互换性与技术测量课ch5.ppt

1、孙砚飞,互换性与技术测量,机设08,Ch5 表面粗糙度与检测,一、表面粗糙度的概念,概念： 表面粗糙度是一种微观几何形状误差，也称为微观不平度 表面粗糙度是指加工表面上具有的微小间距和微小峰谷不平度这种微观几何形状的尺寸特性。,(d) 图5.1 零件表面的几何形状误差,二、表面粗糙度对零件使用性能的影响,表面粗糙度对机械零件的使用性能和寿命都有很大的影响，尤其是对在高温、高压和高速条件下工作的机械零件影响更大，其影响主要表现在以下几个方面。 1)影响零件的耐磨性（摩擦和磨损） 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。 2)影响配合性质的稳定性 对于间隙配合，相对运动的表面因其粗

2、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。,3)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。 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。 5)对接触刚度的影响 接触刚度影响零件的工作精度和抗振性。这是由于表面粗糙度使表面间只有一部分面积接触。一般情况下，实际接触面积只有公称接触面积的百分之几，接触刚度也降低。,6)对结合面密封性的影响 粗糙的表面结合时，两表面只在局部点上接触，中间有缝隙

3、，影响密封性。因此，降低表面粗糙度，可提高其密封性。 7)对零件其他性能的影响 表面粗糙度对零件其他性能，如对测量精度、流体流动的阻力及零件外形的美观等都有很大的影响。,2 表面粗糙度的评定,实际轮廓（表面轮廓） 实际轮廓是指平面与实际表面相交所得的轮廓线。,实际轮廓,一、基本术语和定义,一、基本术语和定义,1. 取样长度l 取样长度是指测量或评定表面粗糙度时所规定的一段基准线长度，它至少包含5个以上的轮廓峰和谷，取样长度的方向与轮廓走向一致。 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。一般情况，取ln =5l

4、 ，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。均匀性较差的轮廓表面可选ln 5l ；均匀性较好的轮廓表面可选 ln 5l 。,3.基准线（轮廓中线） 基准线是评定表面粗糙度参数值大小的一条参考线，与工件表面几何轮廓的走向一致。基准线有两种确定方法。 1)轮廓的最小二乘中线 轮廓的最小二乘中线是根据实际轮廓，用最小二乘法确定的划分轮廓的基准线，即在取样长度内，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

5、条假想的线就是轮廓的算术平均中线。,二、表面粗糙度的评定参数,1. 高度特征参数（常用） 高度特征参数是沿着垂直于评定基准线的方向计量的。常用的高度特征参数有三个： 1)轮廓算术平均偏差Ra：在一个取样长度内，轮廓偏离最小二乘中线距离的绝对值的算术平均值。,2)微观不平度十点高度Rz 在取样长度内，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，称为微观不平度十点高度，即 3)轮廓最大高度Ry 在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离，称为轮廓最大高度，即,微观不平度十点高度Rz和轮廓最大高度Ry的确定,2. 间距特征参数（附加） 间距特征参数是沿着评定基准线方向测量的，能直接反

6、映表面加工纹理的细密程度。常用的间距特征参数有两个： 1) 轮廓的单峰平均间距S 在取样长度内轮廓的单峰间距的平均值，称为轮廓的单峰平均间距 2) 轮廓微观不平度的平均间距Sm 在取样长度内，轮廓微观不平度的间距的平均值，称为轮廓微观不平度的平均间距。 轮廓微观不平度间距是指一个轮廓峰与相邻轮廓谷间包含的一段中线长度。,轮廓微观不平度平均间距Sm和轮廓单峰平均间隙S的确定,3.形状特征参数 形状特征参数用轮廓支承长度率tp表示。 在取样长度内，轮廓支承长度与取样长度之比，称为轮廓支承长度率。 轮廓支承长度是指在取样长度内，一平行于中线的线从峰顶线向下移一水平截距C时，与轮廓相截所得的各段截线长

7、度之和。,支承长度率图示,3 表面粗糙度参数及其数值的选择 表面精度设计,一、表面粗糙度参数选择,正确地选择零件表面的粗糙度参数及其数值，对改善机器和仪表的工作性能及提高使用寿命有着重要的意义。本节将介绍表面精度设计内容之一表面粗糙度评定参数的选择及表面粗糙度评定参数值的选择,1.高度评定参数的选用 一般情况下可从高度参数Ra、Rz和Ry中任选一个，但在常用值范围内(Ra为0.0256.3， Rz为0.125)，应优先选用Ra，因为能较充分合理地反映零件表面的粗糙度特征。值通常用电动轮廓仪测量，测量效率高。 对于特别粗糙或特别光洁的表面，考虑到工作和检测条件，可以选用Rz。通常用双管显微镜和干

8、涉显微镜测量，由于它只反映峰顶和谷底的几个点，反映出的信息不如全面，且测量效率较低。 不允许出现较大加工痕迹和受交变应力作用的表面，采用Ry作为评定参数。 当零件材料较软时，不能选用 Ra 。因为Ra 值一般采用触针测量，容易划伤零件表面，而且测得结果误差大,2.附加评定参数的选用 附加评定参数一般情况下不作为独立的参数选用，只有零件的表面有特殊使用要求时，仅用高度特征参数不能满足零件表面的功能要求，才在选用了高度参数的基础上，附加选用间距特征参数和形状特征参数。 一般情况下，对密封性、光亮度有特殊要求的表面，应选用间距特征参数S和Sm；对耐磨性有特殊要求的表面，应选用形状特征参数。,3.多个

9、评定参数的联合使用 当表面有较高支承刚度和耐磨要求时，选用 Ra 、 Ry和tp联用。 当表面要求承受交变应力时，选用 S和Sm、 Ry联用。 当表面着重要求外观质量和可漆性，选用 S和Sm 联用。 当表面不允许出现较深加工痕迹，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 和 Ra 、 Ry联用。,二、表面粗糙度参数值的选择,表面粗糙度评定参数选定后，应规定其允许值。表面粗糙度参数值选用得适当与否，不仅影响零件的使用性能，还关系到制造成本。一般说来，表面粗糙度参数值愈小，零件的工作性能愈好。 表面粗糙度的参数值已经标准化，设计时应按国家标准规定的参数系列选取。一般只规定上限值，

10、必要时还要给出下限值。 表5-5和表5-6分别列出了表面粗糙度的表面特征、经济加工方法、应用举例以及轴和孔的表面粗糙度参数推荐值，供选用时参考。,选取表面粗糙度参数值时应遵循下述一些原则。 (1)在满足功能要求的前提下，尽量选用较大的表面粗糙度参数值，以降低加工成本。 (2)在同一零件上，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。 (3)摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度参数值要小，滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值要小。 (4)运动速度高、单位面积压力大的表面，受交变应力作用的重要零件上的圆角、沟槽的表面粗糙度参数值都应小些。,(5)配合零件的表面粗糙度应与尺寸及形状公差相协调，

11、一般尺寸与形状公差要求越严，粗糙度值也就越小。表5-4 (6)配合精度要求高的配合表面(如小间隙配合的配合表面)，受重荷载作用的过盈配合表面的粗糙度参数值也应小些。 (7)同一公差等级的零件，小尺寸比大尺寸、轴比孔的粗糙度参数值要小。 (8)凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定的，如与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的表面等，则应按相应的标准确定表面粗糙度参数值。,练习,1.有一轴，其尺寸为 ，圆柱度公差为 ，试参照尺寸公差和形位公差确定该轴的表面粗糙度评定参数的数值。Ra0.3，Rz0.7um 2. 在一般情况下， 和 相比，哪个应选用较高的表面粗糙度参数值 3. 圆柱度公差分别为0.01mm和0

12、.02mm的两个 孔 ，哪个应选用较高的表面粗糙度参数值？,4 表面粗糙度的代号标注方法,表面粗糙度的评定参数及其数值确定后，须按GB/T 1311993机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法的规定，在零件图上正确地标出(图样上所标注的表面粗糙度符号、代号是该表面完工后的要求)。本节将介绍表面粗糙度的符号、代号及其标注。,一、表面粗糙度的符号、代号,1.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。,2.表面

13、粗糙度的代号 在表面粗糙度符号的基础上，注出表面粗糙度数值及其有关的规定项目后就形成了表面粗糙度的代号。表面粗糙度数值及其有关的规定在符号中注写的位置如表5-8所示。,a粗糙度高度参数代号及其数值 (单位：m)；参数为Ra时，参数值前不注符号；参数为Rz或Ry时，参数值前必须注出相应的参数符号； b加工方法、镀覆、涂覆、表面处理或其他说明等； c取样长度(单位：mm)，或波度（um） d加工纹理方向符号(加工纹理方向的符号见图5-8)； e加工余量(单位：mm)； f粗糙度间距参数代号与数值(单位： m)或者支承长度率(%)与C的参数与数值。粗糙度参数值前必须注出相应的参数符号,3. 高度参数

14、的标注,4.取样长度和附加参数的标注,A：取样长度的标注 若按表5.1的有关规定选用对应的取样长度，则不需要标注，否则标注如图： B:附加参数S、Sm、tp的标注，参见图示。其中图（a）的值为上限值；图（b）的值为下限值，水平截距C在轮廓最大高度的50的位置上,（a） （b） （c） （d）,5. 附加要求的标注,A：加工方法的标注 B：加工纹理的标注 该图表示要求该表面的加工纹理垂直于标注代号视图的投影面,常见加工纹理方向符号,代号标注练习,一个用磨削方法加工的表面，粗糙度要求如下： 轮廓算术平均偏差最大值为3.2 m 微观不平度十点高度上限值为3.2 m 取样长度为2.8mm 单峰平均间距

15、最大值为0.04 m 轮廓支承长度率最小值70%，水平截距为最大高度的50%,二、表面粗糙度要求在零件图中的标注,表面粗糙度符号、代号一般注在图样的可见轮廓线、尺寸界限、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测表面。 代号中数字及符号的注写方向，必须与尺寸数字方向一致。 当零件的大部分表面的粗糙度值要求相同时，不必一一标注，对其中使用最多的一种符号、代号可统一注在图样的右上角，并加注“其余”两字。,零件完工后，其表面的粗糙度是否满足使用要求，需要进行检测。本节将介绍表面粗糙度检测的基本原则和方法。,5 表面粗糙度的检测,一、 检测的基本原则,1.测量方向的选择 对于表面粗糙度，如

16、未指定测量截面的方向时，则应在高度参数最大值的方向进行测量，一般来说也就是在垂直于表面加工的纹理方向上测量。 2.表面缺陷的摒弃 表面粗糙度不包括气孔、砂眼、擦伤、划痕等缺陷。 3.测量部位的选择 在若干有代表性的区段上测量。,二、 检测方法,表面粗糙度的常用检测方法有比较法、轮廓法、光切法、干涉法、印模法等。 1.用粗糙度样块比较比较法 用比较法检验表面粗糙度是生产车间常用的方法。它是将被测表面与粗糙度样板进行比较来评定表面粗糙度。比较法可用目测直接判断或借助于放大镜、显微镜比较或凭触觉、来判断表面粗糙度。Ra 1.6m 时 目测， Ra1.6Ra0.4m 时用 放大镜 Ra 0.4m 时用比较显微镜 2.用电动轮廓仪测量触针法（轮廓法） 触针式电动轮廓仪是利用触针直接在被测表面上轻轻划过，从而测出值。Ra=0.0255微米,3.用光切显微镜测量光切法 光切显微镜又称双管显微镜