表面粗糙度的概述与选择

图3-45 表面粗糙度示意图

1.概述

表面粗糙度是指在加工表面所形成的具有较小间距和微小峰谷的微观几何形状特性。其两波峰或两波谷之间的距离（波距）很小（在1mm以下），用肉眼难以区别，因此它属于微观几何形状误差，如图3-45所示。表面粗糙度越小，则表面越光滑。

表面粗糙度影响零件的耐磨性：表面越粗糙，配合表面间的有效接触面积越小，压强越大，磨损就越快。表面粗糙度还影响配合性质的稳定性：对间隙配合来说，表面越粗糙，就越易磨损，使工作过程中间隙逐渐增大；对过盈配合来说，由于装配时将微观凸峰挤平，减小了实际有效过盈，降低了连接强度。表面粗糙度影响零件的疲劳强度：粗糙零件的表面存在较大的波谷，它们像尖角缺口和裂纹一样，对应力集中很敏感，从而影响零件的疲劳强度。表面粗糙度影响零件的抗腐蚀性：粗糙的表面，易使腐蚀性气体或液体通过表面的微观凹谷渗入到金属内层，造成表面腐蚀。表面粗糙度影响零件的密封性：粗糙的表面之间无法严密地贴合，气体或液体通过接触面间的缝隙渗漏。表面粗糙度影响零件的接触刚度：各零件之间的接触刚度是零件结合面在外力作用下抵抗接触变形的能力，最大限度地决定了机器的刚度。表面粗糙度影响零件的测量精度：零件被测表面和测量工具测量面的表面粗糙度都会直接影响测量的精度，尤其是在精密测量时。

此外，表面粗糙度对零件的镀涂层、导热性和接触电阻、反射能力和辐射性能、液体和气体流动的阻力、导体表面电流的流通等都会有不同程度的影响。

2.表面粗糙度的评定方法

（1）轮廓算术平均偏差RaRa是在取样长度内，轮廓偏距y的绝对值的算术平均值，如图3-46所示。其计算公式为

式中 n——在取样长度内所测点的数目。

图3-46 轮廓算术平均偏差Ra的评定

（2）微观不平度十点高度RzRz是在取样长度内五个最大的轮廓峰高（y_pi）的平均值与5个最大的轮廓谷深（y_vi）的平均值之和。其计算公式为

（3）轮廓最大高度RyRy是在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离，如图3-47所示。

图3-47 轮廓最大高度Ry的评定

3.表面粗糙度的选择

1）同一零件上，工作表面的表面粗糙度值小于非工作表面。

2）摩擦表面的表面粗糙度值应小于非摩擦表面；滚动摩擦表面的表面粗糙度值应小于滑动摩擦表面；运动速度高、单位压力大的表面粗糙度值应小。

3）受循环载荷的表面及易引起应力集中的部位（如圆角、沟槽）的表面粗糙度值应选得小些。(www.xing528.com)

4）配合性质要求高的结合表面，配合间隙小的配合表面以及要求连接可靠、受重载的过盈配合表面等都应取较小的表面粗糙度值。

5）配合性质相同的零件，尺寸越小，其表面粗糙度值应越小。同一精度等级，小尺寸的零件比大尺寸的零件、轴比孔的表面粗糙度值要小。

6）对于配合表面，其尺寸公差、形状公差、表面粗糙度应当协调，一般情况下有一定的对应关系。

设尺寸公差代号为IT；形状公差代号为T；表面粗糙度代号为Ra、Rz，则

T=0.6IT：Ra≤0.05IT Rz≤0.21IT

T=0.4IT：Ra≤0.025IT Rz≤0.1IT

T=0.25IT：Ra≤0.012IT Rz≤0.05IT

T<0.25IT：Ra≤0.15T Rz≤0.6T

几何公差等级与尺寸公差等级、表面粗糙度的对应关系见表3-4。

表3-4 几何公差等级与尺寸公差等级、表面粗糙度的对应关系

注：黑框内为常用级，括号内为基本级。

4.实际应用

表面粗糙度对零件使用情况有很大影响。一般说来，表面粗糙度数值小，会提高配合质量，减少磨损，延长零件使用寿命，但零件的加工费用会增加。因此，要正确、合理地选用表面粗糙度数值。在设计零件时，表面粗糙度数值的选择，是根据零件在机器中的作用决定的。总的原则是：在保证满足技术要求的前提下，选用较大的表面粗糙度数值。具体选择时，可以参考下述原则：

1）工作表面比非工作表面的粗糙度数值小。

2）摩擦表面比无摩擦表面的粗糙度数值小，摩擦表面的摩擦速度越高，所受的单位压力越大，则表面粗糙度应越高；滚动摩擦表面比滑动摩擦表面要求粗糙度数值小。

3）对间隙配合，配合间隙越小，粗糙度数值应越小；对过盈配合，为保证连接强度的牢固可靠，载荷越大，要求粗糙度数值越小。一般情况下，间隙配合比过盈配合粗糙度数值要小。

4）配合表面的粗糙度应与其尺寸精度要求相当。配合性质相同时，零件尺寸越小，则粗糙度数值越小；同一精度等级，小尺寸比大尺寸的粗糙度数值要小，轴比孔的粗糙度数值小（特别是IT8～IT5的精度）。

5）受周期性载荷的表面及可能会发生应力集中的内圆角、凹槽处的粗糙度数值应较小。