第四章 表面轮廓度第四章 表面轮廓度

姓名：秦军伟姓名：秦军伟

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主要内容主要内容

• 第一节 概述*

• 第二节 表面粗糙度的评定*

• 第三节 表面粗糙度的选用*

• 第四节 表面粗糙度符号、代号及其标注*

• 第五节 新旧国家标准的的差异• 复习思考题

第一节 概述

• 一 表面轮廓的特征与形成• 二 表面粗糙度对零件性能的影响

第二节 表面粗糙度的评定

• 一 主要术语和定义• 二 评定参数

第三节 表面粗糙度的选用

• 一 表面粗糙度的选用原则*

• 二 表面粗糙度评定参数的选用*

• 三 评定参数值及取样长度、评定长度的选用*

第四节 表面粗糙度符号、第四节 表面粗糙度符号、代号及其注法代号及其注法

• 一 表面粗糙度的符号• 二 表面粗糙度的代号• 三 表面粗糙度的注法

第五节 新旧国家标准的差异第五节 新旧国家标准的差异

• 一 GB/T3504-2000与GB3504-83的比较• 二对GB/T131—1993的修订

复习思考题

一 表面轮廓的特征与形成

• （一）表面粗糙度、波纹度和形状误差定义• （二）表面粗糙度、波纹度和形状误差划分

二 表面粗糙度对零件性能影响

• （一）对摩擦和磨损的影响• （二）对接触刚度的影响• （三）对配合性质的影响• （四）对疲劳强度的影响• （五）对抗腐蚀性的影响

一 主要术语和定义

• （一）λs滤波器• （二）λc滤波器• （三）表面轮廓• （四）取样长度 lr *

• （五）评定长度 ln *

• （六）中线m

二 评定参数

• （一）轮廓的算术平均偏差Ra *

• （二）轮廓的最大高度Rz *

• （三）轮廓单元的平均宽度Rsm

• （四）轮廓的支承长度率Rmr（c）

一 表面粗糙度的选用原则表面粗糙度的选用，首先判断零件功能，有没有必要规定表面粗糙度要求。

若零件的功能对表面粗糙度有要求，则进行相应的评定参数及参数值的选择，并在图样上注出。若对表面粗糙度无要求，则图样上可不标注，也不用检验。

此外，应注意某些种类零件的表面粗糙度要求已由相应标准规定，可直接采用。例如，与滚动轴承配合的相应配合件的表面粗糙度应由 GB/T274—1993 规定。

二 表面粗糙度评定参数的选用二 表面粗糙度评定参数的选用评定参数的选用，首先应考虑零件的功能要求，其次应考虑检测设备条件等因素。在表面粗糙度评定参数中，幅度评定参数可以单独使用。其中， Ra 较完整全面地表征表面粗糙度特征的评定参数。国家标准推荐：在常用数值范围内（ Ra0.025μm ~6.3μm ），应优先选用轮廓的算术平均偏差 Ra 。对于 Ra 值在 6.3μm ~100μm和 0.008μm ~0.020μm 范围的零件表面，可以选用轮廓的最大高度 Rz ；对于不允许出现较深加工痕迹或对疲劳强度要求较高的零件表面，可以在选用轮廓的算术平均偏差 Ra 同时，也选用轮廓的最大高度 Rz ；对于仪表、轴承行业的小零件，由于难于取得规定的取样长度，也可以单独选用轮廓的最大高度 Rz 。

三 评定参数值及取样长度、评定长度的选用

• （一）表面粗糙度评定参数值*

• （二）表面粗糙度参数值的选用*

• （三）表面粗糙度参数的上限值、下限值、最大值和最小值的规定和选用

• （四）取样长度的选用

一 表面粗糙度的符号 60° 60°

2H H

二 表面粗糙度的代号表面粗糙度代号由表面粗糙度符号、表面粗糙度参数代号及数值和有关规定等内容所构成。图 4-12 所示。

a1、 a2— 粗糙度幅度参数代号及其数值（ m ）；b— 加工要求、镀覆、表面处理或其他说明等；c— 取样长度（ mm ）或波纹度（单位为 mm ）；d— 加工纹理方向符号；e— 加工余量（ mm ）；f— 粗糙度间距参数值（ mm ）或支承长度率。

三 表面粗糙度的注法三 表面粗糙度的注法• （一）表面粗糙度幅度参数的标注 *

• （二）表面粗糙度附加参数的标注• （三）表面粗糙度其他项目及有关规定的标

注 • （四）表面粗糙度在图样上的标注方法 *

一 GB/T3504-2000与 GB3504-83 的比较

二 对 GB/T131—1993 的修订

（一）表面粗糙度、波纹度和形状误差定义

• 1 表面粗糙度 *

• 2 表面波纹度• 3 表面形状误差

（二）表面粗糙度、波纹度和形状误差定义划分

通常按相邻两波峰或波谷之间的距离，即波距的大小来划分，或按波距与波幅（峰谷高度）的比值来划分。波距小于波距小于 1mm1mm 并呈周期性变化的，属于表面粗糙度范并呈周期性变化的，属于表面粗糙度范围；围；波距在 1mm~10mm 之间并呈周期形变化的，属于表面波纹度范围；波距在 10mm 以上且无明显周期变化的，属于表面形状误差范围。

（一）对摩擦和磨损的影响一般地讲，表面越粗糙，则摩擦阻力越大，零件的磨损也就越快。但是，当结合表面过于光滑时，由于润滑油被挤出以及分子间的吸附作用，摩擦系数反而增大而使磨损加剧。磨损量与表面粗糙度之间的关系如图 4-2 所示。

磨损量

（二）对接触刚度的影响零件表面越粗糙，实际接触面积就越小，则受力后的局部变形增大，接触刚度降低，影响零件的抗振性和工作精度。

（三）对配合性质的影响表面粗糙度会影响配合性质的稳定性。对于间隙配合，表面越粗糙，轮廓峰顶磨损就会越快，使得配合间隙增大，破坏配合性质。特别是在尺寸小的情况下，表面粗糙度对配合性质的影响更大。对于过盈配合，表面粗糙度使得实际过盈量小于公称过盈量，而使连接强度降低。

（四）对疲劳强度的影响承受交变载荷的零件，其破坏大部分是因为表面产生疲劳裂纹所造成，零件表面越粗糙，对应力集中越敏感，零件疲劳损坏的可能性就越大。

（五）对抗腐蚀性的影响金属材料的腐蚀是由于化学过程或者电化学过程所致。表面越粗糙，则积聚在零件表面的腐蚀性气体或液体就越多，因而腐蚀作用就越大。

（一） λs滤波器确定存在于表面上的粗糙度与比它更短的波的成分之间相交界限的滤波器。

（二） λc滤波器确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器。

（三）表面轮廓表面轮廓是平面与实际表面相交所得的轮廓。按照平面相截的方向不同，又可分为 X 向表面轮廓和 Y 向表面轮廓。在评定或测量表面粗糙度时，通常是指X 向表面轮廓，即与加工纹理方向垂直的截面上的轮廓，如图4-3 所示。

（四）取样长度 l r

取样长度 lr 是指用于判别被评定轮廓具有表面粗糙度特征的 X 轴向上的长度。取样长度可限制和减弱表面波纹度对表面粗糙度测量结果的影响。取样长度的大小取决于表面粗糙度的疏密程度。

（五）评定长度 ln评定长度 ln 是用于判别被评定轮廓的不规则特征的 X 轴向上的长度，它包含一个或几个连续的取样长度 Lr 。评定长度与取样长度之间的数量关系取决于表面粗糙度的均匀程度和加工方法，表面粗糙度比较规则均匀，可以规定较小的评定长度；反之，则可规定较大的评定长度。一般， ln=5lr 。

（六）中线 m轮廓的最小二乘中线：在取样长度内，使轮廓各点的纵坐标值 Zi

（ x ）平方和为最小的线，即 为最小，纵坐标 Z 的方向如图 4-5 所示。

dxxZ 2l0 )]([

轮廓的算术平均中线：具有几何轮廓形状、在取样长度内与轮廓走向一致的基准线。在取样长度内，由该中线划分轮廓使其上下两边的面积和相等，即

n

i

n

i 1i

1i FF

（一）轮廓算术平均偏差 Ra

评定轮廓的算术平均偏差 Ra 是指在一个取样长度内纵坐标 Z（ x ）绝对值的算术平均值（即被测轮廓线上的各点到基准线 X 的距离的算术平均值），即

dxxZl

1Ra i

l0

r

r ）（

n

i 1i xZ

n

1Ra

（二）轮廓的最大高度 Rz轮廓的最大高度 Rz 是指在一个取样长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和，即

vmaxpmaxz ZZR

轮廓峰高是指轮廓最高点距 X 轴线的距离 ;

轮廓谷深是指轮廓最低点距 X 轴线的距离。

（三）轮廓单元的平均宽度Rsm

略

（四）轮廓的支承长度率 Rmr

略

（一）表面粗糙度评定参数值国家标准 GB/T1031—1995 规定了表面粗糙度评定参数的数值系列。表 4-1至表 4-4 分别是参数 Ra、 Rz、RSm和 Rmr（ c ）的参数值。

（二）表面粗糙度参数值的选用

表面粗糙度参数的允许值应该根据零件表面的功能要求并按国家标准规定的参数值系列来选取。选用的原则是：在满足功能要求的前提下，表面粗糙度参数的允许值应尽可能大一些（ Rmr（ c ）除外），以便于加工而具有较好的经济性。表面粗糙度参数允许值通常用类比法来选取，表 4-5 。当参数值初步确定后，还应根据具体的工作条件等因素，进行必要的调整，调整时应注意以下几点：另外，还应注意协调好尺寸公差、形状公差和表面粗糙度之间的关系。

（三）表面粗糙度参数的上限值、下限值、最大值和最小值的规定和选用

表面粗糙度参数的上限值或下限值是指允许在表面粗糙度参数的所有实测值中有不超过总数 16% 的实测值超过规定值（设计时选定的参数允许值）。表面粗糙度参数的最大值或最小值则要求表面粗糙度的实测值不得超过规定值（设计时选定的参数允许值）。

（四）取样长度的选用一般情况下，测量表面粗糙度时，取样长度和评定长度数值应根据表面的加工质量，从国家标准推荐的数值（表 4-8 ）中选取，此时取样长度值在图样上可以省略标注。当有特殊要求时，也允许根据具体情况自行确定取样长度值，但要在图样上注出。

（一）表面粗糙度代号的组成

（一）表面粗糙度幅度参数的标注（一）表面粗糙度幅度参数的标注`

代 号 意 义

用任何方法获得的表面粗糙度， Ra 的上限值为 3.2µm

用去除材料方法获得的表面粗糙度， Ra 的上限值为 3.2µm

用不去除材料方法获得的表面粗糙度， Ra 的上限值为 3.2µm

用去除材料方法获得的表面粗糙度， Ra 的上限值为 3.2µm,Ra 的下限值为1.6µm

用任何方法获得的表面粗糙度， Rz 的上限值为 3.2µm

用去除材料方法获得的表面粗糙度， Rz 的上限值为 3.2µm,Rz 的下限值为1.6µm

用去除材料方法获得的表面粗糙度， Ra 的上限值为 3.2µm,Rz 的上限值为12.5µm

3.2

3.2

3.21.6

3.2

3.21.6

3.212.5

（一）表面粗糙度幅度参数的（一）表面粗糙度幅度参数的`

代 号 意 义 用任何方法获得的表面粗糙度， Ra 的最大值为 3.2µm

用去除材料方法获得的表面粗糙度， Ra 的最大值为 3.2µm

用不去除材料方法获得的表面粗糙度， Ra 的最大值为 3.2µm

用去除材料方法获得的表面粗糙度， Ra 的最大值为 3.2µm,Ra 的最小值为 1.6µm

用任何方法获得的表面粗糙度， Rz 的最大值为 3.2µm

用去除材料方法获得的表面粗糙度， Rz 的最大值为 3.2µm,Rz 的最小值为 1.6µm

用去除材料方法获得的表面粗糙度， Ra 的最大值为 3.2µm,Rz 的最小值为 12.5µm

3.2

3.2

3.2

3.21.6

3.2

3.21.6

3.212.5

（二）表面粗糙度附加参数的标注（二）表面粗糙度附加参数的标注若需要标注表面粗糙度间距参数轮廓单元的平均宽度 RSm 值或轮廓的支承长度率 Rmr（ c ）时，应注在符号长边的横线下面，数值写在相应的代号后面。图 4-13（ a ）是轮廓单元的平均宽度RSm 上限值的标注示例，单位为毫米。图 4-13（ b ）为 RSm为最大值的标注示例。图 4-13（ c ）是轮廓的支承长度率 Rmr（ c ）的标注示例，表示水平截距 c 在轮廓的最大高度 Rz的50% 位置上，支承长度率为 70% ，给出的 Rmr（ c ）为下限值。图 4-13（ d ）为 Rmr（ c ）最小值的标注示例。

（三）表面粗糙度其他项目及有关（三）表面粗糙度其他项目及有关规定的标注 规定的标注

表面粗糙度其他项目的标注如图 4-14 所示：取样长度应标注在符号长边的横线下面，单位为毫米，如图 4-14（ a ）所示。若按 GB/T1031—1995 （见表 4-8 ）选取对应的取样长度时，在图样上可以省略标注；如标注的表面粗糙度要求由指定的加工方法获得，可用文字标注在符号长边的横线上方，如图 4-14（ b ）所示；需要标注加工余量时，可在符号左边标注加工余量数值，单位为毫米，如图 4-14（ c ）所示；需要控制加工纹理方向时，可在符号右边加注加工纹理方向符号，如图 4-14（ d ）所示。常见的加工纹理方向符号见表 4-11 。

（四）表面粗糙度在图样上的标注（四）表面粗糙度在图样上的标注

表面粗糙度符号、代号一般注在可见轮廓线、尺寸界限、引出线或它们的延长线上。符号的尖端必须从材料外指向表面，如图 4-15 所示。表面粗糙度代号中数字及符号的方向必须按图 4-15 的规定标注。在同一图样上，每一表面一般只标注一次符号、代号，并尽可能靠近有关的尺寸线。当地位狭小或不便标注时，符号、代号可以引出标注。

1．同一表面只注一次，注在可见轮廓线或尺寸线的延长线上； 2．符号的尖端应从材料外指向表面，并与表面轮廓接触上；

3．无论符号的方向如何变化其形状不变且字头保持向上或向左； 4．当有多个表面的粗糙度相同时应统一注在图纸的右上角,并加 注“ ”其余 字样,若全部表面的粗糙度相同则不加“ ”其余 字样。 5．同一表面有不同粗糙度要求时用细实线画其分界线，再标注.

0.8

0.8

1.66.36.3

其余

Rz3.2

（四）表面粗糙度在图样上的标注（四）表面粗糙度在图样上的标注

12.5

若全部表面的粗糙度相同，则可直接

在图的右上角注明。

1 表面粗糙度在机械加工过程中，由于整个加工工艺系统的原因，会在零件表面留下加工误差。在切削过程中由于切屑分离时的塑性变形、工艺系统的振动以及刀具和被加工表面的摩擦等原因，会使零件表面留下微小的凹凸不平的痕迹，其微小峰谷的高低以及间距的细密程度所构成的微观几何形状误差称为表面粗糙度。

2 表面波纹度在加工过程中，由于机床—刀具—工件系统的强迫振动、刀具进给的不规则和回转质量的不平衡等原因，在零件表面留下的波距较大且具有较强周期性的误差称为表面波纹度。

3 表面形状误差在加工过程中，由于刀具导轨倾斜等原因造成的误差则为宏观的表面形状误差。

在同一零件上，工作表面的粗糙度要求高于非工作表面；

摩擦表面粗糙度要求高于非摩擦表面；滚动摩擦表面粗糙度要求高于滑动摩擦表面；运动速度高、载荷大的表面粗糙度要求要高些；

承受交变载荷的表面、容易引起应力集中的表面（如圆角、沟槽等处）粗糙度要求应高些；

对配合性质要求稳定可靠的表面，粗糙度要求应高些；

配合性质相同时，小尺寸结合面的粗糙度要求应高于大尺寸结合面；同一公差等级，轴比孔的表面粗糙度要求应高些；

有防腐性、密封性等要求的表面，粗糙度要求应高些。

一般情况下，尺寸公差、形状公差要求高的表面，表面粗糙度要求也高。但也有例外。对于无特殊功能要求的表面，其表面粗糙度参数值与尺寸公差和形状公差之间的比例对应关系如下：若 T≈0.6IT,则 Ra≤0.05IT ；若 T≈0.5IT,则 Ra≤0.04IT ；若 T≈0.4IT,则 Ra≤0.025IT ；若 T≈0.25IT,则 Ra≤0.012IT ；若 T 0.25IT,﹤ 则 Ra≤0.15IT 。 式中 T 为形状公差， IT 为尺寸公差。

图 4-14

（ ） （ ）

铣

（ ）

7（ ）

（ ）

表 4-11

图 4-15

表 4-1—表 4-4

表 4-3 和表 4-4 略