第5章 表面粗糙度

5.1概述5.2表面粗糙度的评定5.3表面粗糙度的选用与标注5.4

表面粗糙度的检测第5章表面粗糙度了解表面粗糙度对机械零件使用性能的影响。重点掌握表面粗糙度的评定参数及其标注方法。了解表面粗糙度的选用原则熟悉表面粗糙度的常用检测方法思考题微观——表面粗糙度(roughness)（波距＜1mm）中间——表面波纹度(waveness)（波距1~10mm）宏观——形状误差（波距＞10mm）表面的几何形状误差概述

表面粗糙度是零件表面加工后形成的有较小间距和峰谷组成的微量高低不平的痕迹。表面粗糙度参数值的大小对零件的使用性能和寿命有直接影响。表面粗糙度影响零件的耐磨性、疲劳强度、抗腐蚀性、密封性、外观和检测精度等，还影响配合性质的稳定性。一.概念1.对零件配合性质的影响表面比较粗糙时，轮廓峰在工作中被逐渐磨掉，零件尺寸发生变化，进而影响到配合性质。二、表面粗糙度对零件使用性能的影响对间隙配合：表面越粗糙越易磨损实际间隙增大对过盈配合：装配时将微观凸峰挤平减小实际有效过盈降低了联结强度概述对过渡配合：采用压力或锤敲装配使配合变松概述

2．对摩擦、磨损的影响具有微观几何形状误差的两个表面只能在峰顶发生接触，实际有效接触面积很小，导致单位压力增大，若表面间有相对运动，则峰顶间的接触作用会对运动产生摩擦阻力，同时使零件产生磨损。表面越粗糙摩擦阻力越大，使零件表面磨损速度越快，耗能越多，且影响相对运动的灵敏性表面过于光洁不利于润滑油的贮存，使工作面间形成半干摩擦或干摩擦，反而使摩擦系数增大，并且表面之间可能产生分子间的吸附作用概述一般的磨损过程分为三个阶段：初期磨损阶段、正常磨损阶段、急剧磨损阶段初期磨损阶段结束时的磨损量称为初期磨损量。概述初期磨损量与微观不平度Ra之间的关系如图所示。3.表面质量对耐腐蚀性的影响表面质量越差，存在裂纹时，耐腐蚀性降低概述4.对零件疲劳强度的影响表面缺陷会引起应力集中，降低疲劳强度。若表面存在残余压应力，疲劳强度将会提高。三.表面波纹度对零部件性能的影响概述表面波纹度对零部件性能的影响除部分与表面粗糙度的影响基本相同外，还有其自身的特点1.滚动轴承的振动和噪声与零件的表面波纹度成正比2.波纹度对机械接触式密封件的性能有重要影响3.磁盘的表面波纹度已成为制约其读写速度的瓶颈4.表面波纹度对光学介质表面的光散射具有不可忽视的影响表面粗糙度的评定在测量和评定表面粗糙度时，要确定：取样长度、评定长度、中线和评定参数。一、取样长度和评定长度1、取样长度lr(samplinglength)——在轮廓总的走向上量取的用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度。规定和选择取样长度lr是为了限制和减弱其他几何形状误差特别是表面波纹度对表面粗糙度的影响。取样长度应与被测表面的粗糙度相适应取样长度内至少包含五个以上的轮廓峰和谷表面越粗糙，取样长度应越大表面粗糙度的评定2、评定长度ln（evaluationlength）——评定表面粗糙度所需的一段长度，它可包括一个或几个取样长度。被测表面上各处的表面粗糙度不一定很均匀，在一个取样长度上往往不能合理反映被测表面的粗糙度，所以要在几个取样长度上分别量取，取其平均值作为测量结果。对于均匀性好的表面ln<5lr

；对于均匀性较差的表面，ln

>5lr

。

——具有几何轮廓形状并划分轮廓的中线在取样长度内，使轮廓线上各点的轮廓偏距yi（在测量方向上，轮廓上各点至中线的距离）的平方和为最小。即：3、中线（meanline）——具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。用以评定表面粗糙度参数的给定的线。中线有以下两种：（1）轮廓的最小二乘中线表面粗糙度的评定（2）轮廓的算术平均中线

算术平均中线的数学表达式为：——具有几何轮廓形状，在取样长度内与轮廓走向一致并划分实际轮廓上下两部分，且使上下两部分的面积相等，即：的基准线。表面粗糙度的评定标准规定以轮廓的最小二乘中线（简称中线m）作为基准线。最小二乘中线是唯一的，从理论上讲是理想的基准线。但在轮廓图形上确定其位置比较困难，而算术平均中线与最小二乘中线的的差别很小，所以通常用算术平均中线来代替最小二乘中线，用目测估计来确定轮廓的算术平均中线。当轮廓很不规则时，算术平均中线不是唯一的中线。二、评定参数1、轮廓的幅度参数

或近似为：

——在取样长度l内，轮廓上各点至轮廓中线的距离yi

的绝对值的算术平均值。

Ra的数学表达式为：表面粗糙度的评定国标GB/T3505—2009（替代GB/T3505—83及2000）从表面微观几何形状的幅度、间距和形状等三方面规定了若干评定参数。（1）轮廓算术平均偏差Ra(arithmeticalmeandeviationoftheassessedprofile)

Ra的值越大，表面越粗糙，Ra能客观、全面的反映表面微观几何特性。（2）轮廓最大高度Rz（maximumheightofprofile）

——在取样长度lr

内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离。

Rz的数学表达式为：Rz=Zp+Zv=ypmax+yvmax

ypmax——轮廓最大峰高；yvmax——轮廓最大谷深表面粗糙度的评定

——在取样lr

内，5个最大的轮廓峰高的平均值与

5个最大的轮廓谷深的平均值之和。

微观不平度十点高度RzRz的数学表达式为：ypi

——第i个最大的轮廓峰高yvi

——第i

个最大的轮廓谷深

轮廓最大高度Ry，即为本书中的Rz的定义！测得的Rz

值越大，则表面越粗糙。Rz用于控制不允许出现较深加工痕迹的表面，常标注于受交变应力作用的工作表面，如齿廓表面等。Rz可与Ra联用。当被测表面段很小(不足一个取样长度)，不宜用Ra评定时，应用Rz。

注意：在GB/T3505-83中，Rz指“微观不平度十点高度”，轮廓最大高度用Ry表示。表面粗糙度的评定——在取样长度lr内，轮廓单元宽度xs

的平均值。

RSm

的数学表达式为：2.间距参数轮廓单元的平均宽度RSm(meanwidthofprofileelements)表面粗糙度的评定轮廓单元是轮廓峰与轮廓谷的组合RSm的大小反映了轮廓表面峰谷的疏密程度，RSm越大，峰谷越稀，密封性越差。——在评定长度ln内，一条平行于中线的线与轮廓相截，所得各段截线长度之和Ml(C)与取样lr之比。3.混合参数轮廓的支承长度率Rmr(C)（bearinglengthratio）表面粗糙度的评定

Rmr(C)的数学表达式为：同一轮廓上取不同水平截距C值可得到不同的Rmr(C)值Rmr(C)综合反映了峰高和间距的影响表面粗糙度的评定图（a）的Rmr(C)值大，表示该轮廓的凸起实体部分较多，即起支承载荷作用的长度长，接触刚度高，承载能力及耐磨性好。附表A-13,A-14表面粗糙度评定参数的数值表面粗糙度的评定三、评定参数的数值规定

GB/T1031-2009规定：幅度参数是基本评定参数，间距和形状参数是附加评定参数。在图样上给出表面粗糙度参数值时，一般只要给出高度参数Ra，当表面不允许出现较深的加工痕迹，防止应力集中，或表面长度很小时，用Rz。要求轮廓实际接触面积大或耐磨性好，才用Rmr(C)对零件的密封性有要求或要使喷涂均匀，涂层有好的吸附性和光泽时，才用RSm国家标准推荐优先选用Ra参数规定表面粗糙度要求时，必须同时给定取样长度

lr

和评定长度ln附表4-13Ra分基本系列和补充系列，分别是R10/3和R10优先数系排列。必须说明：表面粗糙度的参数值值和尺寸公差、形状公差之间并不存在确定的函数关系如：机器、仪器上的手轮、手柄、外壳等部件，其尺寸和形状精度要求并不高，但表面粗糙度要求却较高。进行几何精度设计时，通常按以下关系来确定尺寸公差（T）、形状公差（t）和表面粗糙度（

Ra，

Rz

）的关系：表面粗糙度的选用与标注IT5-IT7t≈0.6T

Ra≤0.05T

Rz≤0.2TIT8-IT9t≈0.4T

Ra≤0.025T

Rz≤0.1TIT10-IT12t≈0.25T

Ra≤0.012T

Rz≤0.05T>IT12t≤0.25T

Ra≤0.15TRz≤0.6T表明粗糙度数值选用方法有实验法成本高类比法常用，表5-1、5-2、5-3表面粗糙度参数值的选用通常采用类比法（1）同一零件上工作表面比非工作表面的粗糙度参数值小。具体选用时应注意以下几点：（2）摩擦表面比非摩擦表面、滚动摩擦表面的粗糙度参数值小。（3）承受交变载荷的表面及易引起应力集中的部分（如圆角、沟槽等），粗糙度参数值应小些。（4）对配合性质稳定性要求高的部件，粗糙度参数值应小。（5）表面粗糙度与尺寸及形状公差应协调：尺寸及形状公差小，表面粗糙度参数值也小；同一尺寸公差的轴比孔的粗糙度参数值要小（6）密封性、防腐性要求高的表面或外形美观的表面，粗糙度参数值都应小些。（7）凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定者（如轴承、齿轮等），应按标准规选取表面粗糙度参数值。表面粗糙度的选用与标注表面粗糙度的选用与标注一、表面粗糙度的符号和代号

GB/T131—2006规定了表面粗糙度的符号、代号及其在图样上的标注方法。如仅需要加工而对表面粗糙度的其他规定没有要求时，允许只标注表面粗糙度符号。表面粗糙度代号图样上标注的表面粗糙度代号，是表示该表面完工后的要求。——在表面粗糙度符号的基础上，注上其他有关表面特征的符号。一般情况下，只注出表面粗糙度评定参数代号及其允许值即可。对零件表面功能有特殊要求时，还应注出表面特征的其他规定，如取样长度、加工方法等。表面粗糙度的选用与标注表5-5表面粗糙度标注示例表面粗糙度的选用与标注（1）允许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16%时，应在图样上标注表面粗糙度参数的“上限值”。（2）当要求在表面粗糙度参数的所有实测值中不超过规定值时，应在图样上标注表面粗糙度参数的最大值或最小值。表面粗糙度的选用与标注表面粗糙度的选用与标注加工纹理方向符号符号说明纹理平行于标注代号的视图投影面纹理垂直于标注代号的视图投影面示意图纹理呈两相交的方向纹理呈近似同心圆∥C带有补充注释的符号表面粗糙度的选用与标注表5-7图样上标注方法表面粗糙度的选用与标注四、表面粗糙度的选用图样上一般只注出一个或两个高度参数，国标推荐：在常用数值范围内(Ra值为0.025~6.3m)，应优先选用Ra参数。当零件长度很小，以至测量尺寸很小，或表面不允许出现较深加工痕迹，以防止应力过于集中，从而保证零件的疲劳强度和密封性时，应选用Rz

。表面粗糙度的选用主要包括：（1）评定参数的选用（2）参数值的选用1、评定参数的选用选用原则

：

在满足使用功能的前提下尽量选择较大的表面粗糙度参数（除

Rmr(C)外）值，