表面结构对影响的探究

表面结构是表面粗糙度、表面波纹度、表面缺陷、表面几何形状的总称。表面结构包括表面粗糙度、表面波纹度、表面缺陷、表面几何形状等表面特性。

表面粗糙度是指加工表面上具有较小间距和峰谷所组成的微观几何形状特性。它主要是由所采用的加工方法形成的。如在切削过程中，工件表面上的刀具痕迹，以及切削撕裂时的材料塑性变形等。表面波纹度是粗糙度叠加在上面的那个表面特征成分，它可能由机床或工件的挠曲、振动、颤动、形成材料应变的各种原因以及其他一些外部影响等因素引起。

表面结构的形成直接影响着机械零件的功能，如摩擦磨损、疲劳强度、接触刚度、冲击强度、密封性能、振动和噪声、金属表面镀涂以及外观质量等，直接关系机械产品的使用性能和工作寿命。因此，根据零件的功能要求、加工设备和加工方法合理选用结构特性参数及其数值是至关重要的。

试验研究和使用经验表明，在表面结构等级和齿轮承载能力状况存在一定关系。GB/T 3480叙述了表面粗糙度对轮齿点蚀和弯曲强度的影响，ISO/TR 13989论述了表面粗糙度对胶合的影响。

同表面粗糙度一样，表面波纹度和表面结构的其他特征也会影响材料的表面抗疲劳能力。因此，当需要高标准的性能和可靠性时，要细心地记录未滤波的轮廓来反映轮齿表面结构。

GB/Z 18620.4—2008没有推荐适用于特定用途的表面粗糙度、表面波纹度的等级和表面加工纹理的形状或类型，也未鉴别这种表面不平度的成因。文件强调：在规定轮齿表面结构的特征极限之前，齿轮设计师和工程师们应熟悉有关的国家标准和这方面的参考文献。

1.表面结构对齿轮功能的影响

在试验研究和使用经验的基础上，将受表面结构影响的轮齿功能特性分为三类：传动精度（噪声和振动）；表面承载能力（如点蚀、胶合和磨损）；弯曲强度（齿根过渡曲面状况）。

1）对传动精度的影响。表面结构的两个主要特征是表面粗糙度和表面波纹度。

表面波纹度或齿面波纹度会引起传动误差，这种影响依赖波纹的纹理相对于瞬时接触线和接触线的方向。如果波纹的纹理平行于瞬时接触线或接触区（垂直于接触线），齿轮啮合时会出现一个高的刺耳声（高于啮合频率的古怪的谐波成分）。

在少数情况下，表面粗糙度会使齿轮噪声产生差异（光滑的齿面与粗糙的齿面比较），一般它对齿轮啮合频率的噪声及其谐波成分不产生影响。

2）对承载能力的影响。轮齿表面结构可在两个大致的方面影响轮齿耐久性：齿面劣化和轮齿折断。

①齿面劣化。齿面劣化有磨损、胶合或擦伤和点蚀等。齿廓上的表面粗糙度和表面波纹度与此有关。表面结构、温度和润滑剂决定影响齿面耐久性的弹性流体动力（EHD）膜的厚度。

②弯曲强度。轮齿折断可能是疲劳（高循环应力）的结果，表面结构是影响齿根过渡区应力的一个因素。

2.齿面粗糙度

齿面粗糙度对齿轮的工作性能和使用寿命有重要影响，设计者可根据有关参数的影响选取适当数值。(www.xing528.com)

1）图样上应标注的数据。设计者应按齿轮加工要求。在图样上标注出完工状态的齿面粗糙度的数据，如图10-12a、b所示。

2）参数值。GB/Z 18620.4给定的参数值，应优先从表10-21或表10-22中给出的范围中选择。无论是Ra还是Rz都可用作一种判断依据，但两者不应在同一部分使用。GB/T10095.1～2—2008规定的齿轮精度等级和表10-21、表10-22中的齿面粗糙度等级之间没有直接的关系，也不与特定的制造工艺相对应。

另外，有关参考资料推荐了4～9级精度齿轮齿面粗糙度的参数值，见表10-23。

图10-12 表面粗糙度符号

a）表面结构的符号 b）除开齿根过渡区的齿面

包括齿根过渡区的齿面加工要求的符号

a—Ra或Rzb—加工方法、表面处理等 c—取样长度 d—加工纹理方向 e—加工余量 f—表面粗糙度的其他数值（括号内）

表10-21 表面粗糙度轮廓的算术平均偏差Ra推荐极限值 （单位：μm）

表10-22 表面粗糙度轮廓的最大高度Rz的推荐极限值 （单位：μm）

表10-23 齿面粗糙度 （单位：μm）