第4章表面结构

1、第第4 4章章 表面结构表面结构4.1 4.1 基本概念基本概念4.2 4.2 表面粗糙度的评定表面粗糙度的评定4.3 4.3 表面粗糙度的选择表面粗糙度的选择4.4 4.4 表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量4.1 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念 4.1.1 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念 4.1.2 表面粗糙度对表面性能的影响表面粗糙度对表面性能的影响4.1.1 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念完工零件实际完工零件实际表面轮廓表面轮廓图图6-1 6-1 表面轮廓表面轮廓 表面轮廓：平面与表面相交所得的轮廓线，称为表表面轮廓：平面与表面相交所得的轮廓线，称为表面轮廓。面轮廓。二、定义二、定

2、义 表面轮廓的微小峰谷的高低程度和间距状况表面轮廓的微小峰谷的高低程度和间距状况称为表面粗糙度。称为表面粗糙度。4.1.1 表面粗糙度的概念表面粗糙度的概念 表面粗糙度是一种微观几何形状误差，也称表面粗糙度是一种微观几何形状误差，也称为微观不平度。为微观不平度。 表面不平度通常按照表面轮廓误差曲线相邻两表面不平度通常按照表面轮廓误差曲线相邻两波峰或两波谷之间的距离波峰或两波谷之间的距离( (波距波距) )的大小划分为的大小划分为三类误差：三类误差：表面粗糙度、表面波度和表面上宏表面粗糙度、表面波度和表面上宏观形状误差。观形状误差。表面粗糙度轮廓表面粗糙度轮廓(1mm)1mm)波纹度轮廓波纹度轮

3、廓(1mm(1mm10mm)10mm)宏观形状轮廓宏观形状轮廓(10mm)10mm)实际表面轮廓实际表面轮廓图图6-2 6-2 零件表面几何形状误差及其组成成份零件表面几何形状误差及其组成成份 具有微观几何形状误差具有微观几何形状误差的两个表面只能在轮廓的两个表面只能在轮廓的峰顶发生接触，如图的峰顶发生接触，如图6.26.2所示所示 。 零件表面越粗糙，则摩零件表面越粗糙，则摩擦阻力越大，零件的磨擦阻力越大，零件的磨损也越快。损也越快。4.1.2 表面粗糙度对零件使用表面粗糙度对零件使用性能的影响性能的影响（1 1）对摩擦和磨损的影响）对摩擦和磨损的影响4.1.2 表面粗糙度对零件使用性能的影

4、响表面粗糙度对零件使用性能的影响（2）对配合性能的影响）对配合性能的影响 对于间隙配合，相对运动的表面因其粗糙不平对于间隙配合，相对运动的表面因其粗糙不平而迅速磨损，致使间隙增大；对于过盈配合，而迅速磨损，致使间隙增大；对于过盈配合，表面轮廓峰顶在装配时容易被挤平，使实际有表面轮廓峰顶在装配时容易被挤平，使实际有效过盈量减小，致使联接强度降低，因此表面效过盈量减小，致使联接强度降低，因此表面粗糙度影响配合性质的稳定性。粗糙度影响配合性质的稳定性。（3）对机器和仪器定位精度的影响）对机器和仪器定位精度的影响 零件定位表面上的微小峰、谷会使接触面积减零件定位表面上的微小峰、谷会使接触面积减小，在受

5、到压力时，粗糙表面的凸峰处会产生小，在受到压力时，粗糙表面的凸峰处会产生弹性变形和塑性变形，造成定位的不稳定性，弹性变形和塑性变形，造成定位的不稳定性，产生定位误差。产生定位误差。4.1.2 表面粗糙度对零件使用性能的影响表面粗糙度对零件使用性能的影响（4）对疲劳强度的影响）对疲劳强度的影响 零件表面越粗糙，凹痕就越深，当零件承受零件表面越粗糙，凹痕就越深，当零件承受交变荷载时，对应力集中很敏感。使疲劳强交变荷载时，对应力集中很敏感。使疲劳强度降低，导致零件表面产生裂纹而损坏。度降低，导致零件表面产生裂纹而损坏。（5）对抗腐蚀性的影响）对抗腐蚀性的影响 粗糙的表面，易使腐蚀性物质存积在表面的粗

6、糙的表面，易使腐蚀性物质存积在表面的微观凹谷处，并渗入到金属内部，如图微观凹谷处，并渗入到金属内部，如图5.4所所示，致使腐蚀加剧。示，致使腐蚀加剧。4.1.2 表面粗糙度对零件使用性表面粗糙度对零件使用性能的影响能的影响4.2 表面粗糙度的评定表面粗糙度的评定 4.2.1 基本术语和定义基本术语和定义 4.2.2 表面粗糙度的评定参数表面粗糙度的评定参数4.2.1 基于术语和定义基于术语和定义（1）取样长度）取样长度l（2）评定长度）评定长度nl（3）轮廓中线）轮廓中线表面轮廓表面轮廓 取法取法4.2.1 基本术语和定义基本术语和定义1、取样长度、取样长度l 取样长度：是测量或评定表面粗糙度

7、所规定的取样长度：是测量或评定表面粗糙度所规定的一段基准线长度一段基准线长度，至少，至少包含包含5 5个以上轮廓峰和个以上轮廓峰和5 5个个轮廓谷。轮廓谷。取样长度的方向与轮廓的走向一致。取样长度的方向与轮廓的走向一致。中线lnlrlrlrlrlr 图6-3 取样长度和评定长度 2、评定长度、评定长度lnu 由于零件表面粗糙度不均匀，为了合理地反由于零件表面粗糙度不均匀，为了合理地反映表面粗糙度的特征，在测量和评定时所规定映表面粗糙度的特征，在测量和评定时所规定的的一段最小长度一段最小长度称为评定长度称为评定长度(ln)。u 取标准评定长度取标准评定长度ln5l，并以并以5个取样长度个取样长度

8、内的粗糙度数值的平均值作为评定长度内的粗内的粗糙度数值的平均值作为评定长度内的粗糙度的最可靠值。若被测表面比较均匀，可选糙度的最可靠值。若被测表面比较均匀，可选ln5l；若均匀性差，可选；若均匀性差，可选ln5l。2评定长度评定长度ln3 3、 轮廓中线轮廓中线lryi最小二乘中线最小二乘中线图6-4 表面粗造度轮廓的最小二乘中线 表面粗糙度轮廓中线是为了定量地评定表面粗表面粗糙度轮廓中线是为了定量地评定表面粗糙度参数值而确定的一条基准线。糙度参数值而确定的一条基准线。(1)(1)轮廓最小二乘中线轮廓最小二乘中线 是在取样长度内，使被测轮廓上各点至一条假想是在取样长度内，使被测轮廓上各点至一条

9、假想线的距离的平方和为最小，即线的距离的平方和为最小，即 ，这，这条假想线就是最小二乘中线。条假想线就是最小二乘中线。ldxy02minlF1F2FiF1F2Fi(2)(2)轮廓算术平均中线轮廓算术平均中线11nniiiiFF图图6-56-5表面粗造度轮的算术平均中线表面粗造度轮的算术平均中线 在取样长度内，由一条假想线将实际轮廓分成在取样长度内，由一条假想线将实际轮廓分成上下两个部分，且使上部分面积之和等于下部分面上下两个部分，且使上部分面积之和等于下部分面积之和，即积之和，即 ，这条假想的线就是轮廓，这条假想的线就是轮廓的算术平均中线。的算术平均中线。6.2.2 表面粗糙度的评定参表面粗糙

10、度的评定参数数 为了完善地评定零件表面实际轮廓的粗糙为了完善地评定零件表面实际轮廓的粗糙程度，需要分别从不同方向规定适当的参程度，需要分别从不同方向规定适当的参数。国家标准数。国家标准GB/T35052009规定的规定的评定表面粗糙度的参数有：评定表面粗糙度的参数有：幅度参数（幅度参数（2个）个）间距参数（间距参数（1个）个）曲线参数（曲线参数（1个）个）(1)(1)轮廓的算术平均偏差轮廓的算术平均偏差R Ra a 图6-6 轮廓算术平均偏差Ra的确定Raxynyiy1y2dxylRal01niiynRa11 近似为近似为1 1特征参数特征参数 在取样长度内，轮廓偏距绝在取样长度内，轮廓偏距绝

11、对值的算术平均值，称为轮廓算对值的算术平均值，称为轮廓算术平均偏差术平均偏差 幅度特征参数是沿着垂直于评定基准线的方向幅度特征参数是沿着垂直于评定基准线的方向计量的。计量的。l Ra值越大，则表面越粗糙。值越大，则表面越粗糙。Ra能客观地能客观地反映被测轮廓的几何特性。反映被测轮廓的几何特性。 Ra可用电动轮廓仪直接测量，不受人为可用电动轮廓仪直接测量，不受人为因素影响，但不够直观，且表面轮廓太因素影响，但不够直观，且表面轮廓太粗糙或太光滑时不宜用轮廓仪测量。粗糙或太光滑时不宜用轮廓仪测量。在一个取样长度范围内，最大轮廓峰高在一个取样长度范围内，最大轮廓峰高YpmaxYpmax与最大轮与最大轮

12、廓谷深廓谷深YvmaxYvmax之和称之为轮廓最大幅度，用符号之和称之为轮廓最大幅度，用符号RyRy表示，表示，即即Rz = Ypmax = Ypmax + Yvmax+ Yvmax 图6-7 表面粗糙度轮廓的最大高度Rz的确定(2)(2)轮廓的最大高度轮廓的最大高度Rzyp2lryv4yv5Yp1=ypmaxyp5yp4yp2yv2yp3Ry中线yv3Yv1=yvmax轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度RSm（间距参数）（间距参数）轮廓单元的平均宽度是指在一个取样长度轮廓单元的平均宽度是指在一个取样长度lr范围内所有轮廓单范围内所有轮廓单元的宽度元的宽度Xsi的平均值，用符号的平均值，用符

13、号RSm表示，其数学表达式为：表示，其数学表达式为： RSm属于附加评定参数，与属于附加评定参数，与Ra或或Rz同时选用，不能独立采同时选用，不能独立采用。用。2 2、轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度RSm（间距参数）（间距参数）间距特征参数是沿着评定基准线方向测量的，能间距特征参数是沿着评定基准线方向测量的，能直接反映表面加工纹理的细密程度。直接反映表面加工纹理的细密程度。miXsimRSm113. 3. 轮廓的支承长度率轮廓的支承长度率Rmr（曲线参数）（曲线参数）如图如图49所示，在一个评定长度范围内所示，在一个评定长度范围内,一一条平行于中线的线从峰顶线向下移一条平行于中线的线从峰

14、顶线向下移一段截图段截图 距距C到某一水平位置时，与轮廓相截所得的到某一水平位置时，与轮廓相截所得的各段截线长度各段截线长度bi之和与评定长度的比值叫做之和与评定长度的比值叫做轮廓的支承长度率。用符号轮廓的支承长度率。用符号Rmr（c）表示，）表示，其数学表达式为：其数学表达式为： 3. 轮廓的支承长度率轮廓的支承长度率Rmr（曲线参数（曲线参数 显然，从峰顶线向下所取的水平截距显然，从峰顶线向下所取的水平截距C不同不同 ，其支承长度率也不同，因此其支承长度率也不同，因此Rmr（c）值应是）值应是对应于水平截距对应于水平截距C值而给出的值而给出的 。在标准中，。在标准中，Rmr（c）值是以百分

15、率来表示的，当）值是以百分率来表示的，当C值一定值一定时，时，Rmr（c）值越大，表示轮廓凸起的实体）值越大，表示轮廓凸起的实体部分越多，故起支承作用的长度长，表面接触部分越多，故起支承作用的长度长，表面接触刚度高刚度高 ，耐磨性好。，耐磨性好。Rmr（c）属于附加评定）属于附加评定参数，一般不独立采用。参数，一般不独立采用。4.2.4 标准表面结构图形符号、代号标准表面结构图形符号、代号及标注及标注（一）表面粗糙度的符号（一）表面粗糙度的符号 GB/T 131GB/T准规定，有关表面粗标准规定，有关表面粗糙度的各项规定按功能要求给定，并注糙度的各项规定按功能要求给定

16、，并注在符号中相应的位置。在符号中相应的位置。若仅表示需要加若仅表示需要加工工( (采用去除材料的方法或不去除材料的采用去除材料的方法或不去除材料的方法方法) )，但对表面粗糙度的其他规定没有，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。要求时，允许只注表面粗糙度符号。a a1 1，a a2 2 粗糙度高度参数粗糙度高度参数代号及其数值（代号及其数值（mmmm）；）；b b 加工要求、镀覆、涂加工要求、镀覆、涂覆、表面处理或其他说明等；覆、表面处理或其他说明等；c c 取样长度（取样长度（mmmm）或波）或波纹度（纹度（mmmm）；）；d d 加工纹理方向符号；加工纹理方向符号

17、； e e 加工余量（加工余量（mmmm）；）； f f 粗糙度间距参数粗糙度间距参数SmSm或或S S与数值（与数值（mmmm）或支承长度率）或支承长度率tptp与与C C的参数与数值。的参数与数值。 (e)bc/fa1a2d 图5-9 表面粗糙度轮廓代号 （二）表面粗糙度的代号二）表面粗糙度的代号l表面粗糙度的间距参数和形状特征参数为附表面粗糙度的间距参数和形状特征参数为附加参数。在高度参数未标注前，附加参数不加参数。在高度参数未标注前，附加参数不能单独标注。能单独标注。l若需要标注若需要标注SmSm值、值、S S值或值或tptp值时，数值写在相值时，数值写在相应代号的后面。应代号的后面。

18、l 若不按表若不按表6.5(P141)6.5(P141)的有关规定选用对应的取的有关规定选用对应的取样长度时，其标注如图样长度时，其标注如图5.11 (a)5.11 (a)所示。所示。l若某表面的粗糙度要若某表面的粗糙度要求由指定的加工方法求由指定的加工方法( (如铣削如铣削) )获得时，其标获得时，其标注如图注如图5.11 (b)5.11 (b)所示。所示。l若需要标注加工余量若需要标注加工余量( (设加工总余量为设加工总余量为5mm)5mm)时，其标注如图时，其标注如图5.11 5.11 (c)(c)所示。所示。l若需要控制表面纹理若需要控制表面纹理方向时，其标注如图方向时，其标注如图5.

19、115.11（d d）所示。）所示。图图5-11 5-11 附加要求的标注示例附加要求的标注示例注意：注意：1 1、标注时将其标注在、标注时将其标注在可见轮廓线、尺寸界线、可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上，符号的尖端必须从引出线或它们的延长线上，符号的尖端必须从材料外指向加工表面。材料外指向加工表面。2 2、高度参数：、高度参数：当选用当选用RaRa时，只标数值，时，只标数值，RaRa符号符号不标。当选用不标。当选用RzRz时，符号和数值都要标注。时，符号和数值都要标注。3 3、当允许实测值中，超过规定值的个数少于总、当允许实测值中，超过规定值的个数少于总数的数的16%16%时，应

20、在图中标注上限值和下限值。时，应在图中标注上限值和下限值。4 4、当所有实测值不允许超过规定值时，应在图、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。样上标注最大值或最小值。5 5、取样长度：如按国标选用，则可省略不标。、取样长度：如按国标选用，则可省略不标。（三）表面粗糙度要求的图样标注（三）表面粗糙度要求的图样标注 表面粗糙度符号、代号一般注在图样的可见轮廓线、表面粗糙度符号、代号一般注在图样的可见轮廓线、尺寸界限、引出线或它们的延长线上，符号的尖端尺寸界限、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测表面。必须从材料外指向被测表面。 代号中数字及符号的注写方向

21、，必须与尺寸数字方代号中数字及符号的注写方向，必须与尺寸数字方向一致，如图向一致，如图5.125.12所示。当零件的大部分表面的粗所示。当零件的大部分表面的粗糙度值要求相同时，不必一一标注，对其中使用最糙度值要求相同时，不必一一标注，对其中使用最多的一种符号、代号可统一注在图样的右上角，并多的一种符号、代号可统一注在图样的右上角，并加注加注“其余其余”两字，如图两字，如图5.125.12所示。所示。303012.512.53.23.23.2f其余2512.50.460M45c1.63.23.2ff图图5-125-12表面粗糙度代号标注示例表面粗糙度代号标注示例4.3 表面粗糙度的选择表面粗糙度

22、的选择4.3.1 表面粗糙度的选用原则：表面粗糙度的选用原则： 表面粗糙度评定参数应该根据应表面粗糙度评定参数应该根据应根据零件的工根据零件的工作条件、使用性能和测量作条件、使用性能和测量等进行选择，既要考等进行选择，既要考虑能表征表面的几何特性和表面功能参数，又虑能表征表面的几何特性和表面功能参数，又要考虑表面粗糙度检测仪器（检测方法）的测要考虑表面粗糙度检测仪器（检测方法）的测量范围和工艺的经济性。量范围和工艺的经济性。 在图样上标注表面粗糙度时，一般只给出高度在图样上标注表面粗糙度时，一般只给出高度特征参数，只有少数零件的重要表面有特殊使特征参数，只有少数零件的重要表面有特殊使用要求时，

23、才附加给出间距特征参数或形状特用要求时，才附加给出间距特征参数或形状特征参数。征参数。 一般情况下可从高度参数一般情况下可从高度参数Ra Ra 、 RzRz和和RyRy中任选一个，中任选一个，但在常用值范围内但在常用值范围内(Ra(Ra为为0.0250.0256.36.3m m， RzRz为为0.10.125 25 m)m)，应优先选用，应优先选用Ra .Ra .因为能较充分合理因为能较充分合理地反映零件表面的粗糙度特征。地反映零件表面的粗糙度特征。 RaRa值通常用电动轮值通常用电动轮廓仪测量，测量效率高。廓仪测量，测量效率高。 对于特别粗糙或特别光洁的表面，考虑到工作和检对于特别粗糙或特别

24、光洁的表面，考虑到工作和检测条件，可以选用测条件，可以选用RzRz。 RzRz通常用双管显微镜和干涉显微镜测量，测量部位通常用双管显微镜和干涉显微镜测量，测量部位小、峰谷少或有疲劳强度要求的零件表面可选用小、峰谷少或有疲劳强度要求的零件表面可选用RyRy作为评定参数。作为评定参数。（一）、高度评定参数的选用（一）、高度评定参数的选用4.3.2 评定参数的选用评定参数的选用 附加评定参数一般情况下不作为独立的参数附加评定参数一般情况下不作为独立的参数选用，选用，只有零件的表面有特殊使用要求时，只有零件的表面有特殊使用要求时，仅用高度特征参数不能满足零件表面的功能仅用高度特征参数不能满足零件表面的

25、功能要求要求，才在选用了高度参数的基础上，附加，才在选用了高度参数的基础上，附加选用间距特征参数和形状特征参数选用间距特征参数和形状特征参数。（二）附加评定参数的选用（二）附加评定参数的选用 密封性和耐磨性性要求时，就要考虑选择附密封性和耐磨性性要求时，就要考虑选择附加参数加参数RSm或或Rmr（c）。）。4.3.3 评定参数值的选用评定参数值的选用（一）选用原则（一）选用原则 在满足使用性能要求的前提下，应尽可在满足使用性能要求的前提下，应尽可能选用较大的参数允许值（能选用较大的参数允许值（tp除外）。除外）。（二）选择方法（二）选择方法 类比法类比法 （1 1）同一零件上工作表面比非工作表

26、面粗糙）同一零件上工作表面比非工作表面粗糙度参数值小。度参数值小。（2 2）摩擦表面比非摩擦表面，滚动摩擦表面）摩擦表面比非摩擦表面，滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的粗糙度参数值小。比滑动摩擦表面的粗糙度参数值小。 （3 3）承受交变载荷的表面及易引起应力集中）承受交变载荷的表面及易引起应力集中的部分（如圆角，沟槽）粗糙度参数值应小些。的部分（如圆角，沟槽）粗糙度参数值应小些。（4 4）要求配合稳定可靠时，粗糙度参数值应）要求配合稳定可靠时，粗糙度参数值应小些，小间隙配合表面，以及要求联结可靠、小些，小间隙配合表面，以及要求联结可靠、受重载作用的过盈配合表面，其粗糙参数值要受重载作用的过盈配合表面

27、，其粗糙参数值要小。小。（5）配合性质相同，）配合性质相同，零件尺寸小，其粗糙度零件尺寸小，其粗糙度值应越小。同一精度等级，小尺寸比大尺寸、值应越小。同一精度等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的粗糙度值要小。轴比孔的粗糙度值要小。（6）对以配合表面，其尺寸公差、形状公差、）对以配合表面，其尺寸公差、形状公差、表面粗糙度应当协调，一般情况下有一定的表面粗糙度应当协调，一般情况下有一定的对应关系。对应关系。若若 t=0.6IT t=0.6IT 则则 Ra0.05IT Rz0.2ITRa0.05IT Rz0.2IT t=0.4IT Ra0.025IT Rz0.1IT t=0.4IT Ra0.025IT R

28、z0.1IT t=0.25IT Ra0.012IT Rz0.05IT t=0.25IT Ra0.012IT Rz0.05IT t=0.25IT Ra0.15IT Rz0.6IT t=0.25IT Ra0.15IT Rz0.6IT4.4 表面粗糙度的测量表面粗糙度的测量1.1.测量方向的选择测量方向的选择 对于表面粗糙度，如未指定测量截面的方向时，则对于表面粗糙度，如未指定测量截面的方向时，则应在高度参数最大值的方向进行测量，一般来说也应在高度参数最大值的方向进行测量，一般来说也就是在垂直于表面加工的纹理方向上测量。就是在垂直于表面加工的纹理方向上测量。2.2.表面缺陷的摒弃表面缺陷的摒弃 表面粗糙度不包