互换性与几何测量-表面粗糙度概要课件.ppt
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1、第第5章章 表面粗糙度表面粗糙度基本内容:基本内容:掌握表面粗糙度的基本概念,表掌握表面粗糙度的基本概念,表面粗糙度的评定、选用、标注及测量。面粗糙度的评定、选用、标注及测量。重点内容:重点内容:表面粗糙度的评定、选用及标注。表面粗糙度的评定、选用及标注。难点内容:难点内容:表面粗糙度的评定、选用。表面粗糙度的评定、选用。操作技能:操作技能:表面粗糙度的测量。表面粗糙度的测量。5.1 表面粗糙度的基本概念表面粗糙度的基本概念 5.1.1 表面粗糙度的定义表面粗糙度的定义 无论是机械加工的零件表面,或者是用铸、锻无论是机械加工的零件表面,或者是用铸、锻等方法获得的零件表面,总会存在着具有等方法获
2、得的零件表面,总会存在着具有较小间距较小间距和和峰谷峰谷的微观几何形状误差。的微观几何形状误差。定义定义:是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组是指加工表面上具有的较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。成的微观几何形状特性。成因:刀具与零件摩擦,切屑塑性变形、金属撕裂成因:刀具与零件摩擦,切屑塑性变形、金属撕裂及高频振动等。及高频振动等。如下图所示,完工零件的截面轮廓形状是复杂如下图所示,完工零件的截面轮廓形状是复杂的,一般包括表面粗糙度的,一般包括表面粗糙度,表面波纹度和形状误差,表面波纹度和形状误差,三者通常按波距来划分:波距小于三者通常按波距来划分:波距小于 1mm 的属于表的属于表面
3、粗糙度(微观几何形状误差);波距在面粗糙度(微观几何形状误差);波距在 1 10mm 的属于表面波度;波距大于的属于表面波度;波距大于 10mm 的属于的属于形状误差。形状误差。5.1.2 表面粗糙度对机械零件使用性能的影响表面粗糙度对机械零件使用性能的影响 1、对摩擦和磨损的影响、对摩擦和磨损的影响 表面越粗糙,则摩擦阻力就越大,两个相对运动的表面表面越粗糙,则摩擦阻力就越大,两个相对运动的表面峰顶间的实际有效接触面积就越小,使单位面积上的压力增峰顶间的实际有效接触面积就越小,使单位面积上的压力增大,磨损加快。磨损量与大,磨损加快。磨损量与表面粗糙度之间的关系如下图:表面粗糙度之间的关系如下
4、图:例如,汽缸壁最合适的表面粗糙都是例如,汽缸壁最合适的表面粗糙都是Ra=0.630.8m,小型电动机轴颈的表面粗糙度为小型电动机轴颈的表面粗糙度为Ra=0.320.50m。2、对配合性质的影响、对配合性质的影响 对间隙配合来说,表面粗糙则易磨损,使配合对间隙配合来说,表面粗糙则易磨损,使配合表面间的实际间隙逐渐增大;对过盈配合而言,表面间的实际间隙逐渐增大;对过盈配合而言,表面粗糙会减小配合表面间的实际有效过盈,降表面粗糙会减小配合表面间的实际有效过盈,降低联结强度,从而降低机器的工作精度。表面粗低联结强度,从而降低机器的工作精度。表面粗糙度对配合零件的有效的接触面积影响甚大。糙度对配合零件
5、的有效的接触面积影响甚大。加工方法车、铣削磨精磨有效接触面积1520%3050%90%以上3、对抗腐蚀性的影响、对抗腐蚀性的影响 表面越粗糙,则越容易在该表面上积聚腐蚀性物质,且表面越粗糙,则越容易在该表面上积聚腐蚀性物质,且通过该表面的微观凹谷向其表层渗透,使腐蚀加剧。提高零通过该表面的微观凹谷向其表层渗透,使腐蚀加剧。提高零件的表面粗糙度质量,可以增强其抗腐蚀的能力。件的表面粗糙度质量,可以增强其抗腐蚀的能力。4、对抗疲劳强度的影响、对抗疲劳强度的影响 零件表面越粗糙,则对应力集中越敏感,特别是在交变零件表面越粗糙,则对应力集中越敏感,特别是在交变应力的作用下,在零件的沟槽或圆角处,其影响
6、更大,零件应力的作用下,在零件的沟槽或圆角处,其影响更大,零件往往因此失效。因此,对于承受交变载荷的零件,若提高零往往因此失效。因此,对于承受交变载荷的零件,若提高零件的表面粗糙度质量,可以明显地提高零件的抗疲劳强度。件的表面粗糙度质量,可以明显地提高零件的抗疲劳强度。5、对结合密封性影响、对结合密封性影响 粗糙不平的两个结合表面,仅在局部点上接触必然产生粗糙不平的两个结合表面,仅在局部点上接触必然产生缝隙,影响密封性。对于接触表面之间没有相对滑动的静力缝隙,影响密封性。对于接触表面之间没有相对滑动的静力密封表面,若表面微观不平度谷底过深,密封材料在装配受密封表面,若表面微观不平度谷底过深,密
7、封材料在装配受预压后还不能完全填满这些微观不平谷底,则将在密封面上预压后还不能完全填满这些微观不平谷底,则将在密封面上留下渗漏间隙。留下渗漏间隙。6、其它影响、其它影响 表面粗糙度对零件性能的影响远不止这五个方面。如对表面粗糙度对零件性能的影响远不止这五个方面。如对接触刚度的影响,对冲击强度的影响,对流体流动的阻力的接触刚度的影响,对冲击强度的影响,对流体流动的阻力的影响,对表面高频电流的影响以及对机器、仪器的外观质量影响,对表面高频电流的影响以及对机器、仪器的外观质量及测量精度等都有很大影响。及测量精度等都有很大影响。5.2 表面粗糙度的评定表面粗糙度的评定 测量和评定表面粗糙度时,需要确定
8、取样长度、测量和评定表面粗糙度时,需要确定取样长度、评定长度、基准线和评定参数。评定长度、基准线和评定参数。5.2.1 基本术语基本术语 1.取样长度(取样长度(l r)取样长度是指测量或评定表面粗糙度时所规定取样长度是指测量或评定表面粗糙度时所规定的一段基准线的长度,一般应包含五个以上的轮廓的一段基准线的长度,一般应包含五个以上的轮廓峰和轮廓谷。峰和轮廓谷。取样长度的方向与轮廓总的走向一致取样长度的方向与轮廓总的走向一致。表面越粗糙,取样长度就应越大。表面越粗糙,取样长度就应越大。选择取样长度,可以限制和减弱其他的截面轮选择取样长度,可以限制和减弱其他的截面轮廓形状误差,尤其是表面波纹度对表
9、面粗糙度测量廓形状误差,尤其是表面波纹度对表面粗糙度测量结果的影响。结果的影响。2.评定长度评定长度(l n)评定长度是指为了合理且较全面地反映整个表面评定长度是指为了合理且较全面地反映整个表面的表面粗糙度特征,而在测量和评定表面粗糙度时所的表面粗糙度特征,而在测量和评定表面粗糙度时所规定的一段最小长度,一般,评定长度规定的一段最小长度,一般,评定长度l n=5 l r;若;若被测表面比较均匀,选被测表面比较均匀,选l n 5 l r;若被测表面均匀;若被测表面均匀性差,选性差,选l n 5 l r。3.中线(基准线)中线(基准线)中线(也称基准线)是指评定表面粗糙度参数值时所取中线(也称基准
10、线)是指评定表面粗糙度参数值时所取的基准的基准。GB3505-83 表面粗糙度术语表面及其参数表面粗糙度术语表面及其参数规规定下列两种中线作为基准线:定下列两种中线作为基准线:(1)轮廓的最小二乘中线()轮廓的最小二乘中线(m)轮廓的最小二乘中线轮廓的最小二乘中线m是指在取样长度内,具有理想直是指在取样长度内,具有理想直线形状的基准线,使轮廓上各点到该中线的距离(轮廓偏距)线形状的基准线,使轮廓上各点到该中线的距离(轮廓偏距)的平方之和为最小,即的平方之和为最小,即 为最小。为最小。(2)轮廓算术平均中线)轮廓算术平均中线 轮廓算术平均中线指具有理想直线形状并在取样长度轮廓算术平均中线指具有理
11、想直线形状并在取样长度内与轮廓走向一致的基准线,该基准线将轮廓划分为上下内与轮廓走向一致的基准线,该基准线将轮廓划分为上下两部分,且使上部分的面积之和等于下部分的面积之和,两部分,且使上部分的面积之和等于下部分的面积之和,即即 F1+F2+Fn=F1+F2+Fn 5.2.2 评定参数评定参数 表面粗糙度的评定参数按照微观不平度高度(幅度)、表面粗糙度的评定参数按照微观不平度高度(幅度)、间距和形状等三个方面的特性来划分。间距和形状等三个方面的特性来划分。1、幅度参数(高度参数、幅度参数(高度参数)基本参数基本参数(1)轮廓算术平均偏差)轮廓算术平均偏差 Ra 是指在取样长度是指在取样长度 l
12、r内纵坐标值内纵坐标值Z(x)的绝对值的算术平均的绝对值的算术平均值,用值,用Ra表示,公式为:表示,公式为:(2)轮廓最大高度)轮廓最大高度 Rz 是指在取样长度是指在取样长度l r内,被测轮廓的最大轮廓峰高内,被测轮廓的最大轮廓峰高Zpmax与与最大轮廓谷深最大轮廓谷深Zvmax之和的高度(两值均为正),即之和的高度(两值均为正),即 Rz=Zpmax+Zvmax 幅度参数幅度参数Ra、Rz 是标准规定必须标注的参数(两者是标准规定必须标注的参数(两者只需取其一),故又称基本参数。只需取其一),故又称基本参数。Ra、Rz 的数值越大,的数值越大,则表面越粗糙。则表面越粗糙。2.间距参数间距
13、参数附加参数附加参数 轮廓单元的平均宽度轮廓单元的平均宽度RSm 是指在取样长度是指在取样长度l r内,内,轮廓单元宽度轮廓单元宽度Xs的平均值。的平均值。RSm 的数值越大,则表面越粗的数值越大,则表面越粗糙。糙。(轮廓单元是指一个表面粗糙度轮廓峰和一个轮廓谷的(轮廓单元是指一个表面粗糙度轮廓峰和一个轮廓谷的组合。)用公式表示为:组合。)用公式表示为:式中式中 Xsi 第第 i 个轮廓单元的宽度;个轮廓单元的宽度;m在取样长度内所含的轮廓单元的个数。在取样长度内所含的轮廓单元的个数。轮廓单元宽度轮廓单元宽度 3、混合参数(形状参数)、混合参数(形状参数)附加参数附加参数 轮廓支承长度率轮廓支
14、承长度率Rmr(c)是指在给定水平位置是指在给定水平位置c上上轮廓的实体材料长度轮廓的实体材料长度Ml(c)与评定长度的比率,即)与评定长度的比率,即 所谓轮廓的实体材料长度所谓轮廓的实体材料长度Ml(c)是指在评定长度是指在评定长度内,一平行于内,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一水平截距c时,与时,与轮廓相截所得的各段截线长度之和,即轮廓相截所得的各段截线长度之和,即 轮廓支承长度率轮廓支承长度率Rmr(c)与零件的实际轮廓形状有关,)与零件的实际轮廓形状有关,是反映零件表面耐磨性能的指标。是反映零件表面耐磨性能的指标。Rmr(c)是随着水平截距)是随着水平
15、截距的大小而变化的,其关系曲线称为支承长度率曲线,如左图所的大小而变化的,其关系曲线称为支承长度率曲线,如左图所示。示。对于不同的实际轮廓形状,在相同的取样长度内并给出相对于不同的实际轮廓形状,在相同的取样长度内并给出相同的水平截距同的水平截距 C,Rmr(c)越大,则表示零件表面凸起的)越大,则表示零件表面凸起的实体部分就越大,承载面积就越大,因而接触刚度就越高,耐实体部分就越大,承载面积就越大,因而接触刚度就越高,耐磨性能就越好,例如:磨性能就越好,例如:在在右图右图(a)与图()与图(b)中,前者耐磨)中,前者耐磨性能较好,后者较差。性能较好,后者较差。支承长度率曲线支承长度率曲线5.3
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