRa0.025m0.025m，RaRa6.3m)6.3m)时，时，推荐使用推荐使用RzRz参数评定。参数评定。2 2、表面粗糙度参数值的选用、表面粗糙度参数值的选用选用表面粗糙度参数值选用表面粗糙度参数值总的原则总的原则：在满足功能要求前提下：在满足功能要求前提下顾及经济性，使参数的允许值应尽可能大。顾及

14、经济性，使参数的允许值应尽可能大。第三节第三节 表面粗糙度的选用表面粗糙度的选用实际设计过程中，常采用实际设计过程中，常采用类比法类比法确定表面粗糙度值。运确定表面粗糙度值。运用类比法时，需要对比零件工作条件适当调整查出的表面粗用类比法时，需要对比零件工作条件适当调整查出的表面粗糙度值。糙度值。调整时应考虑如下几点：调整时应考虑如下几点：（1 1）同一零件上，工作表面的粗糙度值应比非工作表面小。）同一零件上，工作表面的粗糙度值应比非工作表面小。（2 2）摩擦表面的粗糙度值应比非摩擦表面小；）摩擦表面的粗糙度值应比非摩擦表面小；滚动摩擦表面的粗滚动摩擦表面的粗糙度值应比滑动摩擦表面小。糙度值应比

15、滑动摩擦表面小。（3 3）运动速度高、单位面积压力大的表面以及交变应力作用的重）运动速度高、单位面积压力大的表面以及交变应力作用的重要零件圆角、沟槽的表面粗糙度值都应该小。要零件圆角、沟槽的表面粗糙度值都应该小。（4 4）配合性质要求越稳定，其配合表面的粗糙度值应越小。配合性质要求越稳定，其配合表面的粗糙度值应越小。配合配合性质相同时，小尺寸结合面的粗糙度值应比大尺寸结合面小。同性质相同时，小尺寸结合面的粗糙度值应比大尺寸结合面小。同一公差等级，轴的粗糙度数值应比孔的小。一公差等级，轴的粗糙度数值应比孔的小。第三节第三节 表面粗糙度的选用表面粗糙度的选用（5 5）表面粗糙度值应与尺寸公差及形位

16、公差相协调。）表面粗糙度值应与尺寸公差及形位公差相协调。一般来说，一般来说，尺寸公差和形位公差小的表面其粗糙度值也应小。尺寸公差和形位公差小的表面其粗糙度值也应小。表表5-6 5-6 表面粗糙度与尺寸公差及形状公差参数值的对应关系表面粗糙度与尺寸公差及形状公差参数值的对应关系（6 6）防腐性、密封性要求高，外表美观的表面粗糙度值应较小。）防腐性、密封性要求高，外表美观的表面粗糙度值应较小。（7 7）有标准的按相关标准选用粗糙度值。）有标准的按相关标准选用粗糙度值。课本课本P118P118、P119P119给出了给出了一些资料供设计时参考使用。一些资料供设计时参考使用。第四节第四节 表面粗糙度的

17、标注表面粗糙度的标注1 1、表面粗糙度的符号、表面粗糙度的符号H1H26060数字与字母高度2.53.55710符号的线宽0.250.30.50.7 1高度H13.5571014高度H2811152130h h字高字高H11.4hH11.4hH2=2H1H2=2H1第四节第四节 表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注2 2、表面粗糙度的代号及其标注方法、表面粗糙度的代号及其标注方法(e)bc/fa1a2d 图图 表面粗糙度轮廓代号表面粗糙度轮廓代号 a a1 1，a a2 2 粗糙度高度参数代号及其粗糙度高度参数代号及其数值（数值（mm）；（）；（代号代号RaRa可省略不写，可省略不写，只标注参数值

18、）只标注参数值）b b 加工要求、镀覆、涂覆、表面加工要求、镀覆、涂覆、表面处理或其他说明等；处理或其他说明等；c c 取样长度（取样长度（mmmm）（若取样长度（若取样长度按表按表5-15-1选取时可省略不标注）选取时可省略不标注）d d 加工纹理方向符号；加工纹理方向符号； e e 加工余量（加工余量（mmmm）；）； f f 粗糙度间距参数值粗糙度间距参数值RsmRsm（mmmm） 或轮廓支撑长度率或轮廓支撑长度率RmrRmr（c c）。）。第四节第四节 表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注第四节第四节 表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注n当允许在表面粗糙度参数的所有实测值中超过规定值的当允许

19、在表面粗糙度参数的所有实测值中超过规定值的个数少于总数的个数少于总数的1616时，应在图样上标注表面粗糙度参数时，应在图样上标注表面粗糙度参数的的上限值或下限值上限值或下限值。n当要求在表面粗糙度的所有实测值中不得超过规定值时，当要求在表面粗糙度的所有实测值中不得超过规定值时，应在图样上标注表面粗糙度参数的应在图样上标注表面粗糙度参数的最大值或最小值最大值或最小值。第四节第四节 表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注n附加参数不能单独标注。若需要标注附加参数不能单独标注。若需要标注RsmRsm 或或RmrRmr（c c）时，应时，应标注在符号长边的横线下，数值写在相应代号的后面。标注在符号长边的横线

20、下，数值写在相应代号的后面。用去除材料的方法获得的表面粗糙度，用去除材料的方法获得的表面粗糙度，RaRa的上限值为的上限值为6.36.3，RsmRsm的上限值为的上限值为0.050.05。用去除材料的方法获得的表面粗糙度，用去除材料的方法获得的表面粗糙度，RaRa的上限值为的上限值为6.36.3，RsmRsm的最大值为的最大值为0.050.05。用去除材料的方法获得的表面粗糙度，用去除材料的方法获得的表面粗糙度，RaRa的上限值为的上限值为6.36.3，水平截面，水平截面c c在在RzRz的的50%50%位置上，位置上，RmrRmr（c c）的）的下限值下限值为为70%70%。用去除材料的方法

21、获得的表面粗糙度，用去除材料的方法获得的表面粗糙度，RaRa的上限值为的上限值为6.36.3，水平截面，水平截面c c在在RzRz的的50%50%位置上，位置上，RmrRmr（c c）的）的最小值最小值为为70%70%。n按标准规定选用对应的取样长度时，则在图样上省略标注按标准规定选用对应的取样长度时，则在图样上省略标注取样长度，否则应按如图取样长度，否则应按如图a a所示方法标注取样长度，图中取所示方法标注取样长度，图中取样长度取值为样长度取值为0.8 0.8 mmmm。n如果某表面的粗糙度要求按指定的加上方法如果某表面的粗糙度要求按指定的加上方法( (如铣削如铣削) )获得，获得，可用文字

22、标注如图可用文字标注如图b b。第四节第四节 表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注n如果需要标注加工余量如果需要标注加工余量( (设加工总余量为设加工总余量为5 5mmmm) )，应将其标注，应将其标注见图见图c c。加工余量：加工余量：加工过程中在零件表面所切去的金属层厚度。加工过程中在零件表面所切去的金属层厚度。 n如果需要控制表面加工纹理方向，应加注加工纹理方向符号，如果需要控制表面加工纹理方向，应加注加工纹理方向符号，如图如图d d。国家标准规定了加工纹理方向符号，如下表所示。国家标准规定了加工纹理方向符号，如下表所示。c)3.2(5)d)3.2第四节第四节 表面粗糙度的标注表面粗糙度的标

23、注3 3、表面粗糙度代号在图样上的标注、表面粗糙度代号在图样上的标注在同一图样上每一表面只注一次粗糙度代号；在同一图样上每一表面只注一次粗糙度代号； 应该标注在可见轮廓线、尺寸界线或其延长线应该标注在可见轮廓线、尺寸界线或其延长线 、引出线上；、引出线上； 符号的尖端必须从材料外指向表面。符号的尖端必须从材料外指向表面。1.61.66.33.26.33.21.66.36.33.21.6零件的零件的大部分表面大部分表面具有相同的粗糙度要求时，对其中使用最多具有相同的粗糙度要求时，对其中使用最多 的一种符号，可统一注在图纸的右上角。并加注的一种符号，可统一注在图纸的右上角。并加注“其余其余”二字。

24、二字。 文字的高度均应是图形上其他表面所注代号和文字的文字的高度均应是图形上其他表面所注代号和文字的1.21.2倍。倍。1.63.23.212.5其余其余第四节第四节 表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注在不同方向的表面上标注时，代号中的数字及符号的方向必须在不同方向的表面上标注时，代号中的数字及符号的方向必须按下图的规定标注。按下图的规定标注。3.2303012.512.53.23.23.2代号中的数字方向应与尺寸数字的方向一致。代号中的数字方向应与尺寸数字的方向一致。第四节第四节 表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注f其余2512.50.460M45c1.63.23.2ff标注示例标注示例简化标注

25、方法简化标注方法n采用简化标注方法时，必须在标题栏附近说明这些代采用简化标注方法时，必须在标题栏附近说明这些代号的意义。号的意义。第十三章第十三章 表面粗糙度的检测表面粗糙度的检测表面粗糙度的常用检测方法有光切法、干涉法、轮廓法（触针表面粗糙度的常用检测方法有光切法、干涉法、轮廓法（触针扫描法）、比较法、印模法等。扫描法）、比较法、印模法等。一、用光切显微镜测量一、用光切显微镜测量光切法光切法 n利用光切原理利用光切原理n主要用于测量幅度参数主要用于测量幅度参数RzRz，测量的范围一般为，测量的范围一般为Rz0.8Rz0.8100100m m。二、用干涉显微镜测量二、用干涉显微镜测量干涉法干涉

26、法 n利用光波干涉原理利用光波干涉原理n主要用于测量幅度参数主要用于测量幅度参数RzRz。测量的范围一般为。测量的范围一般为Rz0.05Rz0.050.80.8m m。注意：注意：干涉法和光切法测量都比较复杂，仪器上有光学元干涉法和光切法测量都比较复杂，仪器上有光学元器件，防尘要求较高，因此器件，防尘要求较高，因此一般多用于成批零件的抽检测一般多用于成批零件的抽检测量，并在工厂计量室中进行量，并在工厂计量室中进行。第十三章第十三章 表面粗糙度的检测表面粗糙度的检测三、用电动轮廓仪测量三、用电动轮廓仪测量轮廓法（触针扫描法）轮廓法（触针扫描法）n利用金刚石触针直接在被测表面上以一定速度轻轻划过，利用金刚石触针直接在被测表面上以一定速度轻轻划过，触针的上下移动转换为电量，再经过滤波、放大和计算处触针的上下移动转换为电量，再经过滤波、放大和计算处理等直接显示理等直接显示Ra Ra 值。值。n接触式测量，接触式测量，可以测量可以测量RaRa（直接显示）（直接显示）也可以测量也可以