表面形貌软件测量标准应用系统研究.doc

华中科技大学硕士学位论文表面波纹度的形成原因主要有:加工过程中,机床-***—工件系统的强迫振动,***进给的不规则以及回转质量的不平衡等。表面波纹度具有较强的周期性。此外,还有表面缺陷,可能由加工过程形成,也可能在储运及使用中形成,如微观划痕、沟槽、凸台、凹坑等,它们一般不存在明显的周期性和规律性。表面形状误差、表面粗糙度与表面波纹度的划分,通常按相邻两波峰或波谷之间的距离,即按波距与波幅(峰谷高度)的比值来划分。一般而言,波距小于1mm,大体呈周期变化的属于表面粗糙度范围;波距在1-10mm之间并呈周期性变化的属于表面波纹度的范围;波距在10mm以上而无明显周期变化的属于表面形状的范围。显然,上述传统划分方法并不严谨。实际上表面形状误差、表面粗糙度、以及表面波纹度之间,并没有确定的界限,它们通常与生成表面的加工工艺和工件的使用功能有关。例如,汽车轮轴的粗糙度,对于手表芯轴而言可能变成了波纹度或形状误差[5]。为此,国际标准化组织ISO近年来加强了对表面滤波方法和技术的研究,对复合的表面特征,采用软件或硬件滤波方式来呈现某一特征而去除其他特征,从而获得与使用功能相关联的表面特征评定参数。表面形貌特征对零件性能的影响1)表面粗糙度对零件性能的影响(1)对摩擦磨损的影响零件工作表面之间的摩擦会增加能量的损耗,因为需要克服“犬牙交错”的表面峰谷之间的阻力,而此阻力来自凸峰的弹、塑性变形或切割作用等。表面越粗糙,摩擦系数就越大,因摩擦而消耗的能量也越大。此外,表面越粗糙,则两配合表面间的实际有效接触面积越小,单位面积压力越大,故更易磨损。因此,减少零件表面的粗糙度程度,可以减少摩擦系数,对工件机械可以提高传动效率,对动力机械可以减少摩擦损失,增加输出功。此外,还可以减少零件表面的磨损,延长机器的使用寿命。但是,表面过于光洁,会不利于润滑油的贮存,易使工作面间形成半干摩擦甚至干摩擦,反而使摩擦系数增大,从而加剧磨损。同时,由于配合表面过光,还可能增加零件接触表面之间的吸附力,也会使摩擦系数增大,加速磨损。(2)对机器和仪器工作精度的影响表面粗糙度不平,摩擦系数大,磨损也大,不仅会降低机器或仪器零件运动的灵敏性,而且影响机器或仪器工作精度的保持。由于粗糙表面的实际有效接触面积小,在相同负荷下,接触表面的单位面积压力增大,使表面层的变形增大,即表面层的接触刚度变差,影响机器的工作精度。因此,零件表面粗糙程度越小,机器或仪器的工作精度越高。2华中科技大学硕士学位论文(3)对配合性质的影响对间隙配合而言,表面粗糙度则易于磨损,使间隙很快增大,乃至破坏配合性质。特别是在尺寸小、公差小的情况下,表面粗糙度对配合性质的影响更大。对过盈配合而言,表面粗糙度减少实际有效过盈,降低连接强度。例如,根据实测和试验,直径为180mm的车辆轮轴的过盈配合,µm时虽比微观凸峰的最大高度为18µm时的配合增加了15%的过盈量,但连接强度反而降低了45%~50%。(4)对零件强度的影响零件表面越粗糙,则对应力集中越敏感,特别是在交变载荷的作用下,影响更大。例如,发动机的曲轴往往因此损坏,故对曲轴这类零件的沟槽或圆角处的表面粗糙度,更有特别严格的要求。(5)对抗腐蚀的影响表面粗糙度,则积聚在零件表面上的腐蚀性气体或液体也越多,而且会通过表面的微观凹谷向零件表面层渗透,使腐蚀加剧[6]。2)表面波纹度对零件性能的影响表面波纹度对零件性能的影响除部分与表面粗糙度相同外,还有其自身的特点,特别是对某些产品性能的影响尤为突出。对于滚动轴承来讲,工作时产生振动的主要因素是表面波纹度。因为形状误差主要反映零件表面的低频分量,而这些低频分量对轴承振动的影响要远远小于高频分量。滚珠的波纹度会使钢球的单体振动值上升,从而使合套后的轴承整体振动和噪声增大。试验表明,滚动轴承的振动和噪声与零件的表面波纹度成正比,波纹度的大小直接影响轴承的多项性能指标。把轴承滚道和滚动体的表面波纹度控制在一定范围内,对提高滚动轴承的精度和延长其使用寿命由重要作用。对于计算机磁盘而言,硬盘的表面波纹度已成为制约其读写速度的瓶颈。因为表面波纹度会引起工作过程中磁头相对硬盘表面之间气隙的变动,尽管磁头有跟随功能,但当硬盘转速很高时,此种气隙的变动可能使磁头响应不及时而造成头盘碰撞,导致信息丢失、设备损坏的严重后果。波纹度对机械接触式密封件的性能有重要影响。随着波纹度幅值的增加,流体膜承受的负荷将明显增加,泄露量也将迅速增加。从密封设计和使用要求看,对一个给定的工况,波纹度对光学界质表面的光散射具有不可忽视的影响。近年来的研究发现,当光学介质的表面粗糙度要求已提高到纳米水平时,反射率并无明显提高,其原因就是由于波纹度的影响。3华中科技大学硕士学位论文表面形貌的测量与评定常用的表面形貌的测量方