孔令晓版第五章-表面粗糙度与检测

公差与测量技术精度与测量中国农业大学刘景云2020年4月30日公差与测量技术第五章表面粗糙度与检测公差与测量技术表面粗糙度第五章第一节表面粗糙度的评定第二节表面结构的符号、代号及标注第三节表面粗糙度参数值的选择第四节表面粗糙度检测公差与测量技术第一节表面粗糙度的评定第五章表面粗糙度公差与测量技术一、基本概念零件加工表面的实际形状，是由一系列不同高度和间距的峰谷组成，它包括宏观的形状误差、表面波度和表面粗糙度。通常可按相邻两波峰或波谷之间的距离(即波距)加以区分，波距大于10mm的属于宏观几何形状误差；波距小于1mm的为表面粗糙度；波距在1～10mm的属于表面波度。基本概念表面粗糙度的评定公差与测量技术表面粗糙度的大小，对机械零件的使用性能有很大的影响，主要表现在以下几个方面：1)表面粗糙度影响零件的耐磨性。表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积减小，压强增大，磨损就越快。2)表面粗糙度影响配合性质的稳定性。对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了联结强度。基本概念表面粗糙度的评定公差与测量技术3)表面粗糙度影响零件的疲劳强度。粗糙的零件表面，存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。4)表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性。粗糙的表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入列金属内层，造成表面锈蚀。5)表面粗糙度影响零件的密封性。粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。基本概念表面粗糙度的评定公差与测量技术目前使用的国标是：GB/T3505-2000《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/T10610-2009《产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法评定表面结构的规则和方法》；GB/T1031-2009《产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法表面粗糙度参数及其数值》；GB/T131-2006《产品几何技术规范(GPS)技术产品文件中表面结构的表示法》。基本概念表面粗糙度的评定公差与测量技术二、表面粗糙度的基本术语GB/T3505－2000规定了用轮廓法确定表面结构(粗糙度、波纹度和原始轮廓)的术语定义及表面轮廓参数的定义。在测量和评定表面粗糙度时，首先要确定评定对象：表面轮廓。表面轮廓是指平面与实际表面相交所得的轮廓。基本术语表面粗糙度的评定公差与测量技术1．取样长度lr取样长度是指评定表面粗糙度时所规定的一段基准线长度。规定和选择取样长度是为限制和削弱表面波纹度(波距在1～10mm之间)对表面粗糙度测量结果的影响。因此取样长度应与表面粗糙度的大小相适应(见表4-1)。在所选取的取样长度内，一般应包含五个以上的轮廓峰和轮廓谷。对于微观不平度间距较大的加工表面，应选取较大的取样长度。基本术语表面粗糙度的评定公差与测量技术2．评定长度ln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，规定在评定时所必须的一段表面长度，它包括一个或几个取样长度，称为评定长度ln。在评定长度内，根据取样长度进行测量。此时可得到一个或几个测量值，取其平均值作为表面粗糙度数值的可靠值。评定长度一般按5个取样长度来确定，即ln＝5lr。基本术语表面粗糙度的评定公差与测量技术如被测表面加工均匀性较好时（如车、铣、刨加工表面）小于5lr的评定长度值。较差时（如磨、研磨）也可选用大于5lr的评定长度值。基本术语表面粗糙度的评定公差与测量技术3．传输带长波轮廓滤波器的截止波长λc=lr短波轮廓滤波器的截止波长λs（截止波长λs和λc的标准化值由附表查取）基本术语表面粗糙度的评定公差与测量技术附表：轮廓算术平均偏差Ra、轮廓最大高度Rz和轮廓单元的平均宽度Rz，标准取样长度和标准评定长度（摘自GB/T1031-2009、GB/T10610-2009）、表示滤波器传输带λs～λc这两个极限值的标准化值取自GB/T6062－2002。基本术语表面粗糙度的评定公差与测量技术基本术语表面粗糙度的评定以中线m为基准线评定表面粗糙度各项参数值的计算制。中线包括轮廓最小二乘中线、轮廓算术平均中线两种：(1)轮廓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乘法来确定，即在取样长度内，使轮廓上各点至一条假想线的距离的平方和为最小(见图)，这条假想线就是最小二乘中线。min)(12nixZ4．评定表面粗糙度的中线制公差与测量技术(2)轮廓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部分，且使上部面积之和等于下部分面积之和，即F1＋F3＋…＋F2n-1＝F2＋F4＋…＋F2n这条假想的线即为轮廓算术平均中线。基本术语表面粗糙度的评定公差与测量技术在轮廓图形上确定最小二乘中线的位置比较困难。通常用目测估计来确定轮廓算术平均中线，并以此作为评定表面粗糙度数值的基准线。基本术语表面粗糙度的评定公差与测量技术(1)轮廓峰和轮廓谷轮廓峰是指连接(轮廓和X轴)两相邻交点向外(从材料到周围介质)的轮廓部分。轮廓谷是指连接两相邻交点向内(从周围介质到材料)的轮廓部分。(2)轮廓单元轮廓单元是指轮廓峰和轮廓谷的组合。基本术语表面粗糙度的评定5．评定几何参数的术语公差与测量技术(3)轮廓峰高Zp和轮廓谷深Zv轮廓峰高Zp则是轮廓最高点距X轴线的距离。轮廓谷深Zv则是X轴线与轮廓谷最低点之间的距离。(4)轮廓单元的高度Zt是指一个轮廓单元的峰高和谷深之和。(5)轮廓单元的宽度Xs是指X轴线与轮廓单元相交线段的长度。基本术语表面粗糙度的评定公差与测量技术(6)在水平位置c上轮廓的实体材料长度Ml(c)在一个给定水平位置c上用一条平行于X轴的线与轮廓单元相截所获得的各段截线长度之和，即基本术语表面粗糙度的评定niiMlcMl1)(公差与测量技术表面粗糙度的评定参数，是用来定量描述零件表面微观几何形状特征的。国家标准GB/T3505-2000规定的评定表面粗糙度的参数有高度参数、间距参数、混合参数以及曲线和相关参数等。评定参数表面粗糙度的评定三、表面粗糙度评定参数公差与测量技术表面粗糙度的评定评定参数(1)轮廓算术平均偏差Ra在取样长度lr范围内，被测轮廓线上各点至基准线的距离的算术平均值，称为算术平均偏差Ra，即1．高度参数lrdxxZlrRa0)(1公差与测量技术表面粗糙度的评定评定参数测得值Ra越大，则表面越粗糙。Ra能客观地反映表面微观几何形状的特性，但因受到计量器具功能的限制，不用作过于粗糙或太光滑的表面的评定参数(Ra0.025～6.3μm)。公差与测量技术(2)轮廓最大高度Rz在取样长度lr范围内，最大轮廓峰高Rp和最大轮廓谷深Rv之和的高度，称为轮廓最大高度Rz，即Rz＝Rp+Rv表面粗糙度的评定评定参数公差与测量技术Rz的值越大，也说明表面越粗糙。但它不如Ra对表面粗糙程度反映得客观、全面。但对某些不允许出现较深加工痕迹，经常承受交变应力作用的工作表面，如齿廓表面常标注Rz参数。此外，当被测表面很小，不宜采用Ra评定时，也常采用Rz参数。表面粗糙度的评定评定参数公差与测量技术表面粗糙度的评定评定参数轮廓单元的平均宽度RSm是指在一个取样长度内轮廓单元宽度Xs的平均值，即2．间距参数miiXsmRSm11公差与测量技术表面粗糙度的评定评定参数(1)轮廓的支承长度率Rmr(c)轮廓的支承长度率Rmr(c)是指在给定水平位置上轮廓的实体材料长度与评定长度的比率，即3．曲线和相关参数ln)c(Ml)c(Rmr公差与测量技术表面粗糙度的评定评定参数(2)轮廓的支承长度率曲线轮廓的支承长度率曲线是表示轮廓支承率随水平位置而变的关系曲线。这个曲线可理解为在一个评定长度内，各个坐标值Z(x)采样累积的分布概率函数。当c一定时，轮廓的支承长度率Rmr(c)值越大，则表明支承能力和耐磨性能更好。公差与测量技术在表面粗糙度的二个高度参数Ra、Rz中，标准推荐优先选用Ra。当对表面粗糙度除了有高度要求外，还有密封性和耐磨性要求，这时就要考虑选择其他参数RSm、Rmr(c)等。表面粗糙度的评定评定参数疏密度不同，则密封性不同。峰处的尖锐度不同，则支承能力和耐磨性也不同。公差与测量技术表面粗糙度的评定参数已标准化，设计时应按国家标准GB/T1031-2009《产品几何技术规范(GPS)表面结构轮廓法表面粗糙度参数及其数值》规定的参数值系列进行选取(见表4-2～5)。表面粗糙度的评定参数的数值四、表面粗糙度参数的数值公差与测量技术第二节表面结构的符号、代号及标注第五章表面粗糙度公差与测量技术一、表面结构的符号及代号国标GB/T131-2006规定了零件表面结构符号、代号及其在图样上的标注。1．表面结构的图形符号按GB/131-2006，在图样上表示表面结构图形符号有五种，见表所示。符号及代号符号、代号及标注公差与测量技术2．表面结构的代号为了明确表面结构要求，除了标注表面结构参数和数值外，必要时应标注补充要求。由表面结构符号和补充要求，共同组成表面结构的代号。符号及代号符号、代号及标注表面结构补充要求包括：表面结构参数代号；数值；传输带/取样长度。公差与测量技术符号及代号符号、代号及标注位置a：注写表面结构的单一要求。标注表面结构参数代号、极限值和传输带或取样长度。如：位置a和b：注写两个或多个表面结构要求。在位置a注写第一个表面结构要求，方法同a。在位置b注写第二个表面结构要求。如：位置c：注写加工方法、表面处理、涂层或其他加工工艺要求等。如车、磨、镀等加工表面。位置d：注写表面纹理和方向。如：“＝”、“X”、“M”位置e：注写加工余量。公差与测量技术通常图样只标注高度参数(Ra、Rz)，其余各项规定在需要时才标注。1)高度参数的标注①当选用Ra、Rz时，其参数代号不可省略。②注写表面结构的单一要求。为了避免误解，在参数代号和极限值间应插入空格。传输带或取样长度后应有一斜线“/”，之后是表面结构参数代号，最后是数值。符号及代号符号、代号及标注公差与测量技术③若评定长度内的取样长度等于5lr(默认值)，则可省略标注，不等于5lr时应在相应参数代号后标注其个数。④当参数代号中没有标注传输带时，表面结构要求采用默认的传输带。符号及代号符号、代号及标注公差与测量技术⑤如果表面结构参数没有定义默认传输带、默认的短波滤波器或默认的取样长度(长波滤波器)，则表面结构标注应该指定传输带，即短波滤波器或长波滤波器，以保证表面结构明确的要求。传输带标注，包括滤波器截止波长(mm)，短波滤波器λs在前，长波滤波器λc在后，并用连字号“-”隔开。符号及代号符号、代号及标注公差与测量技术⑥表面结构要求中给定极限值的判断规则有两种：16%规则和最大规则。16%规则是表面结构要求标注的默认规则，若采用最大规则，参数代号中应加上“max”。16%规则和最大规则的意义是：当允许在表面结构要求的所有实测值中，超过规定值的个数少于总数的16%时，应在图样上标注参数的上限值或下限值；当要求在表面结构要求的所有实测值中不得超过规定值时，应在图样上标注参数的最大值或最小值。符号及代号符号、代号及标注公差与测量技术⑦在完整符号中表示双向极限时应标注极限代号，上限值在上方用U表示，下极限在下方用L表示，上下极限值为16％规则或最大化规则的极限值。若同一参数具有双向极限要求，在不引起歧义时，可以不加U、L。当只标注参数代号、参数值和传输带时，它们应默认为参数的上限值(16％规则或最大化规则的极限值)；当参数代号、参数值和传输带作为参数的单向下限值(16％规则或最大化规则的极限值)标注时，参数代号前应加L。符号及代号符号、代号及标注公差与测量技术2)其它各项规定的标注①表面加工纹理是指表面微观结构的主要方向，由所采用的加工方法或其它因素形成。必要时才规定加工纹理。常见的加工纹理方向符号见表。符号及代号符号、代号及标注公差与测