表面粗糙度要求，机械基础相关任务成果

知识要求：

1．了解表面粗糙度的含义及作用；

2．熟悉表面粗糙度的参数；

3．掌握表面粗糙度的图形符号绘制；

4．掌握表面粗糙度的标注方法。

技能要求：

能正确读取图纸中标注的表面粗糙度，并能正确选择加工形式。

在机械设备中，我们会发现有些零件的表面看上去光泽度很好，比如轴圆柱表面、齿轮上的轴孔等；而有些零件的表面却可看到非常明显的加工痕迹或表面较为粗糙，比如齿轮的端面、轴的各圆柱面等。机械零件的加工人员要想按照零件图纸的要求加工出表面光泽度合格的零件，就需要能够识读表面粗糙度的要求。通过对本任务的学习，能正确识读表面粗糙度要求，为零件的加工做好充分的准备。

1．表面粗糙度的概念

图6－35　表面粗糙度示意图

零件在机械加工过程中，由于机床、刀具的振动以及材料的塑性变形等原因，微观上总会存在较小间距的峰谷痕迹，表面粗糙度就是表述这些峰谷高低程度和间距状况的微观几何形状特性的指标。零件表面经加工后，看起来很光滑，若用放大镜观察，则会看到表面有明显高低不平的粗糙痕迹，如图6－35所示。

2．表面粗糙度对零件使用性能的影响

表面粗糙度对零件的使用性能有重要的影响，主要表现在以下几个方面。

（1）摩擦、磨损和配合性质方面

表面越粗糙，摩擦因数越大，摩擦阻力也越大，零件配合表面的磨损越快。

（2）疲劳强度方面

表面越粗糙，一般表面微观不平的凹痕越深，交变应力作用下的应力集中越严重，越易造成零件因抗疲劳强度的降低而失效。

（3）耐腐蚀性方面

表面越粗糙，腐蚀性气体或液体越易在谷底处聚集，并通过表面微观凹谷渗入金属内层，造成表面锈蚀。

（4）接触刚度方面

表面越粗糙，表面间接触面积越小，致使单位面积受力增大，造成峰顶处的局部塑形变形加剧、接触刚度下降，影响机器的工作精度和平稳性。

此外，表面粗糙度还会影响结合面的密封性，影响产品的外观和表面涂层的质量等。综上所述，为保证零件的使用性能和寿命，应对零件的表面粗糙度加以合理限制。

图6－36　取样长度和评定长度

1．取样长度lr（如图6－36所示）

为了减弱表面波纹度及形状误差的影响，国家标准规定了取样长度lr。它是用于判别具有表面粗糙度特征的一段基准线长度。标准规定取样长度按表面粗糙程度合理取值，通常应包含至少5个轮廓峰和轮廓谷。

2．评定长度ln（如图6－36所示）

为了全面、合理地反映某一表面测量范围内的粗糙度特征，国家规定了评定长度ln。它是指评定轮廓表面粗糙度所必需的一段长度。一般情况下，标准推荐ln＝5lr。

3．基准线

基准线是用于评定表面粗糙度参数的给定线。标准规定，基准线的位置可用轮廓的算术平均中线近似地确定。

轮廓算术平均中线是指在取样长度内，由一条假想线将实际轮廓分为上、下两部分，而且使上部分面积之和等于下部分面积之和，如图6－36所示。

4．表面粗糙度评定参数

为了满足对零件表面不同的功能要求，从不同角度反映表面粗糙度的状态特征。国家标准从实际轮廓的幅度、横向间距和形状三个方面规定了评定表面粗糙度的各种参数，常见的评定表面粗糙度的参数有轮廓算术平均偏差Ra和轮廓最大高度Rz。

（1）评定轮廓的算术平均偏差Ra（单位为μm）

轮廓的算术平均偏差Ra，即在一个取样长度lr内，被测实际轮廓上各点至基准线的距离的绝对值的算术平均值，如图6－37所示。

图6－37　轮廓的算术平均偏差

轮廓的算术平均偏差Ra充分反映了表面微观几何形状在幅度方面的特征，并且用轮廓仪可较方便地测定Ra，因此，其是普遍采用的参数。

（2）轮廓的最大高度Rz（单位为μm）

轮廓的最大高度Rz，即在一个取样长度lr内，最大轮廓峰高Zp和最大轮廓谷深Zv之和的高度，如图6－38所示。

用公式表示为

式中：Zp——轮廓最大峰高；

Zv——轮廓最大谷深。

图6－38　轮廓的最大高度

轮廓的最大高度Rz参数对不允许出现较深加工痕迹的表面和小零件的表面质量有着实际意义，尤其是在交变应力作用下，其是防止出现疲劳破坏的一项保证措施。因此，轮廓的最大高度Rz参数主要应用于有交变应力作用的场合（辅助Ra使用）以及不便使用Ra的小零件表面。(https://www.xing528.com)

注意：对于同一表面，只标注Ra和Rz中的一个，切勿同时把两者都标注。

5．表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用示例（见表6－10）

表6－10　表面粗糙度的表面特征、经济加工方法及应用示例

（1）标注表面粗糙度的图形符号（表6－11）

表6－11　零件表面粗糙度的符号

（2）单一要求和补充要求的标注位置（表6－12）

表6－12　单一要求和补充要求的标注位置

零件表面粗糙度数值的选用，应该既要满足零件表面功用要求，又要考虑经济合理性。选用时要注意以下问题：

1）在满足功用的前提下，尽量选用较大的表面粗糙度数值，以降低生产成本。

2）一般情况下，零件的接触表面比非接触表面的表面粗糙度参数值要小。

3）受循环载荷及易引起应力集中的表面，表面粗糙度参数值要小。

4）配合性质相同，零件尺寸小的比尺寸大的表面粗糙度参数值要小；同一公差等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度参数值要小。

5）运动速度高、单位压力大的摩擦表面比运动速度低、单位压力小的摩擦表面的粗糙度参数值小。

6）要求密封性、耐腐蚀的表面其表面粗糙度参数值要小。

7）表面粗糙度参数值应与尺寸公差和形位公差协调。凡有关标准已对表面粗糙度要求做出规定的（例如与滚动轴承配合的轴颈和外壳孔的表面粗糙度），按标准规定选取。

8）同一公差等级的零件，小尺寸零件的表面粗糙度值比大尺寸零件的表面粗糙度值要小一些。

9）相互配合的孔、轴，轴表面的表面粗糙度值比孔表面的要小些。

10）其他条件相同时，间隙配合的表面粗糙度值应比过盈配合的表面粗糙度值小些。

11）对于防腐蚀、密封性要求高的表面，表面粗糙度参数值应小些。

12）对于机械设备上的操作手柄、食品用具及卫生设备等特殊用途的零件表面，应选取较小的表面粗糙度参数值。

1）表面粗糙度代号应注在可见轮廓线、尺寸线、尺寸界线或其延长线上，符号的尖端必须从材料外指向表面，如图6－39所示。

2）在同一图样上，每一表面一般只标注一次，并尽可能靠近有关的尺寸线。

3）当地方狭小或不便标注时，可引出标注，如图6－39（b）所示。

图6－39　表面粗糙度的标注
（a）表面粗糙度标注在可见轮廓线上；（b）表面粗糙度的引出标注；（c）表面粗糙度标注在形位公差框格上方；（d）表面粗糙度标注在尺寸线或尺寸界线上

4）当零件所有表面具有相同的表面粗糙度时，其代号可在图样的右上角统一标注。

5）当零件的大部分表面具有相同的表面粗糙度要求时，对使用最多的代号可统一标注在图样的右上角并加注“（√）”符号。

6）零件上用细实线连接不连续的同一表面，其表面粗糙度号只标注一次。齿轮的工作表面没有画出齿形时，其表面粗糙度代号可按图的方式标注。

7）同一表面上有不同的表面粗糙度要求时，需用细实线画出其分界线，并注出相应的表面粗糙度代号和尺寸。

试确定如图6－40所示的减速器低速轴的轴承盖、轴承以及轮毂安装位置的表面粗糙度值。

图6－40　减速器低速轴

解：首先按滚动轴承使用要求（具体可参阅有关机械设计手册）或参考表6－10，确定55轴颈表面的表面粗糙度参数Ra为0.8μm，接着用类比法可确定其余表面粗糙度数值，如图6－41所示。

图6－41　减速器低速轴表面粗糙度选取

1．零件表面的表面粗糙度会对零件的使用性能产生哪些影响？

2．评定表面粗糙度的参数有哪些？

3．表面粗糙度是指______所具有的______和______不平度。

4．轮廓算术平均偏差用______表示；轮廓最大高度用______表示。

5．当零件所有表面具有相同的表面粗糙度时，其代号、符号可在图样______统一标注。

6．表面粗糙度的选用，应在满足表面功能要求的情况下，尽量选用大的表面粗糙度数值。（是，否）

7．零件的尺寸精度越高，表面粗糙度参数值相应取得越小。（是、否）

8．表面粗糙度值越大，越有利于零件耐磨性和抗腐蚀性的提高。（是、否）

9．表面粗糙度数值越小越好。（是、否）