4-公差配合与表面粗糙度
表面粗糙度与公差等级的关系
加入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，是检验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。
机械号件表面粗糙度的选择方法有3种，即计算法、试验法和类比法。
在机械零件设计工作中，应用最普通的是类比法，此法简便、迅速、有效。
应用类比法需要有充足的参考资料，现有的各种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的表面粗糙度。
在通常情况下，机械零件尺寸公差要求越小，机械零件的表面粗糙度值也越小，但是它们之间又不存在固定的函数关系。
例如一些机器、仪器上的手柄、手轮以及卫生设备、食品机械上的某些机械零件的修饰表面，它们的表面要求加工得很光滑即表面粗糙度要求很高，但其尺寸公差要求却很低。
在一般情况下，有尺寸公差要求的零件，其公差等级与表面粗糙度数值之间还是有一定的对应关系的。
在一些机械零件设计手册和机械制造专著中，对机械零件的表面粗糙度和机械零件的尺寸公差关系的经验及计算公式都有很多介绍，并列表供读者选用，但只要细心阅来，就会发现，虽然采取完全相同的经验计算公式，但所列表中的数值也不尽相同，有的还有很大的差异。
这就给不熟悉这方面情况的人带来了迷惑。
同时也增加了他们在机械零件工作中选择表面粗糙度的困难。
在实际工作中，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，对于不同类型的机器，其零件的配合稳定性和互换性的要求是不同的。
在现有的机械冬件设计手册中，反映的主要有以下3种类型：第1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或经多次装配后，其零件的磨损极限不超过零件尺寸公差值的10%,这主要应用在精密仪器、仪表、精密量具的表面、极重要零件的摩擦面，如汽缸的内表面、精密机床的主轴颈、坐标键床的主轴颈等。
第2类主要用于普通的精密机械，对配合的稳定性要求较高，要求零件的磨损极限不超过零件尺寸公差值的25%,要求有很好密合的接触面，其主要应用在如机床、工具、与滚动轴承配合的表面、锥销孔，还有相对运动速度较高的接触面如滑动轴承的配合表面、齿轮的轮齿工作面等。
表面粗糙度与标准公差表
表面粗糙度与标准公差表无论用何种加工方法加工，在零件表面总会留下微细的凸凹不平的刀痕，出现交错起伏的峰谷现象，粗加工后的表面用肉眼就能看到，精加工后的表面用放大镜或显微镜仍能观察到。
这就是零件加工后的表面粗糙度。
过去称为表面光洁度。
国家规定表面粗糙度的参数由高度参数、间距参数和综合参数组成。
高度参数共有三个:轮廓的平均算术偏差(Ra)如图1所示，通过零件的表面轮廓作一中线m ，将一定长度的轮廓分成两部分，使中线两侧轮廓线与中线之间所包含的面积相等，即F1+F3+……+Fn-1=F2+F4+……+Fn图1 轮廓的平均算术偏差轮廓的平均算术偏差值Ra，就是在一定测量长度l 范围内，轮廓上各点至中线距离绝对值的平均算术偏差。
用算式表示为Ra＝dx或近似写成Ra≈∙不平度平均高度(Rz)就是在基本测量长度范围内，从平行于中线的任意线起，自被测轮廓上五个最高点至五个最低点的平均距离(图2)，即RZ=图2 不平度平均高度∙轮廓最大高度Ry，就是在取样长度内，轮廓峰顶线和轮廓谷底线之间的距离。
间距参数共有两个：轮廓单峰平均间距S，就是在取样长度内，轮廓单峰间距的平均值。
而轮廓单峰间距，就是两相邻轮廓单峰的最高点在中线上的投影长度Si。
轮廓微观不平度的平均间距Sm。
含有一个轮廓峰和相邻轮廓谷的一段中线长度Smi，称轮廓微观不平间距。
综合参数只有一个，就是轮廓支承长度率tp。
它是轮廓支承长度np与取样长度l之比。
在原有的国家标准中，表面光洁度分为14级，其代号为V1、V2……V14。
V后的数字越大，表面光洁度就越高，即表面粗糙度数值越小。
在车间生产中，常根据表面粗糙度样板和加工出来的零件表面进行比较，用肉眼或手指的感觉，来判断零件表面粗糙度的等级。
此外，还有很多测量光洁度的仪器。
根据国际标准，以下为基本尺寸0-500mm, 4-18级精度标准公差表。
表面粗糙度、公差与配合、几何公差
VS
表面合金化强化技术
通过化学或电化学方法使材料表面形成一 层具有特殊性能的合金化层，提高表面的 耐腐蚀性和耐磨性。
表面改性技术
表面形变强化技术
离子注入技术
通过喷丸、碾压等手段使材料表面产生形变， 形成一层具有高硬度和高弹性的表面层，提 高表面的耐磨性和抗疲劳性能。
通过离子注入的方法将一种或多种元素注入 到材料表面，改变表面的化学成分和结构， 提高表面的硬度、耐磨性、耐腐蚀性和抗氧 化性等性能。
05
表面检测技术
表面粗糙度检测
01
02
03
表面粗糙度
表面粗糙度是指加工表面 具有的较小间距和峰谷组 成的微观几何形状特性。
检测方法
表面粗糙度检测通常采用 触针法、干涉法、光干涉 法、光散射法等。
测量仪器
表面粗糙度测量仪器包括 表面粗糙度测量仪、轮廓 仪等。
表面缺陷检测
表面缺陷
表面缺陷是指工件表面存 在的裂纹、气孔、夹渣等 缺陷。
零件的外观质量
表面粗糙度还影响零件的外观质量。对于需要美 观和光滑表面的零件，如汽车零部件、家用电器 等，表面粗糙度的控制对于提高产品品质和市场 竞争力至关重要。
公差与配合在机械装配中的应用案例
总结词
装配效率
产品性能一致性
降低维护成本
公差与配合在机械装配 中起到关键作用，合理 的公差与配合选择能够 提高装配效率和产品质 量。
通过合理选择公差与配 合，可以减少装配过程 中的调整和修配工作， 提高装配效率。例如， 在自动化生产线中，采 用适当的公差与配合可 以简化装配流程，降低 生产成本。
公差与配合的选择直接 影响产品的性能一致性 。在制造过程中，通过 合理控制零部件的公差 与配合，可以确保产品 性能的一致性和稳定性 。
公差配合与技术测量 第4版 作者 徐茂功 v第五章 表面缺陷表面粗糙度及测量
2. 在常用的参数值范围内（Ra为0025～6.3μm，Rz为0.10 ～25μm），推荐优 先选用Ra。 3. 国标GB/T 3505—2009虽然定义了R、W、P三种高度轮廓，常用的是R轮廓。当 零件表面有功能要求时，除选用高度参数Ra、Rz之外，还可选用附加的评定参数。 如当要求表面具有良好的耐磨性时，可增加轮廓单元的平均宽度 轮廓长度 支承率指标
1．表面缺陷的特征 表面缺陷具有尺寸大小、深度、高度要求，有缺陷面积、总面积，有缺陷 数量、单位面积上缺陷数等要求，以上各参数是一个规定的表面上允许的最大极限值。 2．常见的缺陷类型 (1)凹缺陷类 (2)凸缺陷类 如铸件表面产生的毛孔、砂眼，模锻件的裂缝、缺损等。 如冲压件的氧化皮、飞边，模铸或模锻模具挤出的缝脊。
教学难点：
对工件表面质量（不论去掉材料与否）的要求，不仅学会用Ra、Rz数值评定表面粗糙度。 而且对工件表面缺陷，制定相应的检测、检验技术要求，同样予以关注。 对于表面缺陷的检验与评定，可用经验法目测，需进一步判断、分析其原因则用各仪器 测定，控制产品质量。 表面缺陷、表面粗糙度，是两类最常见的表面质量控制环节基本要求，这是确保零件发挥 使用功能的基本要求。
第一节
表面粗糙度
概
述
是指零件在加工过程中，因不同的加工方法、机床与工具的精度、振动及磨损 等因素在加工表面上所形成的具有较小间隔和较小峰谷的微观状况，它属微观几 何误差。 表面缺陷 是零件表面不仅在加工中，而且在运输、储存或使用过程中生成的无一定规则 的单元体。它与表面粗糙度、波纹度和有限表面上的形状误差一起，综合形成了 零件的表面特征。 一、表面缺陷
1) 零件表面粗糙不仅影响美观；2)对运动面的摩擦与 磨损；3)贴合面的密封性等都有影响；4)另外还会影 响定位及定位精度、配合性质；5)疲劳强度、接触刚度； 6)抗腐蚀性等。
《公差配合与技术测量》电子教案+项目三+任务一 表面粗糙度代号与标注
《公差配合与技术测量》教案教案编号：06本任务要求学生学习下面知识链接的内容，掌握表面粗糙度概念、表面结构的图形符号及标注方法后，能正确识读并标注各部分表面粗糙度。
一、表面结构要求的概念经过机械加工或用其他加工方法获得的零件表面，由于加工过程中的塑性变形、机床的高频振动以及刀具在加工表面留下的切削痕迹等原因，零件的表面不可能是绝对光洁的，如图所示。
表面粗糙度是表述零件表面峰谷的高低程度和间距状况等微观几何形状特性的术语。
它对于零件摩擦、磨损、配合性质、疲劳强度、接触刚度等都有显著影响，是评定零件表面质量的一项重要指标。
二、表面结构要求的评定参数（一）基本术语及定义1.实际轮廓实际轮廓是指平面与实际表面相交所得的轮廓线，如图所示。
按相截方向不同，实际轮廓分为横向实际轮廓和纵向实际轮廓。
2.取样长度（lr）取样长度（lr）是用于判别被评定轮廓的不规则特征的x轴方向上的长度，即具有表面粗糙度特征的一段基准线长度。
3.评定长度（ln）评定长度是用于判别被评定轮廓的 x 轴方向上的长度。
它可包括一个或几个取样长度，如图所示。
4.轮廓中线轮廓中线是具有几何轮廓形状并划分轮廓的基线。
它有轮廓的最小二乘中线和轮廓的算术平均中线两种。
4.轮廓峰顶线轮廓峰顶线是指在取样长度内，平行于基准线并通过轮廓最高点的线，如图所示。
5.轮廓谷底线轮廓谷底线是指在取样长度内，平行于基准线并通过轮廓最低点的线，如图所示。
（二）表面粗糙度的评定参数1.与高度特性有关的参数（幅度参数）（1）评定轮廓的算术平均偏差Ra，即在一个取样长度lr 内，轮廓上各点至基准线的距离的绝对值的算术平均值。
如图所示。
（2）轮廓的最大高度Rz，即在一个取样长度lr 内，最大轮廓峰高Zp 和最大轮廓谷深Zv 之和的高度。
如图所示。
2.表面粗糙度的参数值（1）在一般情况下，测量Ra 和Rz 时，推荐按书中表选用对应的取样长度及评定长度值，对于轮廓单元宽度较大的端铣、滚铣及其他大进给走刀量的加工表面，应在标准规定的取样长度系列中选取较大的取样长度值。
二、公差与配合及表面粗糙度
零件合格的条件 公差值=0.008-（-0.008）=0.016
（三）基本尺寸
设计者给定的尺寸。如上例中的50
（四）极限尺寸
允许尺寸变化的两个界限值。 大的一个称为最大极限尺寸，用Dmax（孔）、 dmax（轴）表示； 最大极限尺寸=基本尺寸+上偏差
小的一个称为最小极限尺寸，用Dmin （孔）、
dmin（轴）表示。 最小极限尺寸=基本尺寸+下偏差
• 怎样才能使零件具有互换性？ • 若制成的一批零件实际尺寸数值等于理论 值，即这些零件完全相同，这当然能够互 换，但在生产上不可能，且没有必要。因 而实际生产只要求制成零件的实际参数值 在一定范围内变动，保证零件充分近似即 可。 • 要使零件具有互换性，就应按“公差”制 造。
（二）公差：
在满足设计要求的条件下，规定零件实际尺寸允许的变动量。由 设计者给定；是用于协调机器零件的使用要求与制造经济性之间的矛 盾。用公式表示为：
偏差可 正可负
上偏差 = 45.004－45 = +0.004 公差恒为 下偏差 = 44.996－45 = -0.004 正 公 差= 0.004－(-0.004) = 0.008
（六）公差带图
由于公差及偏差的数字比基本尺寸的数字小 得多，不便用同一比例表示。因此如果只为了表 明基本尺寸与其极限偏差及公差之间的关系，可 以不必画出孔、轴的全形，而只将公差数字放大， 采用简单、明了的示意图表示。这种示意图就叫 公差带图。 公差带图由零线和公差带组成。 1、零线：确定偏差的一条基准线，即基本尺寸所 指的线，是偏差的起始线，零线上方为正，下方 为负。 + 0 -
孔径 过盈 轴径
轴公差带
最大过盈
最小过盈
最小过盈为零 轴公差带
公差与配合表面粗糙度
2.定位位置公差—位置度
要求被测实际要素与基准要素有一定的位置关系。
孔轴线的位置度公差带
3.跳动位置公差—圆跳动
单个被测实际要素在任一截面上相对于基准要素的 允许跳动量。
根据允许变动的方向的不同，圆跳动可分为： 径向圆跳动 端面圆跳动 斜向圆跳动
径向圆跳动
径向圆跳动用于控制圆柱表面任一横截面上的跳动量。
二、评定表面粗糙度的参数
★ 轮廓算术平均偏差——Ra ★ 微观不平度十点高度——Ry ★ 轮廓最大高度——Rz 优先选用轮廓算术平均偏差Ra
三、表面粗糙度的代号（符）号及其标注
1、表面粗糙度的符号
b
a1
a2
C(f）
ed
a1、a2——粗糙度高度参数代号及其数 值（ μm ）；
的轴心线垂直 度公差为
8P9 0.02 B
φ0.01
Φ24H7( +00.021)
槽宽为8P9的 键槽对称中心 面Φ24H7圆 柱孔的对称中 心面对称度公 差为0.02mm
Φ24H7圆孔 轴心线的直 线度公差为
φ0.01mm
0.05mm
例2、识读阶梯轴所注的形位公差的含义。
圆锥体任一截面的圆 度公差为0.04mm
A 与 该要素的尺 寸线对齐
3、形位公差代号的识读
（1） 识读形状公差代号标注的步骤如下： a．读被测要素。 b．读形状公差项目。 c．读形状公差数值。
(2) 识读位置公差代号标注的步骤如下： a．读被测要素。 b．读位置公差项目。 c．读位置公差数值。 d．读基准要素。
二. 有关“偏差、公差、”的术语和定义
1、尺寸偏差
尺寸偏差=某一尺寸-基本尺寸 偏差包括： 实际偏差=实际尺寸-基本尺寸
公差与粗糙度对应关系
公差与粗糙度对应关系一、引言在制造和加工过程中，公差和粗糙度是两个常用的术语。
公差是指零件尺寸允许的偏差范围，而粗糙度则描述了表面的光滑程度。
公差和粗糙度之间存在一定的对应关系，本文将探讨公差与粗糙度之间的关系。
二、公差的定义与应用公差是指在制造和加工过程中，零件尺寸允许的偏差范围。
公差的大小决定了零件的质量，合理的公差设计可以保证零件的互换性和可靠性。
公差通常分为尺寸公差和形位公差两种。
1. 尺寸公差尺寸公差是指零件的长度、直径、厚度等尺寸大小的偏差范围。
常见的尺寸公差包括基本尺寸、上偏差和下偏差。
上偏差表示零件的尺寸允许偏大的范围，下偏差表示零件的尺寸允许偏小的范围。
2. 形位公差形位公差是指零件间的相对位置关系的偏差范围。
常见的形位公差包括平面度、圆度、直线度等。
形位公差的设计可以保证零件的装配精度和工作性能。
三、粗糙度的定义与测量粗糙度是指表面的光滑程度，也称为表面质量。
粗糙度的大小对零件的摩擦、密封、润滑等性能有很大影响。
粗糙度通常使用Ra值来表示，单位为微米（μm）。
粗糙度的测量可以使用表面粗糙度仪来进行。
表面粗糙度仪通过感应表面的微小起伏，将其转化为电信号，并通过测量和分析来得出粗糙度数值。
四、公差与粗糙度的关系公差和粗糙度虽然描述了不同的特性，但它们之间存在一定的关系。
1. 公差对粗糙度的影响公差的大小会直接影响零件的尺寸和形状，从而影响零件表面的光滑程度。
公差较小的零件往往具有较高的表面质量，而公差较大的零件则可能具有较低的表面质量。
2. 粗糙度对公差的影响粗糙度的大小也会对零件的公差设计产生影响。
在设计公差时，需要考虑表面粗糙度的影响，避免表面质量过差导致公差范围无法满足要求。
3. 公差和粗糙度的协调在实际应用中，公差和粗糙度需要相互协调，以保证零件的质量和性能。
合理的公差设计可以控制零件的尺寸和形状，而适当的粗糙度要求可以保证零件的表面质量。
五、公差与粗糙度的优化在实际制造和加工过程中，需要根据具体情况对公差和粗糙度进行优化。
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工作部分最大尺寸 ＞150~500 0.35 0.2
按表 4.9 制造公差值
mm
＞500 0.50 0.30
1）本表所列公差，根据冲模类型只在凸模（冲孔时）或凹模（落料时）一个零件上标注，而 另一件则注明配作间隙。 2）公差的方向（ “+”或“－” ）和位置，根据冲压件的公差方向和大小而定。
4.5.3 固定板方孔、槽及底板窝座的公差表 4.11
R L
a
L L
R
L L
a
R
L L
R aR
L L
L
R
a
D
L
a
L R
R
R L
L
L
图 93
39
汽车冷冲模设计图面细则及结构设计要素
表 4.6
mm
公称尺寸 L、R、D
翘曲面轮廓最大尺寸 a
≤6
＞6 ~ 30
＞30
偏
差（±）
≤6 6 ~ 18
0.8 1.1
——
——
18 ~ 50
1.6
1.2
50 ~ 120
2.2
0.8
1.2
0.8
1.2
2.0
4.1.4 不属于与同一零件联接的孔组间距自由公差表 4.4（图 91）
图 91
表 4.4
mm
孔
120 360 500
组间距 ≤ 120 ～ 360 ～ 500 ～ 1250 ＞ 1250
偏 差（±） 0.6 0.8 1.1 1.5 2.0
38
汽车冷冲模设计图面细则及结构设计要素
图 89
公称 以上
3 6 18
表 4.2 尺寸
到 3 6 18
mm
偏 差（±）
0.3 0.5 0.8 1.2
4.1.3 以带料、扁条料等型材的冲孔与边缘距离的自由公差表 4.3（图 90）
图 90
表 4.3
mm
公称尺寸
≤50 ＞50
零件的最大长度
≤300
＞300 ~ 600
＞600
偏
差 （±）
0.5
+435 +208 +114
400 450 450 500
+530 +272 +166
+63 0
+490 +232 +126 +63 +580 +292 +172 +23
+45 +5
±20
0 -40
- 68 -108
-20 -47
-20 -60
+540 +252 +132
44
汽车冷冲模设计图面细则及结构设计要素
4．2 公差配合在图面中的注法 4.2.1 尺寸公差在零件图中的注法 1）标注公差带代号（图 94） 标注公差代号字体与尺寸数字等高。
ф65K6
ф65H7
2）标注极限偏差（图 95） 上偏差注在基本尺寸的右上方，下偏差与
基本尺寸注在同一线上；偏差字体比尺寸数字 的字体小一号；小数点必须对齐，小数点后的 位数也必须相同；当某一偏差为“零”时，用 数字“0”标出，并与上偏差或下偏差的小数 点前的个位数对齐（图 a）。
3）公差带代号与极限偏差一起标注（图 96） 偏差数值注在尺寸公差带代号之后，并加括
号。
ф65K6(++00..002012)
ф65H7(+00.03)
ф65n5(++00..003230)
ф65h7中的注法
1）标注极限偏差（图 97）
尺寸线上方为孔的极限偏差，尺寸线下方为轴
当上、下偏差值相同时，偏差值只需注一 次，并在偏差值与基本尺寸之间注出“±”符 号，偏差数值的字体高度与尺寸数字的字体相 同（图 b）。
ф65++00..002012
图 94 ф65+00.03
ф65++00..003230
ф65-00.03 a
ф65±0.37
b 图 95
40
汽车冷冲模设计图面细则及结构设计要素
+35 0
+124 +71 +51 +166 +101 +76
+35 +13
+25 +3
±11
0 -22
-36 -58
-12 -27
-12 -34
+144 +79 +54
120 140
+195 +117 +88 +170 + 92 +63
140 160
+40 +215 +125 +90 +40 +28 ±
1.5
1
120 ~ 260
3
2
1.2
260 ~ 500
4
2.5
1.5
500 ~ 800
5
3
2
800 ~ 1250
6
4
2.5
1250 ~ 2000
7
5
3
注： 1） 零件按正常工艺加工，若由于弹性翘曲所引起的偏差超过上表之值，但仍能保证装配零件方便
时，仍是允许的。
2）冷弯曲时受材料的弹性变形而产生回弹所影响的尺寸均属于翘曲尺寸。
h8
c9 d9 e9 f9
h9
H9
c10 d10
h10
H10
41
汽车冷冲模设计图面细则及结构设计要素
模具结构常用配合标准表 4.8
表 4.8
常用配合部位（孔/轴）
配合形式（孔/轴）
备注
固定板孔 / 标准凸模
H6/m5
一般凸模过渡配合 H6/m5 厚料凸模过渡配合 H7/m6 快换凸模过渡配合 H6/g5
0 -13 -5 -5
0 +28 +23 +19 + 6 + 1 4.5 -9 -22 -11 -14
10 14 14 18
+18 +44 +39 +34 +18 +12 ±
0 -16 -6 -6
0 +33 +28 +23 + 7 + 1 5.5 -11 -27 -14 -17
18 24 24 30
+54
+21 +41 +48 +41 +21 +15 ±
0 -20 -7 -7
0 +61 +35 +28 + 8 + 2 6.5 -13 -33 -16 -20
+48
30 40 40 50
+76
+25 0
+60 +86
+59 +43
+50 +34
+25 +9
+18 +2
±8
0 -16
-25 -41
-9 -20
+3.5
-3.5
±1.9
+4.0
-4.0
+4.5
-4.5
±2.5
+5.0
-5.0
包容尺寸——当测量时包容量具的表面尺寸称为包容尺寸。 被包容尺寸——当测量时被量具包容的表面尺寸称为被包容尺寸。 暴露尺寸——不属于包容尺寸和被包容尺寸的表面尺寸称为暴露尺寸
37
汽车冷冲模设计图面细则及结构设计要素
4.1.2 翻边高度的自由公差表 4.2（图 89）
表 4.7
基
轴的公差等级
准
孔
间隙配合
过渡配合
过盈配合
f5 g5 h5
k5 m5 n5 p5 r5 s5 t5
H6
f6 g6 h6 js6 k6 m6 n6 p6 r6 s6 t6 u6 v6 x6 y6 z6 H7
e7 f7 g7 h7 js7 k7 m7 n7 p7 r7 s7 t7 u7
H8
d8 e8 f8
0 -50 -15 -15
0 +258 +130 + 80 +17 + 4 14.5 -29 -79 -35 -44
225 250
+313 +169 +113 +284 +140 + 84
250 280 280 315
+347 +190 +126
+52 0
+315 +158 + 94 +52 +382 +202 +130 +20
4.1.5 属于与同一零件联接的孔中心距、孔与边缘距离以及也组之间的自由公差和位置 准确度表 4.5（图 92）
图 92
中心距与边缘距 ≤ 120 ＞ 120 ～360 ＞ 360 ～ 500 ＞ 500
表 4.5
mm
偏 差（或位置准确度）
±0.2 ±0.3 ±0.4 ±0.5
4.1.6 翘曲面的自由公差表 4.6（图 93）
800
1000
1000
1250
1250
1600
1600
2000
2000
2500
2500
3150
3150
4000
4000
5000
表 4.1
mm
包容尺寸 被包容尺寸 暴露尺寸
偏
差