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第14章表面粗糙度本章知识点先导案例第一节主要术语及评定参数第二节表面粗糙度对零件功能的影响及其选择第三节表面粗糙度代号及其注法知识扩展先导案例解决本章小结思考题本章知识点1．掌握表面粗糙度的术语及参数。2．掌握表面粗糙度对零件功能的影响及其选择。3．了解表面粗糙度的代号及其标注法。返回先导案例试分析路面与桌面哪个更光滑，为什么？经加工的零件表面，其实际轮廓总会存在误差。如图14-1（a）所示为一个加工表面经过适当放大后反映出的误差情况。根据误差的性质和成因的不同，通常可分解为表面粗糙度（波距1mm）、表面波度（1mm≤波距≤10mm）和形状误差（波距10mm），如图14-1（b）、（c）、（d）所示。表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距和微小峰谷所组成的微观几何形状特性。这种情况，是由于在加工过程中，刀具从零件表面上分离材料时的塑性变形、机械振动及刀具与被加工表面的摩擦而产生的，因其起伏甚微，故可称其为微观不平度。这种微观的不平对零件摩擦、磨损、抗疲劳、抗腐蚀，以及零件间的配合性能等有很大影响。不平的程度越下一页返回先导案例大，则零件的表面性能越差，反之，则表面性能越高，但加工费用也必将随之增加。因此，国家标准拟定了零件表面粗糙度的评定参数，以便在保证使用功能的前提下，选用较为经济的评定参数值。上一页返回第一节主要术语及评定参数一、主要术语1．取样长度e取样长度是指用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度。它至少包含5个轮廓峰和谷，其方向与轮廓总的走向一致，如图14-2所示。规定取样长度的目的在于限制和减弱其他几何形状误差，特别是表面波度对测量的影响。表面越粗糙，取样长度就越大。2．评定长度en由于加工表面有着不同程度的不均匀性，为了充分合理地反映某一表面的粗糙度特性，规定在评定时所必需的一段表面长度，它包括一个或数个取样长度，称为评定长度。下一页返回第二节表面粗糙度对零件功能的影响及其选择一般取ln=5l，若被测表面比较均匀，可选ln5l；若均匀性差，可选ln5l。3．中线中线是指具有几何轮廓形状，并划分轮廓的基准线。二、评定参数反映表面粗糙度大小的特征参数有：最大轮廓峰高Rp，轮廓最大高度Rz，轮廓点高度Rt，轮廓算术平均偏差Ra等。以下介绍常用参数Ra和Rz。1．轮廓算术平均偏差Ra在取样长度l内，纵坐标值Z（x）绝对值的算术平均值称为轮廓算术平均偏差，如图14-2所示上一页下一页返回第一节主要术语及评定参数Ra用公式表示为或近似为Ra的数值越大，表面越粗糙。Ra能客观地反映表面微观几何形状特征。上一页下一页返回第一节主要术语及评定参数2．轮廓最大高度Rz在一个取样长度内最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和的高度称为轮廓最大高度Rz，如图14-3所示。Rz的数值越大，表面加工痕迹越深。国家标准GB/T1031—2006规定，高度特征参数是基本评定参数，而间距和形状特征参数都是附加评定参数。表面粗糙度的Ra、Rz参数值见表14-1和表14-2所列。上一页返回第二节表面粗糙度对零件功能的影响及其选择一、对零件功能的影响1．对摩擦和磨损的影响零件实际表面越粗糙，则摩擦系数越大，因摩擦而消耗的能量也越大。表面越粗糙，配合表面间的实际有效接触面积越小，单位面积压力增大，表面易磨损，从而影响机械传动效率和零件使用寿命。但过于光滑的表面却不利于润滑油的储存，还会增加两表面间的分子吸附作用，磨损也会加剧。2．对工作精度的影响表面粗糙不平，不仅会降低机器或仪器零件运动的灵敏性，而且由于粗糙表面的实际有效接触面积小，表面层接触刚度变差，还会影响机器工作精度的持久性。下一页返回第二节表面粗糙度对零件功能的影响及其选择3．对配合性质的影响表面粗糙度会影响配合性质的稳定性，对于间隙配合，相对运动的表面因粗糙而迅速磨损，使间隙增大，特别对小尺寸的配合，影响更大。对于过盈配合，表面轮廓峰顶在装配时易被挤平，实际有效过盈减小，降低连接强度。4．对零件强度的影响零件表面越粗糙，对应力集中越敏感，特别是在交变载荷作用下，影响更为严重，使零件表面产生裂痕而导致损坏，故在零件的沟槽或圆角处的表面粗糙度应小。5．对抗腐蚀性的影响表面越粗糙，凹谷越深，越易积聚含腐蚀性物质，向零件表面层内渗透，使腐蚀加剧。上一页下一页返回第二节表面粗糙度对零件功能的影响及其选择表面粗糙度对零件其他使用性能，如对结合面的密封性，对流体流动的阻力、导电、导热性能以及对机器、仪器的外观质量等都有很大影响。二、表面粗糙度的选择零件表面粗糙度的选择，主要包括评定参数和参数值的大小选择。选择时，首先应满足零件表面的功能要求，同时还要考虑实际工艺的可能性和经济性。1．评定参数和参数值的选择Ra、Rz都是用于评定表面粗糙垂直幅度的高度参数。Ra的概念直观，基本上表征了零件表面的轮廓特征，反映轮廓的信息多，在仪器上（如表面粗糙度检查仪）能进行自动上一页下一页返回第二节表面粗糙度对零件功能的影响及其选择测量，测量效率高，测得的数据准确可靠，并能描绘出表面粗糙度曲线。由于受仪器结构和测针的曲率半径的限制，目前只能测量Ra的0.02～8μm的值，故标准推荐在常用数值范围内（Ra为0.025～6.3μm，Rz为0.1～25μm）优先选用评定参数Ra，超出此范围就需选用评定参数Rz。Rz在取样长度内只考虑一个最高峰和最低谷，反映轮廓的信息不如Ra全面。但Rz的测量与计算比较简单可靠，它在评定某些不允许出现较大的加工痕迹的零件表面和小零件表面时，有突出的实用意义。对疲劳强度来说，零件表面只要有深的痕纹，就易于产生疲劳裂纹而导致损坏，对此情况应选用评定参数Rz与Ra并列使用。因为高度参数是基本评定参数，所以零件表面都应选择高度参数。只有少数特殊零件的重要表面有特殊使用要求时，才附加选择间距参数和（或）形状特性参数。上一页下一页返回第二节表面粗糙度对零件功能的影响及其选择表面粗糙度数值愈小即评定参数值愈小，零件的工作性能愈好，使用寿命也愈长。但不可认为表面粗糙度数值愈小愈好，为了获得粗糙度值小的表面，则零件需要经过复杂的工艺过程，加工成本随之急剧增高。因此，在满足使用性能要求的前提下，应尽可能选用较大的粗糙度数值。高度参数值应优先选用表14-1和表14-2所列基本系列。2．表面粗糙度的选择方法表面粗糙度的选择方法也分为计算法、实验法和类比法三种。常用的是类比法。类比法是参考实践证明为合理的类似零件作依据，经分析比较具体使用要求及工作条件后，确定设计零件表面粗糙度的有关评定参数的允许值。表14-3可供设计时参考。上一页下一页返回第二节表面粗糙度对零件功能的影响及其选择3．表面粗糙度的选择原则（1）同一零件上，工作表面的粗糙度应比非工作表面要求严。（2）对于摩擦面，速度愈高，单位面积压力愈大，则表面粗糙度值应愈小，尤其是对滚动摩擦表面，要求更严。（3）受交变载荷时，特别是在零件圆角、沟槽处表面粗糙度要求应严。（4）同一公差等级时，轴比孔的表面粗糙度应严。（5）要求配合性质稳定可靠时，表面粗糙度要求应严。（6）在确定零件配合表面的粗糙度时，应与尺寸公差、形位公差相协调，一般是尺寸公差＞形位公差＞表面粗糙度值Rz。上一页返回第三节表面粗糙度代号及其注法GB/T131—1993对表面粗糙度的符号、代号及其标注作了规定，现就其基本内容作简要介绍。一、表面粗糙度符号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。有关表面粗糙度的各项规定应按功能要求给定。若仅需要加工（采用去除材料的方法或不去材料的方法）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，见表14-4。二、表面粗糙度的代号及其标注表面粗糙度数值及其有关规定在符号中注写的位置如图14-4所示。下一页返回第三节表面粗糙度代号及其注法1．高度参数的标注表面粗糙度高度参数是基本参数，Ra值的标注在代号中用数值表示，参数值前可不标注参数代号，Rz的参数值前需标注出相应的代号，见表14-5所列。表面粗糙度参数的“上限值”（或“下限值”）和“最大值”（或“最小值”）的v含义是有区别的。“上限值”表示所有实测值中，允许16%的测得值超过规定值；“最大值”表示不允许任何测得值超过规定值。2．表面粗糙度其他项目的标注取样长度和评定长度一般按国家标准推荐（参考表14-1）选取，在图样上可省略标注取样长度值。当有特殊要求不能选用标准推荐值时，应在相应位置标出取样长度值。上一页下一页返回第三节表面粗糙度代号及其注法若某表面粗糙度要求按指定的加工方法获得，可用文字标注，如图14-5（a）所示。若需要标注加工余量，应将其标注在图14-4规定之处。若需要控制表面加工纹理方向时，可在规定之处加注纹理方向符号，如图14-5b所示。国家标准规定了常见的加工纹理方向符号，见表14-6所列。上一页返回知识拓展表面粗糙度符号、代号一般标注在可见轮廓线、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表面，表面粗糙度的代号数字及符号的方向可参照图14-6进行标注。返回先导案例解决路面与桌面相比，很显然桌面肯定更加光滑，因为它的表面凹凸感更小，即轮廓算术平均偏差Ra更小，所以桌面的表面粗糙度更小，更光滑。返回本章小结了解表面粗糙度的代号及其标注法，掌握表面粗糙度的基本术语及评定参数，理解其对零件功能的影响及其选择的意义。本章重点是介绍表面粗糙度的术语、参数及对零件功能的影响，这部分知识是公差与配合的重要知识点，也是以后学习机械加工的必要基础知识。返回思考题（1）表面粗糙度的含义是什么，它与形状误差和表面波度有何区别？（2）为什么要规定取样长度和评定长度，两者之间的关系如何？（3）评定表面粗糙度的高度特征参数有哪些，分别论述其含义和代号。（4）选择表面粗糙度参数值的一般原则是什么？选择时应考虑些什么问题？（5）将图14-7所示轴承套标注的表面粗糙度的错误之处改正过来。返回图14-1表面几何形状误差返回图14-1表面几何形状误差返回图14-2轮廓算术平均偏差Ra返回表14-1Ra的数值（摘自GB/T1031—2009）返回表14-2Rz的数值（摘自GB/T1031—2009）返回图14-3轮廓最大高度Rz返回表14-3表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用举例返回表14-4表面粗糙度符号返回图14-4表面粗糙度代号注法返回表14-5表面粗糙度高度参数的标注返回图14-5表面粗糙度其他项目的标注返回图14-5表面粗糙度其他项目的标注返回表14-6加工纹理方向符号（摘自GB/T131—2006）返回图14-6返回图14-7返回