《公差配合与测量技术》-项目四　表面粗糙度及检测

任务一概述

表面粗糙度的大小，对机械零件的使用性能有很大的影响，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。表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积减小，压强增大，磨损就越快（２）表面粗糙度影响配合性质的稳定性。对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了连接强度。（３）表面粗糙度影响零件的疲劳强度。粗糙的零件表面，存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。下一页返回任务一概述（４）表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性。粗糙的表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面锈蚀。（５）表面粗糙度影响零件的密封性。粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。上一页返回任务二表面粗糙度的评定４.２.１主要术语和定义１．取样长度lｒ取样长度是指测量和评定表面粗糙度时所规定的一段基准线长度，如图４-２所示。取样长度的方向与轮廓总的走向一致。规定取样长度的目的在于限制和利减弱其他几何形状误差，特别是表面波度对测量的影响，表面越粗糙，取样长度就越大。在所选取的取样长度内，一般至少包含五个波峰和波谷。２．评定长度lｎ评定长度是指用于判别被评定轮廓表面粗糙度所必需的一段长度，如图４-２所示。下一页返回任务二表面粗糙度的评定３．轮廓中线犿轮廓中线：是定量计算表面粗糙度数值大小的一条基准线，基准线通常有以下两种：（１）轮廓最小二乘中线。在取样长度范围内，实际被测轮廓线上的各点至一条假想线的距离的平方和为最小。（２）轮廓算术平均中线。在取样长度内，由一条假想线将实际轮廓分成上、下两部分，而且使上部分面积之和等于下部分面积之和。上一页下一页返回任务二表面粗糙度的评定４.２.２表面粗糙度的评定参数（１）轮廓算术平均偏差Ra：在取样长度内，被测表面轮廓上各点至基准线距离yi的绝对值的平均值，如图４-４所示。用下式表示为（２）微观不平度十点高度Ry

：在取样长度内，被测实际轮廓上５个最大轮廓峰高的平均值与５个最大轮廓谷深的平均值之和，如图４-５所示。用下式表示为上一页下一页返回任务二表面粗糙度的评定（３）轮廓最大高度Rz：在取样长度内，轮廓的峰顶线与轮廓谷底线之间的距离。用下式表示为２．间距特征、形状特征参数———附加参数（１）轮廓微观不平度的平均间距Sm：在取样长度内，轮廓微观不平度间距Sm的平均值。所谓轮廓微观不平度间距Smi

，是指含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷一段中线的长度，如图４-６所示。用下式表示为上一页下一页返回任务二表面粗糙度的评定（２）轮廓的单峰平均间距S：在取样长度内，轮廓的单峰间距Si的算术平均值。所谓轮廓单峰间距Si

，是指两相邻轮廓单峰最高点在中线上的投影长度，如图４-６所示。用下式表示为（３）轮廓的支承长度率Rmr(c)

：在取样长度内，一平行于基准线的线与轮廓相截所得到的各段截线长度bi

（图４-６）之和与取样长度l之比。用下式表示为上一页下一页返回任务二表面粗糙度的评定４-２-３表面粗糙度国家标准表面粗糙度的评定参数值已经标准化，设计时应根据国家标准规定的参数值系列选取。国家标准ＧＢ／Ｔ１０３１—２００９对参数系列值的规定有基本系列和补充系列，要求优先选用基本系列。上一页返回任务三表面粗糙度的符号及标注４.３.１表面粗糙度符号表面粗糙度符号及其意义见表４-６。４.３.２表面粗糙度代号有表面度符号及其他表面特征要求的标注，组成了表面粗糙度的代号。表面特征各项规定在基本符号中注写的位置如图４-７所示。高度参数选用Ra时，可以省略其代号而只标注允许值。参数为Rz或Ry时，允许值前必须注出相应的参数符号。下一页返回任务三表面粗糙度的符号及标注４.３.３表面粗糙度代（符）号在图样上的标注表面粗糙度符号、代号一般注在可见轮廓线、尺寸界线或其延长线上，符号的尖端必须从材料外指向被注表面，数字及符号的注写方向必须与尺寸数字方向一致。当零件大部分表面具有相同的表面粗糙度要求时，对其中使用最多的一种符号、代号可以统一注在图样的右上角，并加注“其余”两字。上一页返回任务四选用和检测表面粗糙度４.４.１表面粗糙度参数的选用表面粗糙度是一项重要的技术经济指标，选取时应在满足零件使用性能要求下，考虑工艺的可行性和经济性。表面粗糙度参数值的选用原则是在满足功能要求的前提下，尽可能选用较大的粗糙度数值，以减小加工困难，降低生产成本。选择评定参数值的方法多采用类比法。根据类比法初步确定表面粗糙度，再结合以下情况进行考虑。（１）同一零件上，工作表面的粗糙度参数值应小于非工作表面的粗糙度参数值。（２）摩擦表面的粗糙度值应比非摩擦表面的粗糙度值小。对有相对运动的工件表面，运动速度愈高，其表面粗糙度值也应愈小。（３）受循环载荷的表面和易引起应力集中的部位（如圆角、沟槽等）粗糙度参数要小。下一页返回任务四选用和检测表面粗糙度（４）配合性质要求越稳定，表面粗糙度值应越小。配合性质相同时，尺寸愈小的结合面，表面粗糙度值也应越小。同一精度等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度值要小。（５）尺寸公差、形状公差和表面粗糙度是在设计图样上同时给出的基本要求，三者互相存在密切联系，故取值时应相互协调，一般应符合：尺寸公差＞形状公差＞表面粗糙度。上一页下一页返回任务四选用和检测表面粗糙度（６）要求防腐蚀、密封性能好或外表美观等表面的粗糙度值应较小。（７）考虑加工方法确定表面粗糙度。表面粗糙度与加工方法有密切的关系，在确定零件的表面粗糙度时，应考虑可能的加工方法。上一页下一页返回任务四选用和检测表面粗糙度４.４.２表面粗糙度的测量表面粗糙度常用的检测方法有：比较法、光切法、干涉法、印模法等。１．比较法比较法是将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，两者的加工方法和材料应尽可能相同，否则将产生较大误差。可用肉眼或借助放大镜、比较显微镜比较；也可用手摸、指甲划动的感觉来判断被测表面的粗糙度。上一页下一页返回任务四选用和检测表面粗糙度２．光切法应用“光切原理”来测量表面粗糙度的方法称之为光切法。光切法常用于测量Rz值为０．５～０．８μｍ的表面。常用的仪器是双管显微镜（光切显微镜）如图４-１１所示。该种仪器适宜于车、铣、刨或其他类似加工方法所加工的零件平面和外圆表面。光切法的基本原理如图４-１２所示。３．干涉法干涉法是指利用光学干涉原理来测量表面粗糙度的一种方法。常用仪器是干涉显微镜。图４-１３是国产６ＪＡ型干涉显微镜外形图，其光学系统见图４-１４。上一页下一页返回任务四选用和检测表面粗糙度４．印模法印模法是指用塑性材料将被测表面印模下来，然后对印模表面进行测量。常用的印模材料有川蜡、石蜡和低熔点合金等。这些材料的强度和硬度都不高，故一般不用针触法测量它。由于印模材料不可能填满谷底，且取下印模时往往使印模波峰削平，所以测得印模的Rz值比实际略有缩小。一般需根据实验修正。印模法适用于大尺寸零件的内表面，测量范围为Rz＝０．８～３３０μｍ。上一页返回表４-６表面粗糙度的符号返回图４-２取样长度和评定长度返回