機(jī)械零件表面粗糙度的選擇

表面粗糙度是反映零件表面微觀幾何形狀誤差的一個(gè)重要技術(shù)指標(biāo)，是檢驗(yàn)零件表面質(zhì)量的主要依據(jù)；它選擇的合理與否，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、使用壽命和生產(chǎn)成本。

方法有3種，即計(jì)算法、試驗(yàn)法和類(lèi)比法。在機(jī)械零件設(shè)計(jì)工作中，應(yīng)用zui普通的是類(lèi)比法，此法簡(jiǎn)便、迅速、有效。應(yīng)用類(lèi)比法需要有充足的參考資料，現(xiàn)有的各種機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中都提供了較全面的資料和文獻(xiàn)。zui常用的是與公差等級(jí)相適應(yīng)的表面粗糙度。在通常情況下，機(jī)械零件尺寸公差要求越小，機(jī)械零件的表面粗糙度值也越小，但是它們之間又不存在固定的函數(shù)關(guān)系。例如一些機(jī)器、儀器上的手柄、手輪以及衛(wèi)生設(shè)備、食品機(jī)械上的某些機(jī)械零件的修飾表面，它們的表面要求加工得很光滑即表面粗糙度要求很高，但其尺寸公差要求卻很低。在一般情況下，有尺寸公差要求的零件，其公差等級(jí)與表面粗糙度數(shù)值之間還是有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系的。

在一些機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)和機(jī)械制造專(zhuān)著中，對(duì)機(jī)械零件的表面粗糙度和機(jī)械零件的尺寸公差關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)及計(jì)算公式都有很多介紹，并列表供讀者選用，但只要細(xì)心閱來(lái)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，雖然采取*相同的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，但所列表中的數(shù)值也不盡相同，有的還有很大的差異。這就給不熟悉這方面情況的人帶來(lái)了迷惑。同時(shí)也增加了他們?cè)跈C(jī)械零件工作中選擇表面粗糙度的困難。

在實(shí)際工作中，對(duì)于不同類(lèi)型的機(jī)器，其零件在相同尺寸公差的條件下，對(duì)表面粗糙度的要求是有差別的。這就是配合的穩(wěn)定性問(wèn)題。在機(jī)械零件的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，對(duì)于不同類(lèi)型的機(jī)器，其零件的配合穩(wěn)定性和互換性的要求是不同的。在現(xiàn)有的機(jī)械零件設(shè)計(jì)手冊(cè)中，反映的主要有以下3種類(lèi)型：

• 第1類(lèi)主要用于精密機(jī)械，對(duì)配合的穩(wěn)定性要求很高，要求零件在使用過(guò)程中或經(jīng)多次裝配后，其零件的磨損極限不超過(guò)零件尺寸公差值的10%，這主要應(yīng)用在精密儀器、儀表、精密量具的表面、極重要零件的摩擦面，如汽缸的內(nèi)表面、精密機(jī)床的主軸頸、坐標(biāo)鏜床的主軸頸等。
• 第2類(lèi)主要用于普通的精密機(jī)械，對(duì)配合的穩(wěn)定性要求較高，要求零件的磨損極限不超過(guò)零件尺寸公差值的25%，要求有很好密合的接觸面，其主要應(yīng)用在如機(jī)床、工具、與滾動(dòng)軸承配合的表面、錐銷(xiāo)孔，還有相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度較高的接觸面如滑動(dòng)軸承的配合表面、齒輪的輪齒工作面等。
• 第3類(lèi)主要用于通用機(jī)械，要求機(jī)械零件的磨損極限不超過(guò)尺寸公差值的50%，沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)的零件接觸面，如箱蓋、套筒，要求緊貼的表面、鍵和鍵槽的工作面；相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度不高的接觸面，如支架孔、襯套、帶輪軸孔的工作表面、減速器等等。

在此我們對(duì)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中的各類(lèi)表值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，將舊的表面粗糙度國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB1031—68)轉(zhuǎn)換為參照采用標(biāo)準(zhǔn)ISO頒布的1983年的新的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)(GB1031—83)，采用優(yōu)先選用的評(píng)定參數(shù)，即輪廓算術(shù)平均偏差值R_a＝(1)/(l)∫^l₀｜y｜dx。并采用R_a優(yōu)先選用的*系列數(shù)值，推導(dǎo)出表面粗糙度R_a與尺寸公差IT之間的有關(guān)關(guān)系式為

第1類(lèi)：R_a≥1.6R_a≤0.008×IT

R_a≤0.8R_a≤0.010×IT

第2類(lèi)：R_a≥1.6R_a≤0.021×IT

R_a≤0.8R_a≤0.018×IT

第3類(lèi)：R_a≤0.042×IT

將上述3種關(guān)系式列表，如表1、表2、表3所示。

表1 公差等級(jí)與表面粗糙度值(用于精密機(jī)械)

表2 公差等級(jí)與表面粗糙度值(用于普通精密機(jī)械)

表3 公差等級(jí)與表面粗糙度值(用于通用機(jī)械)

在機(jī)械零件設(shè)計(jì)工作中，按尺寸公差選擇表面粗糙度數(shù)值時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)不同類(lèi)型的機(jī)器，選擇相應(yīng)的表值。

需要說(shuō)明的是，表中R_a采用第1系列值，而舊的國(guó)標(biāo)R_a的極限值為第2系列值，換算時(shí)會(huì)遇到數(shù)值上靠和下靠的問(wèn)題。我們?cè)诒碇斜碇挡捎蒙峡?，因?yàn)檫@有利于提高產(chǎn)品質(zhì)量，個(gè)別值采用下靠。舊國(guó)標(biāo)的公差等級(jí)與表面粗糙度對(duì)應(yīng)的表的內(nèi)容和形式都比較復(fù)雜，對(duì)同一公差等級(jí)同一尺寸分段同一基本尺寸，孔與軸的表面粗糙度值不相同，不同配合種類(lèi)數(shù)值也不相同，這是由于舊的公差與配合標(biāo)準(zhǔn)(GB159—59)的公差數(shù)值與上述因素有關(guān)?，F(xiàn)行的新國(guó)標(biāo)公差與配合(GB1800—79)對(duì)同一公差等級(jí)同一尺寸分段內(nèi)各基本尺寸的標(biāo)準(zhǔn)公差值是相同的，這樣就使公差等級(jí)與表面粗糙度的對(duì)應(yīng)表大為簡(jiǎn)化，也更為科學(xué)合理。

在設(shè)計(jì)工作中，表面粗糙度的選擇歸根到底還是必須從實(shí)際出發(fā)，全面衡量零件的表面功能和工藝經(jīng)濟(jì)性，才能作出合理的選擇。表中給出的公差等級(jí)與表面粗糙度值可供設(shè)計(jì)時(shí)參考。