公差与配合课件

第5章 表面粗糙度

☆知识点

1．表面粗糙度对零件性能的影响

2．表面粗糙度评定参数、图样标注、选择、检测 ★要求 掌握：

1．表面粗糙度评定参数和表面粗糙度图样标注 2．表面粗糙度的选择 了解：

1．表面粗糙度对零件性能的影响 2．表面粗糙度的检测

5.1 概述

经过加工所获得的零件表面，总会存在几何形状误差。几何形状误差分为宏观几何形状误差（即形状误差）、表面波度和微观几何形状误差（表面粗糙度）。目前，（删）通常按波距的大小来划分，波距小于1mm的属于表面粗糙度，波距在1—10mm的属于表面波度，波距大于10mm的属于形状误差。如图5—1所示。表面粗糙度主要是由于加工过程中切削刀痕、刀具和零件表面间的摩擦、切屑分离时表面金属层的塑性变形及工艺系统的高频振动等原因形成的。

表面粗糙度是用于表征零件表面在加工后形成的由较小间距的峰谷组成的微观几何形状特征。表面粗糙度值越小（轮廓支承长度率除外），则表面越光滑。表面粗

糙度参数值的大小对零件的使用性能和寿命有 图5—1零件的截面轮廓形状 直接影响。

表面粗糙度不仅会影响零件的耐磨性、强度和抗腐蚀性等，还会影响配合性质的稳定性。对间隙配合来说，相对运动的表面因粗糙不平而迅速磨损，从而使间隙增大；对

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过盈配合而言，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，从而降低了连接强度；对于过渡配合，表面粗糙度也会使配合变松。此外，表面粗糙度对接触刚度、密封性、耐腐蚀性、产品外观及表面反射能力等都有明显的影响。因此，表面粗糙度是评定产品质量的重要指标。在保证零件尺寸、形状和位置精度的同时，也要对表面粗糙度提出相应的要求。

我国现行的表面粗糙度国家标准有GB/T3505—2000《表面粗糙度 术语 表面及其参数》；GB/T1031—1995《表面粗糙度 参数及其数值》；GB/T131—1993《机械制图 表面粗糙度符号、代号及其注法》

5.2 表面粗糙度的评定参数

5.2.1基本术语

1.取样长度lr

取样长度是在测量表面粗糙度时所取的一段与轮廓总的走向一致的长度。规定和选择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，表面越粗糙，取样长度应越大。取样长度范围内应至少包含五个以上的轮廓峰和谷，如图5—2所示。国家标准规定的取样长度lr见表5—1。

表5—1 lr和ln的数值

Ra/μm ≥0.008-0.02 ﹥0.02-0.10 ﹥0.1-2.0 ﹥2.0-10.0 ﹥10.0-80.0 2.评定长度Ln

评定长度是指评定表面粗糙度所需的一段长度，它可包括一个或几个取样长度，如图5—2所示。

由于被测表面上各处的表面粗糙度不一定很均匀，在一个取样长度上往往不能合理

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Rz/μm ≥0.0025-0.10 ﹥0.10-0.50 ﹥0.50-10 ﹥10-50 ﹥50-320 Lr/mm 0.08 0.25 0.8 2.5 8.0 Ln/mm(ln=5lr) 0.4 1.25 4.0 12.5 40.0 地反映被测表面的粗糙度，所以需要在几个取样长度上分别测量，取其平均值作为测量结果，（删）国家标准推荐Ln=5lr，见表5—1。对均匀性好的表面，可选Ln﹤5lr，对于均匀性较差的表面，可选Ln﹥5lr。

图5—2取样长度、评定长度和轮廓中线

3.中线

中线是指用以评定表面粗糙度参数的给定的线。中线有最小二乘中线和算术平均中线两种。

⑴轮廓最小二乘中线 轮廓的最小二乘中线是指具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线，在取样长度内，使轮廓线上各点的纵坐标Z（x）的平方和为最小，如图5—2a所示。

⑵轮廓的算术平均中线 轮廓的算术平均中线是指具有几何轮廓形状，在取样长度内与轮廓走向一致并划分实际轮廓为上下两部分，且使上下两部分面积相等的基准线。如图5—2b所示。最小二乘中线符合最小二乘原则，从理论上讲是理想的基准线，但在轮廓图形上确定最小二乘中线的位置比较困难，而算术平均中线与最小二乘中线的差别很小，故通常用算术平均中线来代替最小二乘中线，用目测估计来确定轮廓的算术平均中线。当轮廓不规则时，算术平均中线不是唯一的。 5.2.2表面粗糙度的评定参数

国家标准GB/T3505—2000规定的评定表面粗糙度的参数有幅度参数、间距参数、混合参数以及曲线和相关参数等。下面介绍几种常用的评定参数。

1.轮廓的幅度参数

⑴轮廓的算术平均偏差Ra 在一个取样长度内，纵坐标Z（x）绝对值的算术平均值，如图5—3a所示。Ra的数学表达式为：

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Ra=

1lr ?Z（x）dx （5-1）

0lr测得的Ra值越大，则表面越粗糙。Ra参数能充分反映表面微观几何形状高度方面的特性，一般用电动轮廓仪进行测量，因此是普遍采用的评定参数。

⑵轮廓最大高度Rz 在一个取样长度内，最大轮廓峰Zp和最大轮廓谷Zv之间的高度，如图5—3(b)所示。Rz的数学表达式为：

Rz=Zp+Zv （5-2） 注意：在GB/T3505—1983中，符号Rz用于“微观不平度十点高度”，而符号Ry表示“轮廓的最大高度”。

2.轮廓单元的平均宽度RSm

轮廓单元是轮廓峰与轮廓谷的组合。轮廓单元的平均宽度是指在一个取样长度内，轮廓单元宽度Xs的平均值，如图5—4所示。RSm的数学表达式为：

m RSm=

1m?i?1Xsi

（5-3）

RSm是评定轮廓的间距参数，其值愈小，表示轮廓表面愈细密，密封性愈好。 3.轮廓的支承长度率Rmr(c)

轮廓的支承长度率是指在给定水平位置C上的轮廓实体材料长度Ml(c)与评定长度的比率，如图5—5所示。Rmr(c)的数学表达式为：

Rmr(c)=

Ml(c)ln (5-4)

Ml(c)=Ml1+Ml2+?+Mln （5-5）

Rmr(c)是评定轮廓的曲线和相关参数，当C一定时， Rmr(c)值越大，则支承能力和耐磨性更好。如图5—6所示。

b)轮廓的最大高度Rz 图5—3轮廓的幅度参数

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图5—4轮廓单元的宽度

图5-6不同形状轮廓的支承长度

4.评定参数的数值规定

国家标准规定了评定表面粗糙度的参数值，见表5—2至表5—5

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