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機(jī)械零件表面粗糙度的選擇

                                                                                      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。
機(jī)械零件表面粗糙度的選擇方法有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**的資料和文獻(xiàn)。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),雖然采取完全相同的經(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**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**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,將舊的表面粗糙度標(biāo)準(zhǔn)(GB1031—68)轉(zhuǎn)換為參照采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO頒布的1983年的新的標(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Ra=(1)/(l)∫l0|y|dx。并采用Ra優(yōu)先選用的系列數(shù)值,推導(dǎo)出表面粗糙度Ra與尺寸公差I(lǐng)T之間的有關(guān)關(guān)系式為
第1類(lèi):Ra≥1.6Ra≤0.008×IT
Ra≤0.8Ra≤0.010×IT
第2類(lèi):Ra≥1.6Ra≤0.021×IT
Ra≤0.8Ra≤0.018×IT
第3類(lèi):Ra≤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)
公差
等級(jí)
基本尺寸(mm)
~3>3~6>6~10>10~18>18~30>30~50>50~80>80~120>120~180>180~250>250~315>315~400>400~500
表面粗糙度數(shù)值Ra≤μm
IT60.10.20.4
IT70.10.20.40.8
IT80.20.40.8
IT90.20.40.81.6
IT100.40.81.63.2
IT110.81.63.26.3
IT120.81.63.26.3
表2 公差等級(jí)與表面粗糙度值(用于普通精密機(jī)械)
公差
等級(jí)
基本尺寸(mm)
~3>3~6>6~10>10~18>18~30>30~50>50~80>80~120>120~180>180~250>250~315>315~400>400~500
表面粗糙度數(shù)值Ra≤μm
IT60.20.40.8
IT70.20.40.81.6
IT80.40.81.63.2
IT90.81.63.26.3
IT101.63.26.312.5
IT111.63.26.312.5
IT120.46.312.5
表3 公差等級(jí)與表面粗糙度值(用于通用機(jī)械)
公差
等級(jí)
基本尺寸(mm)
~3>3~6>6~10>10~18>18~30>30~50>50~80>80~120>120~180>180~250>250~315>315~400>400~500
表面粗糙度數(shù)值Ra≤μm
IT70.81.63.2
IT80.81.63.26.3
IT91.63.26.312.5
IT103.26.312.5
IT116.312.525
IT126.312.525
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Ra采用第1系列值,而舊的國(guó)標(biāo)Ra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)诒碇斜碇挡捎蒙峡浚驗(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)。現(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),**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。
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