公差与配合 第5章

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第5章 表面粗糙度 5 第5章 表面粗糙度 5.1 概述 5.2 表面粗糙度的评定参数 5.3 表面粗糙度的标注 5.4 表面粗糙度的选择 5.5 表面粗糙度的测量 思考题与习题第5章 表面粗糙度 5 5.1 概 述 5. 1. 1 表面粗糙度的概念 经过机械加工或用其他加工方法获得的零件表面,由 于加工过程中的塑性变形、机床的高频振动以及刀具在加 工表面留下的切削痕迹等原因,零件的表面不可能是绝对 光洁的。在零件加工表面存在几何形状误差,其中一种是 由较小间距和微小峰谷形成的微观几何形状误差,即表面 粗糙度。表面粗糙度值越小,零件表面越光洁。 第5章 表面粗糙度 5 零件加工表面形成的几何形状误差除表面粗糙度 外,还有形状误差(宏观几何形状误差)和表面波度, 如图5-1所示。通常,按相邻两波峰或两波谷的波距来 划分,波距大于10 mm的属于形状误差;波距小于1mm 的属于表面粗糙度;波距介于1~10 mm之间的属于表 面波度。 第5章 表面粗糙度 5 图 5-1 零件表面的几何形状误差第5章 表面粗糙度 5 5. 1. 2 表面粗糙度对互换性的影响 表面粗糙度对零件表面许多功能都有影响。其主要 表现在以下几个方面:  1. 配合性质 对于有配合要求的零件表面,由于相对运动会导致 微小的波峰磨损,从而影响配合性质。第5章 表面粗糙度 5 间隙配合:零件粗糙表面的波峰会很快磨去,导 致间隙增大,影响原有的配合功能。  过盈配合:在装配零件时会将波峰挤平填入波谷, 使实际有效过盈量减小,降低了联结强度。  过渡配合:零件会在使用和拆装过程中发生磨损, 使配合变松,降低了定位和导向的精度。 第5章 表面粗糙度 5 2. 耐磨性 相互接触的表面由于存在微观几何形状误差,只 能在轮廓峰顶处接触,实际有效接触面积减小,导致 单位面积上压力增大,表面磨损加剧;但过于光(即 表面粗糙度值过小)的零件表面,由于金属分子间的 吸附作用,接触表面的润滑油被挤掉形成干摩擦,也 会使摩擦系数增大而加剧磨损。  第5章 表面粗糙度 5 3. 耐腐蚀性 由于腐蚀性气体或液体容易积存在波谷底部, 腐 蚀作用便从波谷向金属零件内部深入,造成锈蚀,因 此零件表面越粗糙,波谷越深,腐蚀越严重。 第5章 表面粗糙度 5 4. 抗疲劳强度 零件粗糙表面的波谷处,在交变载荷、重载荷作 用下易引起应力集中,使抗疲劳强度降低。  此外,表面粗糙度对接触刚度、结合面的密封性、 零件的外观、零件表面导电性等都有影响。因此为保 证零件的使用性能和互换性,在设计零件几何精度时 必须提出合理的表面粗糙度要求。 第5章 表面粗糙度 5 5. 2 表面粗糙度的评定参数 我国现行的表面粗糙度标准有《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》 (GB/T 3505—2000)、《表面粗糙度 参数及其数值》 (GB/T1031—1995)、《机械制图 表面粗糙度符号、 代号及其注法》(GB/T 131—1993)。 第5章 表面粗糙度 5 5. 2. 1 基本术语及定义 1. 取样长度(lr) 取样长度是用于判别被评定轮廓的不规则特征的 x 轴方 向上的长度,即具有表面粗糙度特征的一段基准线长度。 x 轴的方向与轮廓总的走向一致,一般应包括5个以上的波峰 和波谷, 如图5-2所示。规定和限制这段长度是为了限制和 减弱表面波度对表面粗糙度测量结果的影响。 第5章 表面粗糙度 5 2. 评定长度(ln) 评定长度是用于判别被评定轮廓的 x 轴方向上的 长度。它可包括一个或几个取样长度,如图5-2所示。 由于零件表面粗糙度不一定均匀,在一个取样长 度上往往不能合理地反映该表面粗糙度的特性,因此 要取几个连续取样长度,一般取 ln = 5lr。 若被测表面 比较均匀,可选 ln< 5lr;若被测表面均匀性差或测量 精度要求高,可选 ln > 5lr。 第5章 表面粗糙度 5 图 5-2 取样长度和评定长度第5章 表面粗糙度 5 3. 轮廓中线 轮廓中线是具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。 它有轮廓的最小二乘中线和轮廓的算术平均中线两种。  1)轮廓的最小二乘中线(m) 轮廓的最小二乘中线是指在取样长度内,使轮廓线 上各点轮廓偏距 zi 的平方和最小的线,即 min( l r 2 ),如图5-3所示。 ? 0 zi dx第5章 表面粗糙度 5 图 5-3 轮廓的最小二乘中线第5章 表面粗糙度 5 轮廓偏距 z 是指测量方向上,轮廓线上的点与基准线 之间的距离,如图5-4所示。对实际轮廓来说, 基准线和 评定长度内轮廓总的走向之间的夹角α是很小的,故可认 为轮廓偏距是垂直于基准线的。轮廓偏距有正、负之分: 在基准线以上, 轮廓线和基准线所包围的部分是材料的实 体部分,这部分的 z 值为正; 反之为负。 第5章 表面粗糙度 5 图 5-4 轮廓偏距第5章 表面粗糙度 5 2)轮廓的算术平均中线 轮廓的算术平均中线是指在取样长度内划分实际轮 廓为上、下两部分,且使两部分面积相等的基准线,如 图5-5所示,用公式表示为 n n ? (5-1)  ? Fi ? ? Fi i?1 i?1 式中: Fi——轮廓峰面积;   轮廓谷面积。 F i ?——第5章 表面粗糙度 5 图 5-5 轮廓的算术平均中线第5章 表面粗糙度 5 最小二乘中线从理论上讲是理想的、惟一的基准 线,但在轮廓图形上确定最小二乘中线的位置比较困 难,因此只用于精确测量。轮廓算术平均中线与最小 二乘中线差别很小,通常用图解法或目测法就可以确 定,故实际应用中常用轮廓的算术平均中线代替最小 二乘中线。当轮廓很不规则时,轮廓的算术平均中线 不是惟一的。 第5章 表面粗糙度 5 4. 轮廓峰顶线 轮廓峰顶线是指在取样长度内,平行于基准线 并通过轮廓最高点的线,如图5-6所示。 第5章 表面粗糙度 5 图 5-6 轮廓峰顶线与轮廓谷底线第5章 表面粗糙度 5 5. 轮廓谷底线 轮廓谷底线是指在取样长度内,平行于基准线 并通过轮廓最低点的线, 如图5-6所示。 第5章 表面粗糙度 5 5. 2. 2 评定参数 1. 幅度参数 1) 轮廓算术平均偏差(Ra) 轮廓算术平均偏差是指在一个取样长度内, 轮廓 偏距 z (x) 绝对值的算术平均值,如图5-7所示,用公 式表示为 1 R ? lr z?x?dx (5-2)  a lr ? 0 或近似为 1 n ? Ra ? zi (5-3)
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