第四章 表面粗糙度

1、第第4章章 表面粗糙度表面粗糙度 Surface Roughness 4.1概述概述 4.2表面粗糙度的评定表面粗糙度的评定 4.3表面粗糙度的标注表面粗糙度的标注 4.4表面粗糙度的选用表面粗糙度的选用 4.5表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量 4.1概述概述 一、表面粗糙度的定义一、表面粗糙度的定义 零件的表面形貌可以分为三种成分，如图零件的表面形貌可以分为三种成分，如图4-1所示。所示。 1、表面粗糙度、表面粗糙度 是零件表面所具有的微小是零件表面所具有的微小 峰谷的不平程度，其波长峰谷的不平程度，其波长 和波高之比一般小于和波高之比一般小于50 （波距小于（波距小于1mm）。）。 2、表

2、面波纹度、表面波纹度 零件表面中峰谷的波长和零件表面中峰谷的波长和 波高之比等于波高之比等于501000 的不平程度称为波纹度（波距的不平程度称为波纹度（波距110mm）。）。 3、形状误差、形状误差 零件表面中峰谷的波长和波高之比大于零件表面中峰谷的波长和波高之比大于1000的不平程度属于形的不平程度属于形 状误差（波距大于状误差（波距大于10mm）。）。 二、表面粗糙度对零件使用性能的影响二、表面粗糙度对零件使用性能的影响 1、影响零件的耐磨性、影响零件的耐磨性 表面越粗糙，摩擦系数就越大，而结合面的磨损越快。表面越粗糙，摩擦系数就越大，而结合面的磨损越快。 2、影响配合性质的稳定性、影响

3、配合性质的稳定性 对间隙配合来说，表面越粗糙，越易磨损，使工作边程中对间隙配合来说，表面越粗糙，越易磨损，使工作边程中 间隙增大。间隙增大。 3、影响零件的疲劳强度、影响零件的疲劳强度 4、影响零件的接触刚度、影响零件的接触刚度 5、影响零件的抗腐蚀性能、影响零件的抗腐蚀性能 4.2表面粗糙度的评定表面粗糙度的评定 一、基本术语一、基本术语 1、轮廓滤波器、轮廓滤波器：把轮廓分成长波和短波的滤波器。：把轮廓分成长波和短波的滤波器。 2、c滤波器：滤波器：确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。 3、取样长度（、取样长度（lr）：）：评定表面粗糙度

4、时所取的一段基准线长度。评定表面粗糙度时所取的一段基准线长度。 一般有一般有 5 个以上的波峰、波谷。个以上的波峰、波谷。 目的：目的：在于限制和减弱其他几何形状误差，特别是表面波纹度在于限制和减弱其他几何形状误差，特别是表面波纹度 对测量结果的影响。对测量结果的影响。 表面越粗糙，取样长度越大，因为表面越粗糙，波距也越大，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。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。 4、评定长度（、评定长度（ln）：）： 评定表面轮廓所必需的一段长度。评定表面轮廓所必需的一段长度。 评定长度包

5、括一个或几个取样长度，由于零件表面各部分评定长度包括一个或几个取样长度，由于零件表面各部分 的表面粗糙不一定很均匀，在一个取样长度上往往不能合的表面粗糙不一定很均匀，在一个取样长度上往往不能合 理地反映某一表面粗糙度特征，故需在表面上取几个取样理地反映某一表面粗糙度特征，故需在表面上取几个取样 长度来评定表面粗糙度。长度来评定表面粗糙度。 ln =5lr ，评定某表面最短长度。，评定某表面最短长度。 5、轮廓中线（基准线）：、轮廓中线（基准线）：评定表面粗糙度参数值大小的一条参评定表面粗糙度参数值大小的一条参 考线。考线。 基准线有下列两种：基准线有下列两种：轮廓最小二乘中线、轮廓算术平均中线

6、轮廓最小二乘中线、轮廓算术平均中线。 （1）轮廓最小二乘中线）轮廓最小二乘中线m：轮廓的最小二乘中线是在取样长度轮廓的最小二乘中线是在取样长度 范围内，实际被测轮廓线上的各点至该线的距离平方和为最小范围内，实际被测轮廓线上的各点至该线的距离平方和为最小 （见图），即（见图），即 r l i dxZ 0 2 min （2）轮廓算术平均中线）轮廓算术平均中线 轮廓的算术平均中线是在取样长度范围内，将实际轮廓轮廓的算术平均中线是在取样长度范围内，将实际轮廓 划分上下两部分，且使上下面积相等的直线（见图划分上下两部分，且使上下面积相等的直线（见图4.3），即），即 F1F2+ Fn= F1F2+ Fn

7、 在实际评定和测量表面粗糙度时，使用图解法时可用算术平在实际评定和测量表面粗糙度时，使用图解法时可用算术平 均中线代替最小二乘中线。均中线代替最小二乘中线。 轮廓算术平均中线往往不是唯一的，在一簇算术平均中轮廓算术平均中线往往不是唯一的，在一簇算术平均中 线只有一条与最小二乘中线重合。线只有一条与最小二乘中线重合。 二、评定参数二、评定参数 1、幅度参数（高度参数）、幅度参数（高度参数） （1）轮廓算术平均偏差）轮廓算术平均偏差Ra：在取样长度：在取样长度l内，被测实际轮廓内，被测实际轮廓 上各点至轮廓中线距离上各点至轮廓中线距离(Z(x)绝对值的平均值，绝对值的平均值， 即：即： 或：或：

8、不宜做过于粗糙或太光滑表不宜做过于粗糙或太光滑表 面的评定。面的评定。 r l r dxxZ l Ra 0 1 n i i Z n Ra 1 1 x Z 图图4.4轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏差 O lr Ra （2）轮廓最大高度）轮廓最大高度Rz 在取样长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓峰谷深之和的在取样长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓峰谷深之和的 高度。轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离。峰顶线和谷底线高度。轮廓的峰顶线和谷底线之间的距离。峰顶线和谷底线 平行于中线且分别通过轮廓最高点和最低点平行于中线且分别通过轮廓最高点和最低点 Ry =Zp+Zv 2、间距参数（附加参数）、间距参数（附加参

9、数） 轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度RSm：在一个取样长度内轮廓单元：在一个取样长度内轮廓单元 宽度宽度Xs的平均值的平均值 m i i Xs m RSm 1 1 3、混合参数（附加参数）、混合参数（附加参数） （1）轮廓的支撑长度率）轮廓的支撑长度率Rmr(c)：在给定水平位置：在给定水平位置c上轮廓上轮廓 的实体材料长度的实体材料长度Ml（c）与评定长度的比率，即：）与评定长度的比率，即： n l cMl cRmr )( )( （2）轮廓实体材料长度轮廓实体材料长度Ml(c)：指在评定长度内，一平行于：指在评定长度内，一平行于 x轴的直线从峰顶线向下移一水平截距轴的直线从峰顶线向下移

10、一水平截距c时，与轮廓相截所得时，与轮廓相截所得 的各段线长度之和。的各段线长度之和。 Ml(c)=b1+b2+bi+bn 轮廓的水平截距可用微米或用它占轮廓最大高度的百分比轮廓的水平截距可用微米或用它占轮廓最大高度的百分比 表示。表示。 三、评定参数的数值规定三、评定参数的数值规定 参数值参数值 ： m Rz （ Ry ）：）： 0.025 0.05 0.1 0.2 0.4 0.8 1.6 3.2 6.3 12.5 25 50 100 200 Ra ： 0.012 0.025 0.05 0.1 0.2 0.4 0.8 1.6 3.2 6.3 12.5 25 50 4.3表面粗糙度的标注表面粗

11、糙度的标注 一、表面粗糙度的符号一、表面粗糙度的符号 二、表面粗糙度的代号及其标注二、表面粗糙度的代号及其标注 GB/T13193 当允许在表面粗糙度参数的所有实测值中超过固定值的个数当允许在表面粗糙度参数的所有实测值中超过固定值的个数 少于总数的少于总数的16时，应在图样上标注表面粗糙度参数的上限时，应在图样上标注表面粗糙度参数的上限 值或下限值值或下限值 当要求在表面粗糙度参数的所有实测值中不得超过规定值时，当要求在表面粗糙度参数的所有实测值中不得超过规定值时， 应在图样上标注表面粗糙度参数的最大值或最小值应在图样上标注表面粗糙度参数的最大值或最小值 1、表面粗糙度基本参数的标注（表、表面

12、粗糙度基本参数的标注（表4.7） Ra在代号中用数值表示在代号中用数值表示 Rz的参数前应标注出参数代号的参数前应标注出参数代号Rz。 2、表面粗糙度附加参数的标注、表面粗糙度附加参数的标注 间距参数和混合参数为附加参数间距参数和混合参数为附加参数 2、表面粗糙度附加参数的标注、表面粗糙度附加参数的标注 间距参数和混合参数为附加参数间距参数和混合参数为附加参数 轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度RSm 轮廓的支撑长度率轮廓的支撑长度率Rmr(c) 3、表面粗糙度其他项目的标注、表面粗糙度其他项目的标注 三、表面粗糙度图纸上的标注方法三、表面粗糙度图纸上的标注方法 1、表面粗糙度符号、代号一般

13、注在可见轮廓线、尺寸线、尺寸、表面粗糙度符号、代号一般注在可见轮廓线、尺寸线、尺寸 界限、引出线或其他延长线上；界限、引出线或其他延长线上； 2、符号的尖端必须从材料外指向表面；、符号的尖端必须从材料外指向表面； 3、螺纹直径上的符号表示螺纹工作表面的粗糙度；、螺纹直径上的符号表示螺纹工作表面的粗糙度； 4、同一图样上每一表面通常只标注一次符号、代号；、同一图样上每一表面通常只标注一次符号、代号； 5、当零件所有表面具有相同的表面粗糙度要求时，其符号、代、当零件所有表面具有相同的表面粗糙度要求时，其符号、代 号可在图样的右上角统一标注；大小应为正常标注的号可在图样的右上角统一标注；大小应为正常

14、标注的1.4倍。倍。 4.4表面粗糙度的选用表面粗糙度的选用 一、评定参数的选用一、评定参数的选用 1、幅度参数的选用、幅度参数的选用 (1)一般情况下可从一般情况下可从Ra和和Rz中任选一个中任选一个 (2)在常用值范围内（在常用值范围内（Ra为为0.0256.3m），优先选用），优先选用Ra，电，电 动轮廓仪的测量范围动轮廓仪的测量范围0.028m。 (3)粗糙度要求特别高或低时，选用粗糙度要求特别高或低时，选用Rz，用于测量部位小或有，用于测量部位小或有 疲劳强度要求的零件表面的评定，用双管显微镜或干涉显微疲劳强度要求的零件表面的评定，用双管显微镜或干涉显微 镜测量。镜测量。 (4)少数

15、零件的重要表面，有特殊要求时才附加选用少数零件的重要表面，有特殊要求时才附加选用 2、间距参数的选用、间距参数的选用 RSm（轮廓单元的平均宽度）（轮廓单元的平均宽度）主要在对涂漆性能，冲压成形时主要在对涂漆性能，冲压成形时 抗裂纹、抗振、抗腐蚀、减小流体流动摩擦阻力等有要求时抗裂纹、抗振、抗腐蚀、减小流体流动摩擦阻力等有要求时 选用选用 3、混合参数的选用、混合参数的选用 Rmr(c)（轮廓的支撑长度率）（轮廓的支撑长度率）主要在耐磨性、接触刚度要求较主要在耐磨性、接触刚度要求较 高等场合附加选用高等场合附加选用 二、参数值的选用二、参数值的选用 1、零件表面粗糙度参数值既要满足零件功能要求

16、，也要考虑、零件表面粗糙度参数值既要满足零件功能要求，也要考虑 到经济性及工艺性。到经济性及工艺性。 2、类比法类比法 一般选择原则如下一般选择原则如下: 在满足表面功能要求的情况下，尽可能选用较大的零件表面在满足表面功能要求的情况下，尽可能选用较大的零件表面 粗糙度参数值（粗糙度参数值（Rmr（c）除外）除外） （1）同一零件上，工作表面的零件表面粗糙度参数值小于非）同一零件上，工作表面的零件表面粗糙度参数值小于非 工作表面的工作表面的 （2）摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度零件表面粗糙度参数值）摩擦表面比非摩擦表面的粗糙度零件表面粗糙度参数值 要小；滚动表面比滑动表面零件表面粗糙度参数值要小；

17、要小；滚动表面比滑动表面零件表面粗糙度参数值要小； （3）高速运动，单位压力大的摩擦表面粗糙度参数值较小；）高速运动，单位压力大的摩擦表面粗糙度参数值较小； 受循环载荷的表面及极易引起应力集中的部分，钢质零件圆受循环载荷的表面及极易引起应力集中的部分，钢质零件圆 角、沟槽处，零件表面粗糙度参数值较小；角、沟槽处，零件表面粗糙度参数值较小； （4）配合性质要求高的结合表面，间隙小的配合表面以及要）配合性质要求高的结合表面，间隙小的配合表面以及要 求连接可靠、受重载荷的过盈配合表面等都应取较小的粗糙求连接可靠、受重载荷的过盈配合表面等都应取较小的粗糙 度参数值；度参数值； （5）通常尺寸公差、表面

18、形状公差小时，表面粗糙度参数值）通常尺寸公差、表面形状公差小时，表面粗糙度参数值 也小，但并不存在确定的函数关系；也小，但并不存在确定的函数关系； （6）要求防腐蚀、密封性能好或外表美观的表面粗糙度值小；）要求防腐蚀、密封性能好或外表美观的表面粗糙度值小； （7）凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定的，则应按该）凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定的，则应按该 标准确定表面粗糙度参考值。标准确定表面粗糙度参考值。 （8）配合性质相同，零件尺寸越小，则零件表面粗糙度参数）配合性质相同，零件尺寸越小，则零件表面粗糙度参数 值越小；同一精度等级，小尺寸比大尺寸，轴比孔零件表面值越小；同一精度等级，小

19、尺寸比大尺寸，轴比孔零件表面 粗糙度参数值要小。粗糙度参数值要小。 表面形状公差为表面形状公差为T，尺寸公差值为，尺寸公差值为IT，对应关系，对应关系 T 0.6IT Ra 0.05IT Rz 0.2IT T 0.4IT Ra 0.025IT Rz 0.1IT T 0.25IT Ra 0.012IT Rz 0.05IT T 0.25IT Ra 0.015T Rz 0.6T 4.5表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量 测量方法：测量方法：比较法、光切法、干涉法、针描法、激光反射法等比较法、光切法、干涉法、针描法、激光反射法等 1、比较法：比较法：一般只用于粗糙度参数值较大的近似评定一般只用于粗糙度参

20、数值较大的近似评定 简单实用，车间条件下判断较粗糙的表面简单实用，车间条件下判断较粗糙的表面 比较样板：材质、形状，加工方法比较样板：材质、形状，加工方法 2、光切法：光切法：光切原理，对大零件的内表面可以采用，测定光切原理，对大零件的内表面可以采用，测定0.8 80m的的Rz值值 3、针描法：针描法：利用触针直接在被测表面上轻轻划过，从而测利用触针直接在被测表面上轻轻划过，从而测 出表面粗糙度出表面粗糙度 （1）原理：电感式轮廓仪，电容式轮廓仪，压电式轮廓仪、）原理：电感式轮廓仪，电容式轮廓仪，压电式轮廓仪、 光学触针式轮廓仪光学触针式轮廓仪 （2）测量参数：）测量参数：Ra、Rz、RSm、

21、Rmr(c) 4、干涉法：通常用于测定、干涉法：通常用于测定0.80.025m的的Rz值值 5、激光反射法、激光反射法 6、三维几何表面测量、三维几何表面测量 将表面粗糙度符号标注在图将表面粗糙度符号标注在图 上，要求上，要求 （1）用任何方法加工圆柱）用任何方法加工圆柱 面面d3，R a最大允许值为最大允许值为 3.2m。 （2）用去除材料的方法获）用去除材料的方法获 得孔得孔d1，要求，要求R a最大允最大允 许值为许值为3.2m。 （3）用去除材料的方法获）用去除材料的方法获 得表面得表面a，要求，要求Ry最大允许最大允许 值为值为3.2m。 （4）其余用去除材料的方）其余用去除材料的方 法获得表面，要求法获得表面，要求R a允