《互换性与测量技术1》-第5章

5.1基本概念及其对零件使用性能的影响5.1.1基本概念１.表面粗糙度的定义表面粗糙度是指加工表面（或其他方法获得的表面）所具有的较小间距和微小峰谷不平度。在机械加工过程中，由于整个加工工艺系统的原因，零件表面会出现加工误差。如在切削过程中由于切屑分离时的塑性变形、工艺系统的振动以及刀具和被加工表面的摩擦等，会使零件表面留下微小的凹凸不平的痕迹。其相邻两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（１ｍｍ以下），肉眼难以区分，因此，它属于微观几何形状误差。下一页返回5.1基本概念及其对零件使用性能的影响

２.表面波纹度和表面形状误差在加工过程中，由于机床—刀具—工件系统的强迫振动、刀具进给的不规则和回转质量的不平衡等，在零件表面留下的波距较大且具有较强周期性的误差称为“表面波纹度”。由刀具导轨倾斜等造成的误差则为宏观的表面形状误差。表面轮廓误差如图５－１所示。３.表面粗糙度、表面波纹度、表面形状误差的划分波距小于１ｍｍ并呈周期性变化的，属于表面粗糙度范围；波距在１～１０ｍｍ并呈周期形变化的，属于表面波纹度范围；波距在１０ｍｍ以上且无明显周期变化的，属于表面形状误差。上一页下一页返回5.1基本概念及其对零件使用性能的影响

5.1.2表面粗糙度对零件性能的影响表面粗糙度对机器零件的使用性能影响很大，主要表现在以下几个方面。１.表面粗糙度影响零件的耐磨性一般来讲，表面越粗糙，则摩擦阻力越大，零件的磨损也就越快。但是，当结合表面过于光滑时，由于润滑油被挤出以及分子间的吸附作用，摩擦系数反而增大，从而使磨损加剧。上一页下一页返回5.1基本概念及其对零件使用性能的影响

２.面粗糙度影响配合性质的稳定性对于间隙配合，表面越粗糙，轮廓峰顶磨损就会越快，使得配合间隙增大，破坏配合性质。特别是在尺寸小的情况下，表面粗糙度对配合性质的影响更大。对于过盈配合，表面粗糙度使得实际过盈量小于公称过盈量，从而使连接强度降低。３.影响疲劳强度承受交变载荷的零件，其大部分损坏部位都是由表面产生疲劳裂纹造成的。零件表面越粗糙，对应力集中越敏感，零件疲劳损坏的可能性则越大。上一页下一页返回5.1基本概念及其对零件使用性能的影响

４.影响耐蚀性金属材料的腐蚀是由化学过程或者电化学过程所致的。表面越粗糙，则积聚在零件表面的腐蚀性气体或液体就越多，因而腐蚀作用就越大。５.影响接触刚度零件表面越粗糙，实际接触面积就越小，则受力后的局部变形增大，接触刚度降低，从而影响零件的抗振性和工作精度。６.影响密封性由于粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体可通过接触面间的缝隙渗漏。上一页下一页返回5.1基本概念及其对零件使用性能的影响

７.影响测量精度零件被测表面和测量工具测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度，尤其是在精密测量时。此外，表面粗糙度对零件的镀涂层、导热性和接触电阻、反射能力和辐射性能、液体和气体流动的阻力、导体表面电流的流通等都会有不同程度的影响。上一页返回下一页5.1基本概念及其对零件使用性能的影响5.1.3表面粗糙度的基本术语和定义１.表面轮廓表面轮廓是平面与实际表面相交所得的轮廓。按照平面相截的方向不同，又可分为Ｘ向表面轮廓和Ｙ向表面轮廓，通常是指Ｘ向表面轮廓，即与加工纹理方向垂直的截面上的轮廓。２.取样长度ｌｒ评定表面粗糙度时所规定的一段基准线的长度，称为取样长度，用符号“ｌｒ”表示。规定和选择取样长度是为了限制和减弱表面波纹度、排除形状误差对表面粗糙度测量结果的影响。上一页下一页返回5.1基本概念及其对零件使用性能的影响ｌｒ过长，表面粗糙度的测量值则可能含有表面波纹度成分；ｌｒ过短，表面粗糙度的测量值则不能客观地反映表面粗糙度的实际情况。取样长度应与表面粗糙度的大小相适应。所选取的取样长度一般应包含５个以上的轮廓峰和轮廓谷，而取样长度的大小取决于表面粗糙度的疏密程度。３.评定长度由于加工表面有着不同程度的不均匀性，为了充分、合理地反映某一表面的粗糙度特性，规定在评定时所必需的一段表面长度，它包含一个或几个连续的取样长度，称这一段表面长度为“评定长度”用符号“ｌｎ”表示。上一页下一页返回5.1基本概念及其对零件使用性能的影响评定长度与取样长度之间的数量关系取决于表面粗糙度的均匀程度和加工方法，表面粗糙度比较规则均匀，可以规定比较小的评定长度；反之，则可规定较大的评定长度。一般情况下，取ｌｎ＝５ｌｒ。４.中线中线是具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。中线有以下两种：（１）轮廓的最小二乘中线轮廓的最小二乘中线是指在取样长度内，使轮廓各点至基准线的距离平方和为最小的线，即∫ｌ０［Ｚ（ｘ）］２ｄｘ为最小的线。上一页下一页返回5.1基本概念及其对零件使用性能的影响（２）轮廓的算术平均中线在取样长度内，由一条假想的基准线将实际轮廓分成上下两部分，且使上下两部分的面积之和相等，这条假想的基准线即为轮廓的算术平均中线。可借用计算机求最小数的方法确定最小二乘中线的位置。微机化的表面粗糙度测量仪使用最小二乘中线作为基准线。光切法测量表面粗糙度可用轮廓算术平均中线作为基准线，一般可用目测估计法来确定。上一页下一页返回5.1基本概念及其对零件使用性能的影响5.1.4表面粗糙度的评定参数及数值国家标准ＧＢ／Ｔ３５０５—２００９从表面粗糙度的高度参数、间距参数、混合参数以及曲线和相关参数等方面规定了相应的评定参数，以满足机械产品对零件表面的各种功能要求。１.轮廓的算术平均偏差Ｒａ（高度参数）如图５－８所示，Ｒａ是指在一个取样长度内纵坐标Ｚ（ｘ）绝对值的算术平均值，即：上一页下一页返回5.1基本概念及其对零件使用性能的影响式中ｎ———在取样长度内所测点的数目。２.轮廓的最大高度Ｒｚ（高度参数）如图５－９所示，轮廓的最大高度Ｒｚ是指在一个取样长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和的高度，指在一个取样长度内，最大轮廓峰高Ｒｐ等于轮廓峰高的最大值Ｚｐｍａｘ，最大轮廓谷深Ｒｖ等于轮廓谷深最大值Ｚｖｍａｘ，则有：Ｒｚ的值越大，零件的表面就越粗糙。Ｒｚ不如Ｒａ对表面粗糙度反映得客观、全面。对于同一表面，只能标注Ｒａ和Ｒｚ中的一个，切勿同时对两者进行标注。其上一页下一页返回5.1基本概念及其对零件使用性能的影响３.轮廓单元的平均宽度Ｒｓｍ（间距参数）轮廓单元的平均宽度是指在一个取样长度内，所有轮廓单元宽度ＸＳｉ的平均值。其计算公式为：轮廓单元平均宽度的大小反映了轮廓表面峰谷的疏密程度。Ｒｓｍ越小，峰谷越密，密封性就越好。上一页下一页返回5.1基本概念及其对零件使用性能的影响４.轮廓的支承长度率Ｒｍｒ（ｃ）（曲线参数）轮廓的支承长度率Ｒｍｒ（ｃ）是指，在给定的水平截面高度ｃ上，轮廓的实体材料Ｍｌ（ｃ）与评定长度ｌｎ的比率即：轮廓的实体材料长度Ｍｌ（ｃ）与轮廓的水平截距ｃ有关，评定时，要给出对应的水平截距ｃ。它可用微米（μｍ）或轮廓的最大高度Ｒｚ的百分比来表示。百分数系列如下：Ｒｚ的５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、４０％、５０％、６０％、７０％、８０％、９０％。上一页下一页返回５.２表面粗糙度的选择及标注5.2.1表面粗糙度参数值的选择表面粗糙度参数的允许值应该根据零件表面的功能要求并按国家标准规定的参数值系列来选取。表面粗糙度参数值选择得合理与否，不仅对产品的使用性能有很大影响，而且直接关系到产品的质量和制造成本。选择的基本原则是在满足功能要求的前提下，尽可能选用较大的表面粗糙度数值。１.一般选用原则１）同一零件上，工作表面的表面粗糙度参数值小于非工作表面的表面粗糙度参数值。下一页返回５.２表面粗糙度的选择及标注

２）摩擦表面比非摩擦表面的表面粗糙度参数值要小；滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的表面粗糙度参数值要小；运动速度高、单位压力大的摩擦表面，比运动速度低、单位压力小的摩擦表面的表面粗糙度参数值要小。３）承受交变载荷的表面、容易引起应力集中的表面（如圆角、沟槽等处），其表面粗糙度参数值要小。４）对配合性质要求高的结合表面，如配合间隙小的配合表面以及要求连接可靠、受重载的过盈配合表面等，都应取较小的表面粗糙度参数值。５）配合性质相同时，零件尺寸越小，其表面粗糙度参数值应越小；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。上一页下一页返回５.２表面粗糙度的选择及标注

６）有防腐性、密封性等要求的表面，表面粗糙度参数值要小些。２.参数值的选用方法表面粗糙度参数允许值通常用类比法来选取，还应注意协调好尺寸公差、形状公差和表面粗糙度之间的关系。一般尺寸公差、形状公差小时，表面粗糙度参数值也小。然而实际生产中也有这样的情况，尺寸公差、表面形状误差要求很大，但其表面粗糙度值要求很小，如机床的手轮或手柄的表面，所以说，它们之间并不存在确定的函数关系上一页返回下一页５.２表面粗糙度的选择及标注5.2.2表面粗糙度的符号、代号及其标注ＧＢ／Ｔ１３１—２００６规定了零件表面结构的图形符号及其在图样上的标注。１.表面结构的图形符号在图样上表示表面结构的图形符号见表５－８。２.表面结构要求在图样符号中的注写位置为了明确表面结构要求，除了标注表面结构参数和数值外，必要时应标注补充要求，包括传输带、取样长度、加工工艺、表面纹理及方向、加工余量等。上一页下一页返回５.２表面粗糙度的选择及标注３.表面结构代号表面结构符号中注写了参数代号及数值等要求后称为“表面结构代号”，根据ＧＢ／Ｔ３５０５—２００９的规定。具体标注示例见表５－１０。１）高度参数选Ｒａ或Ｒｚ，其参数代号不可以省略。２）评定长度等于５个取样长度（ｌｎ＝５ｌｒ）为默认值，可省略标注，如Ｒａ３.２。否则不可以省略，应在参数代号后标注其个数。如Ｒａ３３.２表示要求评定长度为三个取样长度。３）极限判断规则的标注。上一页下一页返回５.２表面粗糙度的选择及标注表面结构要求中给定极限值的判断规则有两种：“１６％”规则（所有表面结构要求标注的默认规则）和“最大”规则。“１６％”规则是指表面粗糙度参数的所有实测值中，允许有不超过总数１６％的实测值超过规定值。默认为参数的上限值。当标注为单向下限值时，参数带号前应加“Ｌ”。当标注为双向极限值时，上限值在上方，用“Ｕ”表示；下限值在下方，用“Ｌ”表示。“最大”规则是指表面粗糙度参数的实测值不得超过规定值。应用最大规则时应在参数代号后加“ｍａｘ”，见表５－１０。上一页下一页返回５.２表面粗糙度的选择及标注４）传输带的标注。传输带应标注在参数代号的前面，并用斜线“／”隔开。传输带标注包括滤波截止波长（单位为ｍｍ），其中短波滤波器λｓ在前，长波滤波器λｃ在后，并用“－”隔开。如果只注一个滤波器，应保留“－”来区分短波、长波滤波器。例如：“０.００８－”指短波滤波器λｓ，“－０.２５”指长波滤波器λｃ。表面结构没有标注传输带时，表示表面结构要求采用默认传输带。上一页返回５.３表面粗糙度的测量5.3.1表面粗糙度常用的检测方法表面粗糙度常用的检测方法有比较法、光切法、干涉法、针描法和印模法。１.比较法比较法是通过将被测表面与标有一定数值的粗糙度样板比较，来确定被测表面粗糙度数值的方法。用比较法进行测量较简便，多用于车间现场测量，常用于中等或较粗糙表面的测量。比较时可以采用的方法：Ｒａ＞１.６μｍ时，用目测；Ｒａ为１.６～０.４μｍ时，用放大镜；Ｒａ＜０.４μｍ时，用比较显微镜。比较时的要求：样板的加工方法、加工纹理、加工方向以及材料与被测零件表面应相同。下一页返回５.３表面粗糙度的测量

２.光切法光切法是应用光切原理来测量表面粗糙度的方法。常用的仪器是双管显微镜（也叫“光切显微镜”），适用于测量车、铣、刨或其他类似加工方法所加工的零件平面或外圆表面。测量表面粗糙度，可用作Ｒｚ在０.５～６０μｍ内的检测。３.干涉法利用光波干涉原理（见平晶、激光测长技术）将被测表面的形状误差以干涉条纹图形显示出来，并利用放大倍数高（可达５００倍）的显微镜将这些干涉条纹的微观部分放大后进行测量，以得出被测表面的粗糙度。应用此法的表面粗糙度测量工具称为“干涉显微镜”。这种方法适用于测量Ｒｚ为０.０２５～０.８μｍ的表面。上一页下一页返回５.３表面粗糙度的测量

４.针描法针描法也叫“触针法”或“轮廓法”，是利用接触仪器的触针（金刚石针尖，半径为２～３μｍ）探测表面并获得表面轮廓、计算参数的方法。它实际上是一种接触式电测量方法，可以记录轮廓。所用的测量仪器称为“电感式轮廓仪”，适用于测量Ｒａ为０.０２５～６.３００μｍ的表面。用这种方法