表面粗糙度的基本概念汇总

表面粗糙度的基本概念表面粗糙度的基本概念表面粗糙度的定义（本站相关粗糙度仪的产品介绍：粗糙度仪）表面粗糙度（Surface roughness）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性它是一种微观几何形状误差，也称为微观不平度。

表面粗糙度应与形状误差（宏观几何形状误差）和表面波度区别开。

通常，波距小于 1mm 的属于表面粗糙度，波距在 1~10mm 的属于表面波度，波距大于 10mm 的属于形状误差。

表面粗糙度对机械零件使用性能的影响表面粗糙度的大小对零件的使用性能和使用寿命有很大影响。

1. 影响零件的耐磨性表面越粗糙，摩擦系数就越大，相对运动的表面磨损得越快。

然而，表面过于光滑，由于润滑油被挤出或分子间的吸附作用等原因，也会使摩擦阻力增大和加速磨损。

2. 影响配合性质的稳定性零件表面的粗糙度对各类配合均有较大的影响。

对于间隙配合，两个表面粗糙的零件在相对运动时会迅速磨损，造成间隙增大，影响配合性质；对于过盈配合，在装配时表面上微观凸峰极易被挤平，产生塑性变形，使装配后的实际有效过盈减小，降低联接强度；对于过渡配合，因多用压力及锤敲装配，表面粗糙度也会使配合变松。

3. 影响疲劳强度承受交变载荷作用的零件的失效多数是由于表面产生疲劳裂纹造成的。

疲劳裂纹主要是由于表面微观峰谷的波谷所造成的应力集中引起的。

零件表面越粗糙，波谷越深，应力集中就越严重。

因此，表面粗糙度影响零件的抗疲劳强度。

4. 影响抗腐蚀性粗糙表面的微观凹谷处易存积腐蚀性物质，久而久之，这些腐蚀性物质就会渗入到金属内层，造成表面锈蚀。

此外，表面粗糙度对接触刚度、密封性、产品外观、表面光学性能、导电导热性能以及表面结合的胶合强度等都有很大影响。

所以，在设计零件的几何参数精度时，必须对其提出合理的表面粗糙度要求，以保证机械零件的使用性能。

公差等级与粗糙度的关系表面粗糙度是反映零件表面微观几何形状误差的一个重要技术指标，是验证零件表面质量的主要依据；它选择的合理与否，直接关系到产品的质量，使用寿命和生产成本。

机械零件表面粗糙度的选择有3种方法，即计算法、试验法和类比法。

在机械零件设计中应用最普遍的是类比法，此方法简单有效。

运用类比法需要有充足的参考资料。

现有的各类机械设计手册中都提供了较全面的资料和文献。

最常用的是与公差等级相适应得表面粗糙度。

通常情况下公差越小，机械零件的表面粗糙度值也越小，但是他们之间不存在固定的函数关系。

一些装饰表面除外。

在实践工作中，对于不同类型的机器，其零件在相同尺寸公差的条件下，对表面粗糙度的要求是有差别的。

这就是配合的稳定性问题。

在机械零件的设计和制造过程中，对于不同类型机器，其零件配合稳定性和互换性的要求是不同的。

在现有的机械零件设计手册中，主要有以下三种类型。

第一类主要用于精密机械，对配合的稳定性要求很高，要求零件在使用过程中和多次装配后，其零件的磨损极限不超过公差值的10%；这主要应用在精密仪器、仪表、精密量具的表面、极其重要零件表面的摩擦面，如气缸的内表面精密机床的主轴颈、坐标镗床的主轴颈等。

第二类主要用于精密机械，对配合的稳定性要求较高，要求零件的磨损极限不超过公差值得25%，要求有很好密和的接触面，其主要应用在机床、工具、与滚动轴承配合的表面、销锥孔，还有相对运动速度较高的接触面如华东轴承的配合面、齿轮的轮齿工作面等。

第三类主要用于通用机械，要求机械零件的磨损极限不超过尺寸公差的50%，没有相对运动的零件接触面，如箱盖、套筒，要求紧贴的表面、键和键槽的工作面；相对运动速度不高的接触面，如支架孔、衬套、带轮轴孔的工作表面、减速器等。

公差等级与表面粗糙度关系对应表格：详见附件表格在机械零件设计中按尺寸公差选择表面粗糙度数值时。

应根据不同类型的机器，选择相应的表值。

仅供设计时参考！表面粗糙度参数值的选用设计时应按标准规定的参数值系列（表4-1~表4-4）选取各项参数的参数值。

选用原则是在满足功能要求的前提下，参数的允许值尽量大（Rmr(c)尽量小）。

以便于加工，降低成本，获得较好的经济效益。

选用方法目前多采用类比法。

根据类比法初步确定参数值，同时还要考虑下列情况：同一个零件上，工作表面比非工作表面的Ra或Rz值小。

摩擦表面比非摩擦表面、滚动摩擦表面比滑动摩擦表面的Ra或Rz值小。

运动速度高、单位面积压力大、受交变载荷作用的零件表面、以及最易产生应力集中的沟槽、圆角部位应选用较小的粗糙度数值。

要求配合稳定、可靠时，粗糙度参数值应小些。

如，小间隙配合表面、受重载作用的过盈配合表面，都应选用较小的粗糙度数值。

协调好表面粗糙度参数值与尺寸及形位公差的关系。

通常，尺寸、形位公差值小，表面粗糙度Ra或Rz值也要小；尺寸公差等级相同时，轴比孔的粗糙度数值要小。

防腐蚀性、密封性要求高，或外形要求美观的表面应选用较小的粗糙度数值。

凡有关标准已对表面粗糙度作出规定的标准件或常用典型零件（例如，与滚动轴承配合的轴颈和基座孔、与键配合的轴槽、轮毂槽的工作面等），应按相应的标准确定其表面粗糙度参数值。

表面粗糙度的评定对于具有表面粗糙度要求的零件表面，加工后需要测量和评定其表面粗糙度的合格性。

术语、定义1. lc滤波器（lc profile filter）lc滤波器是指确定粗糙度与波纹度成分之间相交界限的滤波器2. ls滤波器（ls profile filter）ls滤波器是指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。

3.原始轮廓（primary profile）原始轮廓是指在应用短波长滤波器ls之后的总的轮廓。

4.粗糙度轮廓（roughness profile）粗糙度轮廓是对原始轮廓采用lc滤波器抑制长波成分以后形成的轮廓。

这是故意修正的轮廓。

以下所涉及到的轮廓，若无特殊说明，均指粗糙度轮廓。

评定基准为了合理、准确地评定被测表面的粗糙度，需要确定间距和幅度两个方向的评定基准，即取样长度、评定长度和轮廓中线。

1. 取样长度（ lr ）取样长度是指用于判别被评定轮廓不规则特征的 X 轴向上的长度，即测量和评定表面粗糙度时所规定的X 轴方向上的一段长度，取样长度在数值上与lc 滤波器的标志波长相等。

X 轴方向与间距方向一致。

规定取样长度的目的是为了限制和减弱被测表面其它几何形状误差，特别是表面波纹度对测量、评定表面粗糙度的影响。

表面越粗糙，取样长度就越大。

2. 评定长度ln（evaluation length）用于判别被评定轮廓的 X 轴方向上的长度。

由于零件表面粗糙度不一定均匀，在一个取样长度上往往不能合理地反映整个表面粗糙度特征，因此，在测量和评定时，需规定一段最小长度作为评定长度。

评定长度包含一个或几个取样长度，如图 4-2 所示。

一般取 ln =5lr ，如被测表面均匀性较好，测量时可选ln <5lr ；均匀性差的表面，可选ln >5lr 。

3. 轮廓中线(mean lines)用轮廓滤波器lc 抑制了长波轮廓成分相对应的中线。

即具有几何轮廓形状并划分轮廓的基准线。

也就是用以评定表面粗糙度参数值的给定线。

轮廓中线有两种确定方法：轮廓最小二乘中线（least squares mean line of the profile）—— m：它是指在取样长度内，使轮廓线上各点的纵坐标值 Zi( )的平方和为最小的线，即，轮廓算术平均中线（centre arithmetical mean line of the profile）：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lr内由该线划分轮廓使上下两边的面积和相等。

评定参数(parameters)国标GB/T 3505—2000从表面微观几何形状的幅度、间距等方面的特征，规定了相应的评定参数，以满足机械产品对零件表面的各种功能要求。

下面介绍其中的几个主要参数：1. 评定轮廓的算术平均偏差Ra（arithmetical mean deviation of the assessed profile）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 ( )绝对值的算术平均值，记为Ra，见图4-5。

Z ( )的含义如图4-6所示。

Ra值的大小能客观地反映被测表面微观几何特性，Ra越小，说明被测表面微小峰谷的幅度越小，表面越光滑；反之，说明被测表面越粗糙。

Ra值是用触针式电感轮廓仪测得的，受触针半径和仪器测量原理的限制，适用于Ra 值在0.025~6.3μm的表面。

2. 轮廓的最大高度Rz （maximum height of profile）在一个取样长度内，最大轮廓峰高和最大轮廓谷深之和的高度。

注意：在GB/T 3505-1983中，Rz符号曾用于指示“不平度的十点高度”。

目前，在使用中的一些表面粗糙度测量仪器大多是测量以前的Rz参数。

因此，当采用现行的技术文件和图样时必须小心慎重，因为用不同类型的仪器按不同的规定计算所得结果之间的差别并不都是非常微小而可忽略。

3. 轮廓单元的平均宽度RSm （mean width of the profile elements）轮廓单元的平均宽度RSm是指在一个取样长度内粗糙度轮廓单元宽度Xs的平均值，如图4-8所示，用RSm表示。

对RSm需要辨别高度和间距。

若未另外规定，省略标注的高度分辨力为Rz的10%，省略标注的间距分辨力为取样长度的1%。

上述两个条件都应满足。

GB/T3505-2000规定：粗糙度轮廓单元的宽度Xs是指X轴线与粗糙度轮廓单元相交线段的长度（见图4-7和图4-8）；粗糙度轮廓单元是指粗糙度轮廓峰和粗糙度轮廓谷的组合（见图4-8）；粗糙度轮廓峰是指连接（粗糙度轮廓和X轴）两相邻交点向外（从周围介质到材料）的粗糙度轮廓部分（见图4-8）；粗糙度轮廓谷是指连接两相邻交点向内（从周围介质到材料）的粗糙度轮廓部分。

在取样长度始端或末端的评定轮廓的向外部分和向内部分看做是一个粗糙度轮廓峰或轮廓谷。

当在若干个连续的取样长度上确定若干个粗糙度轮廓单元时单在每一个取样长度的始端或末端评定的峰和谷仅在每个取样长度的始端计入一次。

4. 轮廓的支承长度率Rmr(c)轮廓的支承长度率Rmr(c)是指在给定水平位置c上轮廓的实体材料长度Ml(c)与评定长度的比率。

在水平位置c上轮廓的实体材料长度Ml(c) 是指在一个给定水平位置c上用一条平行于X轴的线与轮廓单元相截所获得的各段截线长度之和（见图4-10）。

即Ml(c)= Ml1 + Ml2+…+ Mln （4-6）轮廓的支承长度率Rmr(c)依据评定长度而不是在取样长度上来定义，因为这样可以提供更稳定的参数。

轮廓的水平位置c可用微米或轮廓最大高度Rz的百分数表示。

支承长度率Rmr(c)是水平位置c的函数，其关系曲线称为支承比率曲线，如图4-9所示。