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1、第四章第四章 表面粗糙度表面粗糙度 表面粗糙度表面粗糙度是是指加工表面具有较小间隙和微小峰谷的指加工表面具有较小间隙和微小峰谷的一种微观几何一种微观几何 形状误差。旧称表面光洁度形状误差。旧称表面光洁度。 危害危害影响配合件接触刚性，降低机器寿命和精度。影响配合件接触刚性，降低机器寿命和精度。 影响配合性质，工作精度，抗腐蚀性影响配合性质，工作精度，抗腐蚀性
影响手感、观感影响手感、观感。 本章本章基本内容基本内容：掌握表面粗糙度的基本概念，表面粗糙：掌握表面粗糙度的基本概念，表面粗糙 度的评定、选用、标注及测量。度的评定、选用、标注及测量。 重点内容重点内容：表面粗糙度的评定、选用及标注。：
2、表面粗糙度的评定、选用及标注。 难点内容难点内容：表面粗糙度的评定、选用。：表面粗糙度的评定、选用。 操作技能操作技能：表面粗糙度的测量。：表面粗糙度的测量。 v 原因原因：机械加工过程中，由于刀痕及切削过程中切屑分离时的塑性变形，：机械加工过程中，由于刀痕及切削过程中切屑分离时的塑性变形，
工艺系统中的高颤振动，以及被加工表面摩擦等原因，致使被加工表面产工艺系统中的高颤振动，以及被加工表面摩擦等原因，致使被加工表面产 生微量高低不平的痕迹。生微量高低不平的痕迹。 形状误差形状误差 n机械零件表面精度所研究和描述的对象是零件的表面机械零件表面精度所研究和描述的对象是零件的表面 形貌特性。零件的
3、表面形貌可以分为三种成分形貌特性。零件的表面形貌可以分为三种成分 表面波纹度表面波纹度 会引起零件运转时的振动、噪声，特别是对旋转零件（如轴承）的影响会引起零件运转时的振动、噪声，特别是对旋转零件（如轴承）的影响 是相当大的是相当大的。目前表面波纹度还没有制定国家标准。国际标准化组织第目前表面波纹度还没有制定国家标准。国际标准化组织第5757
技术委员会正在制定表面波纹度有关国际标准技术委员会正在制定表面波纹度有关国际标准。 表面粗糙度表面粗糙度 第一节 表面粗糙度 一、术语及定义 1 1、表面轮廓：平面与实际表面相交、表面轮廓：平面与实际表面相交 轮廓。轮廓。 2 2、 s s滤波器：滤波器
4、：滤掉比粗糙度波长更短滤掉比粗糙度波长更短的的 滤波器。滤波器。 3 3、 c c滤波器：滤波器：确定粗糙度与波纹度之间确定粗糙度与波纹度之间 相交界限的滤波器相交界限的滤波器。 4 4、原始轮廓：在应用、原始轮廓：在应用 s s滤波器之后的总的滤波器之后的总的 轮廓，是评定原始轮廓参数的基础轮廓，是评定原始轮廓参数的基础 传输带：长波截止波长传输带：长波截止波长
c c和短长波截止波长和短长波截止波长 s s 之间的波长范围之间的波长范围 5 5、粗糙度轮廓：对原始轮廓采用、粗糙度轮廓：对原始轮廓采用 c c滤波器滤波器 抑制长波成分后形成的轮廓。抑制长波成分后形成的轮廓。由由 s s 和和
5、 c c来来限定。限定。 6 6、粗糙度轮廓中线：用标称形式的线穿过粗糙度轮廓，、粗糙度轮廓中线：用标称形式的线穿过粗糙度轮廓，按最小二乘法拟合所按最小二乘法拟合所 确定的中线确定的中线。在取样长度内，使轮廓上各点至该线的距离平方和为最小。即：。在取样长度内，使轮廓上各点至该线的距离平方和为最小。即： GB/T3505-2009GB/T3505-2009、
GB/T1031-2009 GB/T1031-2009、 GB/T131-2006 GB/T131-2006中给出了有关术语及定义。中给出了有关术语及定义。 min 1 2 n i xy）（ 7. 7.取样长度取样长度lrlr取样长度是用于
6、判别和测量表面粗糙度时所规定取样长度是用于判别和测量表面粗糙度时所规定 的一段基准线长度，它在轮廓总的走向上量取。的一段基准线长度，它在轮廓总的走向上量取。 目的：规定和选取这段长度是为了限制和消弱表面波度对表面粗糙目的：规定和选取这段长度是为了限制和消弱表面波度对表面粗糙 度测量结果的影响。度测量结果的影响。
表面越粗糙，取样长度越大，因为表面越粗糙，波距也越大，较表面越粗糙，取样长度越大，因为表面越粗糙，波距也越大，较 大的取样长度才能反映一定数量的微量高低不平的痕迹。大的取样长度才能反映一定数量的微量高低不平的痕迹。 8 8评定长度评定长度 ln ln：为了全面、充分地反映被测表面的特性
7、，在评定：为了全面、充分地反映被测表面的特性，在评定 或测量表面轮廓时所必需的一段长度。或测量表面轮廓时所必需的一段长度。 评定长度可包括一个或多个取样长度。表面不均匀的表面，宜评定长度可包括一个或多个取样长度。表面不均匀的表面，宜 选用较长的评定长度。选用较长的评定长度。评定长度一般按评定长度一般按5 5个取样长度来确定个取样长度来确定。
二、粗糙度的二、粗糙度的评定参数评定参数 国标规定评定参数有二个幅度 参数：轮廓算术平均偏差轮廓算术平均偏差R Ra a； ；轮廓的最大高度 轮廓的最大高度RZ v1 1、轮廓算术平均偏差、轮廓算术平均偏差R Ra a 在取样长度lr内，轮廓纵坐标值的绝对
8、值的算术平均值。Ra越大，表面越粗 糙。 lr a dxxZ lr R 0
)(
1 n i ia xZ n R 1
)(
1 或 RaRa能充分反映表面微观几何形状高度方面的特性，但因受计量器具功能的限能充分反映表面微观几何形状高度方面的特性，但因受计量器具功能的限 制，制，不用作过于粗糙或太光滑的表面的评定参数不用作过于粗糙或太光滑的表面的评定参数
v 2、轮廓最大高度轮廓最大高度RZ 在取样长度 lr内，轮廓最高峰顶线轮廓最高峰顶线Zp和轮廓最低谷底线和轮廓最低谷底线Zv之间的距离。 maxmaxvpZ ZZR 两粗糙表面高度参数相近，但疏密不同，因此两个表面的密封性、 耐磨性
9、不同。 国标规定了两个附加参数：轮廓单元的平均宽度Rsm 轮廓的支承长度率Sm v 3、轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度R Rsmsm 在取样长度lr内，轮廓单元宽度轮廓单元宽度Xs的平均值的平均值。 m i sism X m 1 1 R v 4、轮廓的支承长度率轮廓的支承长度率S Sm m
在给定水平位置c上，轮廓的实体材料长度与评定长度的比率轮廓的实体材料长度与评定长度的比率。 %100 ln )( )( cMl R cmr 三三. .评定参数的数值评定参数的数值 根据GB/T131-2006规定 （1）表面结构的参数 国家标准规定，评定表面结构质量的主要轮廓参数 组有三个： R轮廓参
10、数（粗糙度参数） W轮廓参数（波纹度参数） P轮廓参数（原始轮廓参数） 在零件图上主要用到的是粗糙度参数R，包括轮廓轮廓 算术平均偏差算术平均偏差RaRa和轮廓最大高度和轮廓最大高度RzRz，其中最常用的是轮 廓算术平均偏差Ra。 新定义 小写字母 大写字母 下标 大写字母 Ra（新） Ra（旧） *参数改变参数改变*参数代号的写法改变参数代号的写法改变 原Ry
(最大高度）定义为Rz，原Rz （十点高度）不再使用， Ra不再为默 认。 评定参数的数值仍按我国原标准：100，50，25 四四. .表面粗糙度的符号、代号及标注表面粗糙度的符号、代号及标注 （2 2）表面结构的符号）表面结构的符号
11、 表面结构的符号画法如图所示，表面结构的符号及附加表面结构的符号画法如图所示，表面结构的符号及附加 标注的尺寸见下表。标注的尺寸见下表。 字母和数字高度字母和数字高度h2.53.557101420 符号线宽符号线宽d 0.250.350.50.711.42 字母线宽字母线宽d 高度高度H13.55710142028 高度高度H28111521304260
基本图形符号，对表面结构有要求的图形符号，简称基本符号。 无补充说明时不能单独使用 扩展图形符号，基本符号加一短横，表示表面是用去除材料的 方法获得，例如：车、铣、钻、磨、剪切、抛光、腐蚀、电火花加 工、气割等 扩展图形符号，基本符号加一小圆
12、，表示表面是用不去除材料 的方法获得，例如：铸、锻、冲压变形、热轧、冷轧、粉末冶金等 , 或者是用于保持原供应状况的表面（包括保持上道工序的状况） 完整图形符号，当要求标注表面结构特征的补充信息时，在允许 任何工艺图形符号的长边上加一横线。在文本中用文字APA表示 完整图形符号, 当要求标注表面结构特征的补充信息时，在去除
材料图形符号的长边上加一横线。在文本中用文字MRR表示 完整图形符号, 当要求标注表面结构特征的补充信息时，在不去 除材料图形符号的长边上加一横线。在文本中用文字NMR表示 工件轮廓各表面的图形符号工件轮廓各表面的图形符号 用任何方法获得的表面粗糙度，用任何方法获得的表面粗
13、糙度，Ra的上限值为的上限值为 3.2m 用去除材料方法获得的表面粗糙度，用去除材料方法获得的表面粗糙度，Ra的上限值为的上限值为 3.2m 用不去除材料方法获得的表面粗糙度，用不去除材料方法获得的表面粗糙度，Ra的上限值的上限值 为为3.2m 用去除表面材料的方法获得的表面，用去除表面材料的方法获得的表面，Ra的上限值为的上限值为
6.3m，下限值为，下限值为3.2m， （3 3）表面粗糙度代号的意义）表面粗糙度代号的意义 （4）表面粗糙度的标注方法）表面粗糙度的标注方法 表面结构要求的一般标注 表面结构要求对每一表面一般只标注一次，通常注写在可见轮 廓线、尺寸界线、尺寸线或它们的延长线上，
14、与尺寸的注写和读取 方向一致。必要时，表面结构符号可用带箭头或黑点的指引线引出 标注。注写在可见轮廓线上的符号尖端或箭头必须从材料外指向表 面，如图所示。 （a） （b） （a）（b） 必要时，表面结构要求还可以标注在公差框格的上方，如必要时，表面结构要求还可以标注在公差框格的上方，如 图所示。图所示。 （a） （b） 表面结构要求的简化标注
有相同表面结构要求的简化标注有相同表面结构要求的简化标注 如果工件的多数表面（包括全部）有相同的表面结构要求，则其 要求可统一标注在标题栏附近，此时（除全部表面有相同的表面结 构要求外）表面结构的符号后面应有：在圆括号内给出无任何其他 标注的基本符号，如
15、图a所示，或在圆括号内给出不同的表面结构 要求，如图b所示。 （a） （b） 使用符号的简化标注使用符号的简化标注 当多个表面具有相同的表面结构要求或图纸空间有限时，可采当多个表面具有相同的表面结构要求或图纸空间有限时，可采 用带字母的完整符号，以等式的形式，在图形或标题栏附近进行简用带字母的完整符号，以等式的形式，在图形或标题栏附近进行简
化标注，如图化标注，如图a a所示；也可以只使用表面结构符号，以等式的形式所示；也可以只使用表面结构符号，以等式的形式 给出对多个表面的共同表面结构要求，如图给出对多个表面的共同表面结构要求，如图b b所示。所示。 （a） （b） 零件图上的标准示例零件图
16、上的标准示例 表面粗糙度代号表面粗糙度代号 na a1 1、a a2 2 处为粗糙度高度参数的允许值（ 处为粗糙度高度参数的允许值（mm）；）； nb b处标注加工方法、镀涂或其它表面处理；处标注加工方法、镀涂或其它表面处理； nc c处标出取样长度（处标出取样长度（mmmm）；）； nd d标出加工纹理方向符号；标出加工纹理方向符号； ne
e处标出加工余量（处标出加工余量（mmmm）；）； nf f处标出间距参数值（处标出间距参数值（mmmm）或轮廓支承长度率。）或轮廓支承长度率。 符 号符 号示 意 图示 意 图 旧国家标准的GB/T131-1993 w 标注时将其标注在可见轮廓线、尺寸
17、界线、引出线或它们的延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。长线上，符号的尖端必须从材料外指向被注表面。 w 高度参数：当选用高度参数：当选用R Ra a时，只需在代号中标出其参数值，时，只需在代号中标出其参数值，“R Ra a”本本 身可以省略；身可以省略； w
高度参数的数值只有一个时，为高度参数值的上限，若有两个高度参数的数值只有一个时，为高度参数值的上限，若有两个 时，则分别为上、下限值时，则分别为上、下限值 w 当允许实测值中，超过规定值的个数少于总数的当允许实测值中，超过规定值的个数少于总数的16%16%时，应在图时，应
18、在图 中标注上限值和下限值，中标注上限值和下限值， w 当所有实测值不允许超过规定值时，应在图样上标注最大值或当所有实测值不允许超过规定值时，应在图样上标注最大值或 最小值。最小值。 w 取样长度：如按国标选用，则可省略标注；取样长度：如按国标选用，则可省略标注； 3.2 3.2 6.3 1.6 0.8 1.6 1.6 其余 M 3.2 12.5 3.2
12.5 12.5 3.2 12.5 3.2 3.2 12.5 12.5 12.5 3.2 (a)(b) 标注示例： 第二节第二节 零件表面粗糙度参数值的选择零件表面粗糙度参数值的选择 优先选用优先选用RaRa值值, ,因为因为RaRa能充分
19、反映零件表面轮廓的特征。能充分反映零件表面轮廓的特征。 以下情况下例外以下情况下例外： 当表面过于粗糙（当表面过于粗糙（RaRa6.3m6.3m）或）或 过于光滑（过于光滑（RaRa 0.025 m 0.025 m ） 当零件材料较软时；当零件材料较软时； 当测量面积很小时。当测量面积很小时。
Rz测量较方便，且弥补了不能测量极小面积表面的不足，测量较方便，且弥补了不能测量极小面积表面的不足， 因此被各国标准中广泛采用。对于需控制应力集中或疲劳因此被各国标准中广泛采用。对于需控制应力集中或疲劳 强度的表面，可加选强度的表面，可加选Rz 。 表面粗糙度参数值的选择原则表面粗糙度参数值的选择原则
20、选择表面粗糙度参数值的基本原则是：在满足零件选择表面粗糙度参数值的基本原则是：在满足零件 表面功能要求的前提下，尽量选取较大的参数值。表面功能要求的前提下，尽量选取较大的参数值。 一般原则：一般原则： 同一零件上，工作表面比非工作表面粗糙度值小同一零件上，工作表面比非工作表面粗糙度值小；
摩擦表面应比非摩擦表面的粗糙度要求严格摩擦表面应比非摩擦表面的粗糙度要求严格 滚动摩擦表面应比滑动摩擦表面的粗糙度要求严格；滚动摩擦表面应比滑动摩擦表面的粗糙度要求严格； 受循环载荷及易引起应力集中的部位，如圆角、沟槽应选受循环载荷及易引起应力集中的部位，如圆角、沟槽应选 较小的高度特性参数值和间距特性参数值；较小的高度特性参数值和间距特性参数值；
配合性质要求稳定的结合面、配合间隙较小的间隙配合表配合性质要求稳定的结合面、配合间隙较小的间隙配合表 面以及要求连接可靠、受重载的过盈配合表面等，应选择面以及要求连接可靠、受重载的过盈配合表面等，应选择 较小的高度特性参数；较小的高度特性参数； 配合性质相同时，零件尺寸越小则表面要求越严；同一公配合性质相同时，零件尺寸越小则表面要求越严；同一公
差等级时，小尺寸比大尺寸、轴比孔要求严。差等级时，小尺寸比大尺寸、轴比孔要求严。 表面粗糙度参数值的选用方法表面粗糙度参数值的选用方法 n用类比法