第4章表面结构new.ppt

1、互换性与测量技术,曹春平 机械工程学院,产品几何技术规范 表面结构轮廓法 表面结构的术语、定义及参数,机械制图 表面粗糙度符号代号及其标注,表面粗糙度参数及其数值,表面粗糙度 国家标准的构成,GB/T3505-2009,GB/T1031-2009,GB/T131-2006,GB/T10610-2009,产品几何技术规范 评定表面的规则和方法,第4章 表面结构,4.1 基本概念 4.2 表面粗糙度的评定 4.3 表面粗糙度的符号、代号及标注 4.4 表面粗糙度的选择 4.5 表面粗糙度的测量,4.1 表面粗糙度的概念,4.1.1 表面粗糙度的概念 4.1.2 表面粗糙度对使用性能的影响,4.1.

2、1 表面粗糙度的概念,一、表面粗糙度轮廓的界定,图4-1 表面轮廓,表面轮廓：平面与表面相交所得的轮廓线，称为表面轮廓。,评估对象：表面轮廓：垂直于零件实际表面的平面与该零件的实际表面相交得到的轮廓,二、定义 在机械加工过程中，由于刀痕、切削过程中切削分离时的塑性变形、工艺系统中的高频振动、刀具和被加工面的摩擦等原因，会使被加工面产生微小的峰谷。这些微小峰谷的高低程度和间距状况称为表面粗糙度。表面粗糙度是一种微观几何形状误差，也称为微观不平度。,4.1.1 表面粗糙度的概念,表面不平度通常按照表面轮廓误差曲线相邻两波峰或两波谷之间的距离(波距)的大小划分为三类误差：表面粗糙度、表面波度和表面上

3、宏观形状误差。,表面粗糙度轮廓(1mm),波纹度轮廓(1mm10mm),宏观形状轮廓(10mm),实际表面轮廓,图4-2 零件表面几何形状误差及其组成成份,具有微观几何形状误差的两个表面只能在轮廓的峰顶发生接触，如图4.2所示 。 零件表面越粗糙，则摩擦阻力越大，零件的磨损也越快。,4.1.2 表面粗糙度对零件使用性能的影响,（1）对摩擦和磨损的影响,4.1.2 表面粗糙度对零件使用性能的影响,（2）对配合性能的影响 对于间隙配合，相对运动的表面因其粗糙不平而迅速磨损，致使间隙增大；对于过盈配合，表面轮廓峰顶在装配时容易被挤平，使实际有效过盈量减小，致使联接强度降低，因此表面粗糙度影响配合性质

4、的稳定性。 （3）对机器和仪器定位精度的影响 零件定位表面上的微小峰、谷会使接触面积减小，在受到压力时，粗糙表面的凸峰处会产生弹性变形和塑性变形，造成定位的不稳定性，产生定位误差。,4.1.2 表面粗糙度对零件使用性能的影响,（4）对疲劳强度的影响 零件表面越粗糙，凹痕就越深，当零件承受交变荷载时，对应力集中很敏感。使疲劳强度降低，导致零件表面产生裂纹而损坏。 （4）对抗腐蚀性的影响 粗糙的表面，易使腐蚀性物质存积在表面的微观凹谷处，并渗入到金属内部，如图4.4所示，致使腐蚀加剧。,4.1.2 表面粗糙度对零件使用性能的影响,4.2 表面粗糙度的评定,4.2.1 基本术语和定义 4.2.2 表

5、面粗糙度的评定参数,4.2.1 基于术语和定义,（1）取样长度,（2）评定长度,（4）轮廓中线,（3）轮廓滤波器和传输带,4.2.1 基本术语和定义,1、取样长度,取样长度：是指在X轴方向上判别被评定轮廓不规则特征的一段基准长度。 规定取样长度的目的：为了限制和削弱表面波纹度对表面粗糙度测量结果的影响。,图4-3 取样长度和评定长度,2、评定长度ln 由于零件表面粗糙度不均匀，为了合理地反映表面粗糙度的特征，在测量和评定时所规定的一段最小长度称为评定长度(ln)。 取标准评定长度ln5l，并以5个取样长度内的粗糙度数值的平均值作为评定长度内的粗糙度的最可靠值。若被测表面比较均匀，可选ln5l；

6、若均匀性差，可选ln5l。 评定长度默认为5个取样长度，否则应注明个数。 如Rz 0.4、 Ra 3 0.8、 Rz 1 3.2分别表示评定长度为5个(默认)、3个、l个取样长度 。,2评定长度ln,3、 轮廓滤波器和传输带 将轮廓分成长波和短波成分的仪器称为轮廓滤波器。 由两个不同截止波长的滤波器分离获得的轮廓波长范围则称为传输带（默认不注）。,按滤波器的不同截止波长值，由小到大顺次分为s、c和f三种。 原始轮廓（P轮廓）：应用s滤波器修正后的轮廓； 粗糙度轮廓（R轮廓）：在P轮廓上再应用c滤波器修正后形成的轮廓； 波纹度轮廓（W轮廓）：对P轮廓连续应用f和c滤波器后形成的轮廓。,4、 轮廓

7、中线,图4-4 表面粗造度轮廓的最小二乘中线,表面粗糙度轮廓中线是为了定量地评定表面粗糙度参数值而确定的一条中线，它是具有几何轮廓形状并划分被评定轮廓的基准线。,(1)轮廓最小二乘中线,是在取样长度 内，使被测轮廓上各点至一条假想线的距离的平方和为最小，即 ，这条假想线就是最小二乘中线。,(2)轮廓算术平均中线,图4-4表面粗造度轮的算术平均中线,在取样长度内，由一条假想线将实际轮廓分成上下两个部分，且使上部分面积之和等于下部分面积之和，即 ，这条假想的线就是轮廓 的算术平均中线。,4.2.2 表面粗糙度的评定参数,为了完善地评定零件表面实际轮廓的粗糙程度，需要分别从不同方向规定适当的参数。国

8、家标准GB/T30502009规定的评定表面粗糙度的参数有：幅度参数、间距参数、混合参数及曲线和相关参数等。 轮廓的算术平均偏差Ra（幅度参数） 轮廓的最大高度Rz（幅度参数） 轮廓单元的平均宽度RSm（间距参数） 轮廓的支承长度率Rmr（曲线参数）,(1)轮廓的算术平均偏差Ra,图4-6 轮廓算术平均偏差Ra的确定,近似为,1幅度参数,在取样长度lr内，被评定轮廓上各点至轮廓中线的纵坐标Z(x)的绝对值的算术平均值，称为轮廓算术平均偏差,幅度参数是沿着垂直于评定基准线的方向计量的。,Ra能充分反映表面微观几何形状高度方面的特性。Ra值越大，则表面越粗糙。 Ra可用电动轮廓仪直接测量，不受人为

9、因素影响，是首选评定参数。但不够直观，且表面轮廓太粗糙或太光滑时不宜用轮廓仪测量。,在一个取样长度范围内，最大轮廓峰高Zpmax与最大轮廓谷深Zvmax之和称之为轮廓最大高度，用符号Rz表示，即Rz = Zpmax + Zvmax,图4-7 表面粗糙度轮廓的最大高度Rz的确定,(2)轮廓的最大高度Rz,2 间距参数,两高度参数差异小,但疏密度不同,定义：在取样长度内，所有轮廓单元的宽度Xsi的平均值，称为轮廓单元的平均宽度。即：,轮廓单元的平均宽度RSm,对于表面轮廓上的微小峰、谷的间距特征，通常采用轮廓单元的平均宽度来评定，能直接反映表面加工纹理的细密程度。,式中， 第i个轮廓单元的宽度。,

10、所谓轮廓单元的宽度是指含有一个轮廓峰和相邻一个轮廓谷的一段中线长度。,RSm属于附加评定参数，与Ra或Rz同时选用，不能独立采用。,在一个评定长度范围内,一条平行于中线的线从峰顶线向下移动一段截距C到某一水平位置时，与轮廓相截所得的各段截线长度bi之和与评定长度的比值叫做轮廓的支承长度率。用符号Rmr（c）表示。,4、轮廓支承长度率 （附加评定参数，不单独采用）,4.3 表面粗糙度的选择,4.3.1 表面粗糙度的选用原则： 表面粗糙度评定参数应根据零件的工作条件、使用性能和测量等进行选择，既要考虑能表征表面的几何特性和表面功能参数，又要考虑表面粗糙度检测仪器（检测方法）的测量范围和工艺的经济性

11、。 在图样上标注表面粗糙度时，一般只给出高度特征参数，只有少数零件的重要表面有特殊使用要求时，才附加给出间距特征参数或曲线 (形状)特征参数。,表面粗糙度轮廓参数是基本参数，可从高度参数Ra 和Rz中任选一个，但在Ra常用值范围内(0.0256.3m)，应优先选用Ra .因为Ra能较充分合理地反映零件表面的微观几何形状特征，又能反映表面的凹凸峰高度，而且Ra值用触针式轮廓仪测量时也比较容易。 而当粗糙度要求特别高（Ra6.3um）时，可选用Rz，参数Rz可控制表面凹凸不平的极限情况，常用于某些不容许出现较深加工痕迹的表面及小零件表面，用光切显微镜测量时计算较方便。 当幅度参数已不能满足控制功能

12、要求时，如还有密封性和耐磨性要求时，可根据需要选用RSm或Rmr其中的一个参数来补充控制。,4.3.2 评定参数的选用,4.3.3 评定参数值的选用,（一）选用原则 在满足使用性能要求的前提下，应尽可能选用较大的参数允许值。 （二）选择方法 类比法 设计时应该国家标准规定的参数系列选取。一般只规定上限值，必要时还要给出下限值。,选择时应注意以下几点,（1）同一零件上工作表面比非工作表面粗糙度参数值小。 （2）摩擦表面比非摩擦表面，滚动摩擦表面比滑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）粗糙度参数值应小些。 （4）要求配合稳定可靠时，粗糙度参数

13、值应小些，小间隙配合表面，以及要求联结可靠、受重载作用的过盈配合表面，其粗糙参数值要小。,（4）配合性质相同，零件尺寸小，其粗糙度值应越小。同一精度等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的粗糙度值要小。 （6）对以配合表面，其尺寸公差、形状公差、表面粗糙度应当协调，一般情况下有一定的对应关系。,若 t=0.6IT 则 Ra0.05IT Rz0.3IT t=0.4IT Ra0.025IT Rz0.15IT t=0.25IT Ra0.012IT Rz0.07IT,（7）凡有关标准对表面粗糙度轮廓技术要求作出具体规定的特定表面（例如，与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔，见GB/T2751993），应按该标准的规定来

14、确定其表面粗糙度轮廓参数极限值。 （8）对于防腐蚀、密封性要求高的表面以及要求外表美观的表面，其表面粗糙度轮廓参数值应小。,Ra(m) 表面外观情况 主要加工方法 应用举例,不可辨加工痕迹方向,粗车、粗铣、粗刨、钻、粗纹锉刀和粗砂轮加工,明显可见刀痕,可见刀痕,微见刀痕,可见加工痕迹,微见加工痕迹,看不见加工痕迹,可辨加工痕迹方向,微辨加工痕迹方向,暗光泽面,亮光泽面,镜状光泽面,雾状镜面,粗糙度值最大的加工面，一般很少应用,粗车、刨、立铣、平铣、钻,精车、精铣、精刨、铰、镗、精磨等,精车、精铰、精拉、精镗、精磨等,研磨、抛光、超级精细研磨等,不接触表面，不重要的接触面，如螺钉孔、倒角、机座底

15、面等,要求很好密合的接触面，如滚动轴承配合的表面、锥销孔等；相对运动速度较高的接触面，如滑动轴承的配合表面、齿轮轮齿的工作表面等,精密量具的表面、极重要零件的摩擦面，如气缸的内表面、精密机床的主轴颈、坐标镗床的主轴颈等,0.2,50,25,12.5,6.3,3.2,1.6,0.8,0.4,0.10,0.05,0.025,0.012,没有相对运动的零件接触面，如箱、盖、套筒要求紧贴的表面、键和键槽工作表面；相对运动速度不高的接触面，如支架孔、衬套、带轮轴孔的工作面等,4.4 表面粗糙度符号、代号及标注,（一）表面粗糙度的符号 GB/T 1311993标准规定，有关表面粗糙度的各项规定按功能要求给

16、定，并注在符号中相应的位置。若仅表示需要加工(采用去除材料的方法或不去除材料的方法)，但对表面粗糙度的其他规定没有要求时，允许只注表面粗糙度符号。,粗糙度幅度参数代号及其数值,标注两个或多个表面结构要求，主要填写附加评定参数的符号及数值,加工方法、 镀覆、涂覆、表面处理或 其他说明,加工纹理方向,加工余量,表面结构完整图形符号的组成,位置a 标注表面结构的单一要求；依次标注幅度参数符号（Ra或 Rz）及极限值（单位为）和有关技术要求。该要求不能省略。 如：0.0025-0.8/Rz 6.3（传输带标注） -0.8/Rz 6.3（取样长度标注） 位置b 标注两个或多个表面结构要求；附加评定参数的

17、符号及相关数值（RSm或Rmr（c），单位为），为第二个表面结构要求。 位置c 标注加工方法、表面处理、涂层或其他加工工艺要求等，如车、磨、镀等加工表面。 位置d 标注表面纹理和纹理方向。各种典型的表面纹理方向的规定符号如表4-6所示。 位置e 标注所要求的加工余量，以为单位给出数值。,标注注意事项：,（1）在零件图上，表面粗糙度代号周围一般只标注幅度参数Ra或Rz的符号和允许值。,标注注意事项：,（2）两个规则 （a）16%规则：是所有表面结构要求标注的默认规则。 当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或下线值 （b）最大规

18、则 当要求在表面粗糙度参数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最大值或最小值。此时应该标注max。,表面结构要求在图样上的标注,1 表面结构的注写和读取方向与尺寸的注写和读取方向一致。表面结构要求可标注在轮廓线上，其符号应从材料外指向并接触表面。,表面结构代号只能水平朝上或垂直朝左。,2 必要时，表面结构也可用带箭头或黑点的指引线引出标注。,3 在不致引起误解时，表面结构要求可以标注在给定的尺寸线上。,4 表面结构要求可标注在形位公差框格的上方。,5 圆柱和棱柱表面的表面结构要求只标注一次。,6如果每个棱柱表面有不同的表面要求，则应分别单独标注。,7 有相同表面结构要求的简化注法。,工件的多数(包括全部)表面有相同的表面结构要求时，统一标注在图样的标题栏附近。,标题栏附近,标题栏附近,或,8 多个表面有共同要求的注法。,用带字母的完整符号，以等式的形式，在图形或标题栏附近，对有相同表面结构要求的表面进行简化标注。,图形或标题栏附近,注意： 1、标注时将其标注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上，符号的尖端必须从材料外指向被注表面。 2、表面结构要求可标注在形位公差框格的上方。 3、当允许实测值中，超过规定值的个数少于总数的16%时，应在图中标注上限值和下限值。 4、当所有实测值不允许超过规定值时，应在图样