浅议零件表面结构的表示法及国家标准系列值

徐健 贺婷婷 徐慧 杨林 姜杉

摘 要：零件的表面结构是零件表面的微观几何特性，它是由获得表面的工艺方法形成的，对零件的表面功能特性、使用寿命以及外观质量都有直接影响。因此，对零件表面结构的要求必须在图样或其他技术产品文件中标注清楚有重要的意义。本文对在工程图学教学中贯彻“零件表面结构的表示法”最新国家标准，了解优先数系与标准值的设置关系，以及零件表面粗糙度参数值的选择进行了探讨。

关键词：零件表面结构 国家标准 优先数系 标准值

中图分类号：TH126 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）09（c）-0252-02

零件的表面结构，主要指零件表面的微观几何特性，对零件工作性能中零件的耐磨性、配合性质的稳定性、疲劳强度、抗腐蚀性及接触刚度、密封性等有直接影响，关系到产品的外观质量、可靠性和使用寿命。有关“表面结构的表示法” 的国家标准在工程图学课程中的教学有重要的意义。

1 零件表面结构的表示法

1.1 “表面结构的表示法”国家标准

2006年7月中国国家标准化管理委员会发布了“产品几何级数规范（GPS）技術产品文件中表面结构的表示法 （GB/T 131—2006）[1]”，该标准代替GB/T 131—1993《机械制图表面粗糙度符号、代号及其注法》，与旧的国家标准相比，技术内容上有很大变化，如，标准中的某些标注示例已全部重新解释，因而在教学中需执行最新国家标准。

1.2 零件表面结构的诠释

零件的表面结构是由获得零件表面加工工艺及其他因素形成的，如，加工时刀具与零件表面间会产生摩擦，金属切屑分离时表面层金属有塑性变形，加工系统中所产生的高频振动等。被加工表面留下痕迹的深浅、疏密、形状和纹理与其加工方法和工件材料有密不可分的关联。零件的表面在微观上都是凹凸不平的，当用平面与零件的实际表面相交时，便得到微观起伏不平的峰谷，这便是零件的表面轮廓[2]。用零件的表面轮廓参数可评定零件的表面质量。国家标准规定了3种类型的表面轮廓，即R轮廓（粗糙度轮廓）、W轮廓（波纹度轮廓）及P轮廓（原始轮廓）。常用的是R轮廓，其主要幅度参数有两个：一是轮廓最大高度Rz ；另一是评定轮廓的算术平均偏差Ra。

2 国家标准系列值的设置与选择

2.1 标准化系列值设置

标准化系列值设置来源于强大的优先数系！由此可推理国家标准粗糙度数值设置为0.8、1.6、3.2、6.3、12.5等，机械设计手册上诸多产品样本上的参数表均由此而来。究其原因，优先数系是公比为10的5、10、20、40、80次方根，且项值中含有10的整数幂的几何级数的常用圆整值[3]，是国际上统一的数值分级制度，工程技术上种类繁多的参数指标，尤其是需要分档分级的参数，利用优先数系设置参数可以防止数值紊乱。因而优先数系不仅适用于标准的参数制订，而且标准制订之前的规划、设计阶段同样也适用，从一开始就被合理地引导到标准化上。

优先数系由来于法国工程师雷诺见热气球上的钢丝绳规格繁多，于是他将10开5次方，得到一个数1.6，然后辗转相乘，得出5个优先数：1.0、1.6、2.5、4.0、6.3，这是一个等比数列，公比为1.6。那么10以下的钢丝绳有5种，10～100的钢丝绳也只有10、16、 25、40、63这5种，但这分法较稀疏，于是，将10开10次方，得出公比为1.25的R10优先数系：1.0、1.25、1.6、2.0、2.5、3.15、4.0、5.0、6.3、8.0，于是10以内的钢丝绳比较合理被划分为10种，而10～100的也被划分为10种。这就是把产品的所有参数按优先数系形成序列化的标准化，再把所有的零部件的功能参数及尺寸，用优先数系来序列化。

虽然自然数是无穷的，但设计师认为世界上只有10个 R10优先数，而且这10个数乘方、开方、相乘、相除，其结果仍然在这10个数里，当你确定参数序列，不知道如何确定尺寸时，在这10个数里选则其一即可。

1.0 N0、1.12 N2、1.25 N4、1.4 N6、1.6 N8、1.8 N10、2.0 N12、2.24 N14、2.5 N16、2.8 N18、3.15 N20、3.55 N22、4.0 N24、4.5 N26、5.0 N28、5.6 N30、6.3 N32、7.1 N34、8.0 N36、9.0 N38。

比如：4和2两个优先数，其序号分别为N24和N12，二者相乘，其序号相加，结果为N36，即8；二者相除，序号相减，结果为N12，即2；2的立方，将其序号N12乘以3得到N36，即8；4的开方，将其序号N24除以2得到N12，即2；如果求2的四次方，N12×4得到N48，此处没有。究其缘由，上面的列表没有写10这个数，它的序号为N40，凡是序号大于40的，只看大于40的部分，比如：N48只看N8，即1.6，然后乘以10得到16。如果序号为N88，看N8得到1.6，然后乘以100得到160，因为100的序号是N80，1000的序号是N120，依此类推。在机械设计领域，一般常用这20个数即能满足要求。但有时需用到R40和R80系等。通过上述剖析，标准件和工业品样本上的功能参数、尺寸参数、标准公差表等的由来，在我们的头脑中渐渐清晰明了。

2.2 表面粗糙度参数值的选择

零件表面结构要求一般多用类比法来确定粗糙度的参数值，一般先依据资料手册初步选定表面的参数值，然后再参考工作条件进行适度调整。调整时主要注意以下几点。

（1）对于同一个零件，非工作表面粗糙度值高于工作表面的粗糙度值。

（2）非摩擦表面的粗糙度值则要高于摩擦表面。有进行相对运动的工件表面，运动速度与粗糙度值成反比，即运动速度越低，其粗糙度值则越高。

（3）单位面积压力大或受交变应力作用的重要零件的圆角、沟槽表面粗糙度值应选比较小的值。

（4）配合性质要求越稳定，则对应的表面粗糙度值应越小。配合性质相同时尺寸愈小的结合面，表面粗糙度值也应越小。同一精度等级，小尺寸比大尺寸、轴比孔的表面粗糙度值都要小。

（5）有防腐蚀、密封性要求和外表美观的表面，其表面粗糙度参数值一般较小。

（6）表面粗糙度参数值应与尺寸公差、形位公差相匹配，即零件的尺寸公差、形位公差要求较高时，表面粗糙度值应较小。

（7）遇到诸如齿轮齿面等有专门标准对其表面粗糙度做出要求的，应按特定标准来确定其表面的表面粗糙度参数值。

3 后记

如上所述，“零件表面结构的表示法”教学，需注重最新国家标准的贯彻与理解，零件表面结构要求一般多用类比法来确定粗糙度的参数值。在产品设计阶段，通过了解标准化系列值设置与优先数系的关系，就可以同时设计出一系列产品，而不需在设计之后再进行所谓的“标准化”，无尽的应用等着去开发。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家标准《机械制图》[S].北京：中国标准出版社，2006.

[2] 徐健，齐玉来，韩群生.机械制图[M].天津：天津大学出版社，2007：144-145.

[3] http：//wenku.baidu.com/view/d2242d36ee06eff9aef

807e6.html，2015.12.