表面粗糙度及其检测

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1、第五章 表面粗糙度及其检测学时：4课次：2目的要求： 1了解表面粗糙度的实质及对零件使用性能的影响。 2掌握表面粗糙度的评定参数（重点是轮廓的幅度参数）的含义及应用场合。 3掌握表面粗糙度的标注方法。4初步掌握表面粗糙度的选用方法。 5了解表面粗糙度的测量方法的原理。重点内容： 1表面粗糙度的定义及对零件使用性能的影响。 2表面粗糙度的评定参数（重点是轮廓的幅度参数）的含义及应用场合。 3表面粗糙度的标注方法。4表面粗糙度的选用方法。 5表面粗糙度的测量方法难点内容： 表面粗糙度的选用方法。教学方法：讲+实验教学内容：（祥见教案）一、基本概念1零件表面的几何形状误差分为三类：（1）表面粗糙度：

2、零件表面峰谷波距vimm。属微观误差。（2）表面波纹度：零件表面峰谷波距在 110mm。（3） 形状公差：零件表面峰谷波距10mm。属宏观误差。图 5-1 零件的截面轮廓形状2表面粗糙度对零件质量的影响：1 ）影响零件的耐磨性、强度和抗腐蚀性等。2）影响零件的配合稳定性。3）影响零件的接触刚度、密封性、产品外观及表面反射能力等。表面粗糙度的基本术语1、取样长度 lr：取样长度是在测量表面粗糙度时所取的一段与轮廓总的走向一致的长度。规定：取样长度范围内至少包含五个以上的轮廓峰和谷如图 5-2 所示。InIr70(a) JrF舅图5-2取样长度、评定长度和轮廓中线卩总(b)1评定长度 ln： 评定

3、长度是指评定表面粗糙度所需的一段长度。规定：国家标准推荐In = 51r,对均匀性好的表面，可选In 5lr，对均匀性较差的表面，可 选 ln 5lr。2中线：中线是指用以评定表面粗糙度参数的一条基准线。有以列两种：(1) 轮廓的最小二乘中线 在取样长度内，使轮廓线上各点的纵坐标值Z (x)的平方和 为最小，如图5-2 a 所示。(2) 轮廓的算术平均中线 在取样长度内，将实际轮廓划分为上下两部分，且使上下面 积相等的直线。如图5-2 b 所示。三表面粗糙度的评定参数国家标准GB/T35052000规定的评定表面粗糙度的参数有：幅度参数2个，间距参 数1个，曲线和相关参数1个，其中幅度参数是主

4、要的。1、轮廓的幅度参数( 1) 轮廓的算术平均偏差 Ra在一个取样长度内，纵坐标Z(x)绝对值的算术平均值，如图5-3a所示。Ra的数学表达式为：Ra =Z ( x)dxlr 0测得的Ra值越大，则表面越粗糙。一般用电动轮廓仪进行测量。(b)轮廓的最大高度Rz图 5-3 轮廓的幅度参数(2) 轮廓的最大高度 Rz在一个取样长度内，最大轮廓峰高Zp和最大轮廓谷深Zv之和的高度，如图5-3b所 示。Rz 的数学表达式为：Rz = Zp + Zv测得的 Rz 值越大，则表面越粗糙。一般用双管显微镜进行测量。2、轮廓单元的平均宽度 RSm在一个取样长度内，轮廓单元宽度Xs的平均值，如图5-4所示。R

5、Sm 值越小，轮廓表面越细密，密封示。Rmr (c)的数学表达式为Rmr(c)=Ml ( c)ln在给定水平位置c上的轮廓实体材料长度M l(c)与评定长度的比率，如图5-5所当c 一定时，Rmr （c）值越大，则支承能力和耐磨性更好，如图5-6所示。X图5-5轮廓的支承长度率图5-6不同形状轮廓的支承长度四表面粗糙度（评定参数）的选择1、评定参数的选择（1）如无特殊要求，优先选用Ra和Rz。在幅度参数中，Ra值能较完整、全面地表达零 件表面的微观几何特征，应优先选用。Rz值常用在小零件（如顶尖、刀具的刃部、仪表的小 元件等）或表面不允许有较深的加工痕迹（防止应力过于集中）的零件。（2）一些重

6、要表面有特殊要求时，如有涂镀性、抗腐蚀性、密封性要求时才选 RSm 参 数来控制间距的细密度；对表面的支承刚度和耐磨性有较高要求时，需加选Rmr（c）控制表 面的形状特征。2评定参数值的选择 （1）表面粗糙度参数值的选择原则：在满足功能要求的前提下，尽量选择较大的表面粗糙 度参数（除 tp 外）值，以减小加工难度，降低成本选择方法：常采用类比法。选择时应注意以下几点；1）同一零件上工作表面比非工作表面粗糙度参数值小。2）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3）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4）要求配合稳定可靠时，粗糙度参数

7、值应小些，小间隙配合表面，受重载作用的过盈配 合表面，其粗糙参数值要小。5）表面粗糙度与尺寸及形状公差应协调，通常尺寸及形状公差小，表面粗糙度参数值也 要小，同一尺寸公差的轴比孔的粗糙度参数值要小。设表面形状公差为t,尺寸公差 为T,则它们之间通常按以下关系来设计：普通精度 t=0.67RaW0.057RzW0.27较高精度 t=0.47RaW 0.0257RzW0.17提高精度 t=0.257RaW0.0127RzW0.257高精度 t0.257RaW0.157RzW0.67说明：表面粗糙度的参数值和尺寸公差，形状公差之间并不存在函数关系，如机器， 仪器上的手轮，手柄，外壳等部位。其尺寸，形

8、状精度要求并不高，但表面粗糙度要 求高（即粗糙度值小）6）密封性。防腐蚀性要求要求高的表面或外观美观的表面其粗糙度值应小些。7）凡有关标准已对表面粗糙度要求作出规定者（如轴承，量规，齿轮等），应按标准规 定作选取表面粗糙度参数值。表 5-8表 5-9五表面粗糙度的标注1表面粗糙度符号表面粗糙度符号及其意义见表 5-6。表5-6表面粗糙度的符号及其意义符号意义及说明基本符号，表示表面可用任何方法获得。当不加注粗糙度参数值或有关 说明（例如表面处理、局部热处理状况等）时，仅适用于简化代号标注基本符号加一短划，表示表面是用去除材料的方法获得，例如车、铳、钻、 磨、剪切、抛光、腐蚀、电火花加工、气割等

9、基本符号加一小圆，表示表面是用不去除材料的方法获得，例如铸、锻、 冲压变形、热轧、冷轧、粉末冶金等；或者是用于保持原供应状况的表面 （包括保持上道工序的状况）/ y在上述三个符号的长边上均可加一橫线，用于标注有关参数和说明在上述三个符号上均可加一小圆，表示所有表面具有相同的表面粗糙 度要求。2、表面粗糙度的代号及其标注。 在表面粗糙度符号的基础上，注上其他有关表面符号特征的符号即组成了表面粗糙 度的代号。表面粗糙度数值及其有关规定在符号中注写的位置。如图 5-7 所示图 5-7 表面粗糙度代号及其标注1）标注时将其标注在可见轮廓线、尺寸界线、引出线或它们的延长线上，符号的尖端必 须从材料外指向

10、加工表面。（2） 高度参数：当选用Ra时，只标数值，Ra符号不标。当选用Rz时，符号和数值都要 标注。（3）当允许实测值中，超过规定值的个数少于总数的 16%时，应在图中标注上限值和下限 值。（4）当所（5）取样长度：如按国标选用，则可省略不标。六表面粗糙度的测量： 1比较法：将被测表面和表面粗糙度样板直接进行比较，多用于车间，评定表面粗糙 度值较大的工件。2光切法：是应用光切原理来测量表面粗糙度的一种测量方法。常用仪器光切显 微镜，（双管显微镜）。该仪器适用于车铳刨等加工方法获得的金属平面。或外圆表面。主要测量Rz值，测量范 围为 Rz0.560Am。3、干涉法： 是利用光波干涉原理测量表面

11、粗糙度的一种测量方法。常用仪器是干涉显微镜。主要用于测量Rz值。测量范围为Rz0.050.8Am。一般用于测量表面粗糙度要求高的表面。4、针描法： 是一种接触式测量表面粗糙度的方法，最常用的仪器是电动轮廓仪，该仪器可直接显示Ra值，适宜于测量Ra值0.0256.3Am。5、印摸法： 在实际测量中，常会遇到深孔，盲孔。凹槽，内螺纹等既不能使用仪器直接测量，也不能使用样板比较的表面。这是常用印摸法。印摸法是利用一些无流动性和弹性的塑性材料（如 石蜡等）贴合在 被测表面上。将被测表面的轮廓复制成模。然后测量印模，从而来评定被测 表面的粗糙度。课外作业：见习题集 课后分析： 1作业讲评。2重点内容小结

12、。3难点内容分析。第六章 光滑极限量规设计学时：2课时：1 目的要求：1了解光滑极限量规的作用、种类。2掌握工作量规公差带的分布。3 理解泰勒原则的含义，符合泰勒原则的量规应具有的要求、当量规偏离泰勒原则时应 采取的措施。4掌握工作量规的设计方法。重点内容：1 量规的作用。2工作量规公差带的分布。3泰勒原则的含义，符合泰勒原则的量规应具有的要求、当量规偏离泰勒原则时应采取 的措施。4工作量规的设计方法难点内容：1泰勒原则的含义，符合泰勒原则的量规应具有的要求、当量规偏离泰勒原则时应采取 的措施。2工作量规的设计方法教学方法：讲教学内容：（祥见教案）课外作业：见习题集课后分析：1作业讲评。2重点

13、内容小结。3难点内容分析。6.1 概述光滑极限量规是检验工件的一种量具。其尺寸是工件的极限值。通称极限量规。简称量 规。常在大批量生产时，检测极限尺寸-即通过的尺寸用通规。不能通过的尺寸用止规 用量规检测,方便简单 、效率高、省时可靠。易保证质量，所以应用广泛。一 量规的应用（1）当图样上被测要素的尺寸公差和形位公差按独立原则标注时，一般使用通用计量器 具分别测量。（2）当单一要素的孔和轴采用包容要求时，则应使用量规来检测，把形位误差和尺寸误 差都控制在尺寸公差范围内。检验孔的量规称为塞规图6-1 （a）所示检验轴的量规称为卡规图6-1 （b）所示（a）塞规（b）卡规图6-1光滑极限量规塞规和

14、卡规包含通规和止规两种：1）通规：按被测要素的最大实体尺寸制造，控制作用尺寸2）止规：按被测要素的最小实体尺寸制造，控制实际尺寸 检测时，凡通规能通过，止规不能通过的零件属于合格产品。 二量规的种类1. 工作量规生产者用来检验的量规。通规T表示止规Z表示2. 验收量规检验员用的量规。3. 校对量规校对量规是检验工作量规的量规。见表 6-16.2 量规公差带一、工作量规的公差带见图 6-2 所示 T 为量规制造公差。 Z 为位置要素（即通过制造公差带中心到工件最 大实体尺寸之间的距离）T, Z值见表6-2。与工件精度有关+0es“Tei匚二I工作量规制造公差带皿工作规通规磨损公差带图 6-2 量

15、规公差带分布二、 对量规的公差带图 6-2 所示 （了解）6.3 工作量规设计内容：1.选择量规结构形式2.确定量规结构形式3. 计标量规工作尺寸4. 绘制量规工作图一、原理及其结构设计量规应遵守泰勒原则 泰勒原则是指遵守包容要求的单一要素的孔或轴的实际尺寸和形状误差综合形成的体外 作用尺寸不允许超越最大实体尺寸。在孔或轴的任何位置上的实际尺寸不允许超越最小实 体尺寸。符合泰勒原则的量规如下；1. 量规尺寸要求：通规基本尺寸=零件的最大实体尺寸（Dmin dmax）止规基本尺寸=零件的最小实体尺寸（Dmax dmin）2. 量规的形状要求；1）通规的形状与孔、轴的形状相同，长度为配合长度（称为

16、全形量规），控制工件的 作用尺寸，其检测面为工件的完整表面。2）止规的形状与孔、轴的形状相同，长度可短些（称为不全形量规），控制工件的实 际尺寸。3）由于全形量规制造加工困难较大，国标规定可使用偏离泰勒原则的量规，但在检 测时要多方位多次检测。二、 规的技术要求2） 量规的材料工作部分：合金工具刚：CrMnCrMnW CrMoV碳素工具刚T10AT12A渗碳刚15刚20 刚渗碳硬质合金刚等手柄：Q235 lyn铝等 量规测量面硬度为： 5865HRC2. 形位公差。形位公差=丁/2,如尺寸公差0.002形位公差=0.0013. 表面粗糙度测量面不应有锈迹。毛刺。黑斑。划痕等缺陷。 其表面粗糙度

17、参数见表 6-35量规设计应用举例例.设计检验30h8/f7孔和轴用工作量规的工作尺寸。解：见书 P136第七章 滚动轴承的互换性学时：4课时：2目的要求1掌握滚动轴承的精度等级及其选用。2掌握滚动轴承内径、外径公差带的特点。3掌握国家标准有关与滚动轴承配合的轴、孔公差带的规定。4 初步掌握与滚动轴承配合的轴、孔的尺寸公差及其他技术要求的选用与标注重点内容：1滚动轴承的精度等级及其选用。2滚动轴承内径、外径公差带的特点。3国家标准有关与滚动轴承配合的轴、孔公差带的规定4与滚动轴承配合的轴、孔的尺寸公差及其他技术要求的选用与标注。难点内容1国家标准有关与滚动轴承配合的轴、孔公差带的规定2与滚动轴

18、承配合的轴、孔的尺寸公差及其他技术要求的选用与标注教学方法：讲教学内容：（祥见教案）课外作业：见习题集课后分析：1作业讲评。2重点内容小结。3难点内容分析。本课程主要介绍滚动轴承的饿精度和它与轴，外壳孔的配合问题。工作要求：1. 运转平稳；2. 运转精度高；3. 噪音小。 所以得正确选择轴和外壳孔与轴承的配合，正确选择尺寸精度、形位公差和表面粗糙 度等。7.1 滚动轴承的精度等级及其应用. 滚动轴承的精度等级国标规定：1）向心轴承分为 0，6，5，4，2 共五级，精度依次升高 （相当于旧标准的 G，E，D， C和B级）；2）圆锥滚子轴承的精度分为：0, 6x, 5和4共四级；3）推力轴承的精度

19、分为： 0， 6， 5和4共四级；二. 滚动轴承精度的等级的选用。0 级普通级. 用于低、中速及旋转精度要求不高的一般旋转机构,它在机械中应用 最广。例如：机床变速箱、进给箱的轴承等。6 级用于转速较高、旋转精度要求较高的旋转机构。例如：普通机床的主轴后轴承、 精密机床变速箱的轴承等。5 级、4 级用于高速、高旋转精度要求的机构。例如：精密机床的主轴轴承、精密 仪器仪表的主要轴承等。2 级用于转速很高,旋转精度要求也很高的机构。例如：齿轮磨床、精密坐标堂床 的主轴轴承、高精度仪器仪表的主要轴承等。三. 滚动轴承的内径、外径公差带及其特点 滚动轴承的内圈、外圈都是薄壁零件,在制造和保管过程中容易

20、变形,但轴承装配后,这 种变形可得到矫正。因此,国标对轴承内、外径分别规定了两种尺寸公差及其尺寸变动量, 用以控制配合性质和限制自由状态下的变形量。即为 滚动轴承是标准部件,为了便于互换,国标规定：2）轴承的内圈与轴采用基孔制配合。3）轴承的外圈与孔采用基轴制配合。即：外圈Dmp （单一平面平均外径）的公差带的上偏差为零一与基轴制相同。 内圈dmp （单一平面平均内径）的公差带的上偏差也为零，这与一般基孔制不 同。见图 7-1 所示当与k.、m、n.等轴配合时。即不为一般的过度配合而过盈配合。 当与 g、 h 配合就不再是间隙配合而是过度配合见下图。7.2 轴和外壳与孔与滚动轴承的配合 一轴和

21、外壳孔的公差带见图 7-2 所示：图7-2轴承与轴和外壳孔的配合轴和外壳孔与滚动轴承配合的选用 选择时主要考虑下列因素：1。负荷类型 作用在轴承上的径向负荷，一般有两中情况(1) 定向负荷：皮带拉力，齿轮作用力等。2)由定向负荷和一个较小旋转负荷(如离心力)合成负荷的作用方向与套圈间存在着以下三种关系：1)套圈相对于负荷方向固定图7-3 (a)固定的外圈。 图7-3 (b)固定的内圈2) 套圈相对于负荷方向旋转图7-3 (a)中的内圈图7-3 (b)中的外圈3) 套圈相对于负荷方向摆动图 7-4 摆动负荷图7-3 (c)外圈图7-3 (d)内圈图7-3 (c)内圈图7-3 (d)内圈内圈：旋转

22、负荷a)外圈：定向负荷内圈：定向负荷()外圈：旋转负荷内圈：旋转负荷 外圈：摆动负荷内圈：摆动负荷 外圈：旋转负荷图7-3轴承套圈承受的负荷类型轴承套圈相对于负荷方向不同。配合松紧程度也不同。（1） 当套圈相对于负荷方向固定时。其配合应选捎松些的过渡或极小间隙配合。 目的：让套圈在振动或冲击下被滚道间的摩擦力矩带动。产生缓慢转位，使磨损 均匀，提高轴承使用寿命。（2）当套圈相对于负荷旋转时，其配合应选用得紧些的较小过盈配合或过渡配合。 目的：为防止套圈在轴承颈或外壳孔的配合表面打滑，引起表面发热、磨损。（3）当套圈相对于负荷方向摆动时，配合松紧程度同（2）2。负荷大小：可由径向负荷Fr与额定动

23、负荷Cr的比值来区分，Fr W0.07Cr轻负荷0.07Cr WFr W0.15C1正常负荷Fr三0.15Cr重负荷Cr额定动负荷在机械设计手册中查到。Fr径向负荷机设手册中查到3。其他因素1 ）工作温度。 轴承运转时，由于摩擦发热使得轴承温度升高 所以使轴承内圈孔增大与轴配合变松 轴承外圈轴增大与孔配合变紧。2）考虑轴承安装和拆卸方便的问题。a）只要求装拆方便一一既可选用较松配合。b）如既要求装拆方便，又需紧配合时一一可采用分离型轴承或采用内圈带锥孔，带紧定套和退卸套的轴承。c）选用轴承配合时还应考虑旋转精度，旋转速度，轴和外壳孔的结构与材料等 因素。综上所述。影响滚动轴承配合选用的因素较多，难以用计算方法确定。所以在生产中常 用类比法。见表 7-2、表7-3.三、配合表面的其他技术要求 国标规定了与轴承配合的轴颈和外壳孔表面的圆柱度公差，轴肩及其外壳孔端面的端面 圆跳动公差，各表面的粗糙度要求等。如表 7-4、表7-5.所示