2.3. Шероховатость поверхности

Шероховатостью поверхности согласно ГОСТ 25142-82 называют совокупность неровностей поверхности с относительно малыми шагами, выделенную с помо­щью базовой длины. Базовая длина I — длина базовой линии, используемой для выделения неровностей, характеризующих шероховатость поверхности. Базовая линия (поверхность) — линия (поверхность) заданной геометрической формы, определенным образом проведенная относительно профиля (поверхности) и слу­жащая для оценки геометрических параметров поверхности.

Шероховатость поверхности оказывает существенное влияние на эксплуатаци­онные свойства поверхностного слоя, следовательно, детали в целом. К показате­лям, характеризующим эксплуатационные свойства поверхностного слоя, отно­сятся: действительное напряжение на поверхности двух взаимодействующих тел и, как следствие, контактная жесткость; прочность деталей из-за концентрации напряжений в отдельных рисках на поверхности; характер процесса трения меж­ду сопрягаемыми поверхностями в паре трения; изменение посадки в процессе сборки (с натягом) или при эксплуатации (с зазором); антикоррозионная стойкость повехностей; плотность и герметичность соединений; адгезионная способ­ность к гальваническим и лакокрасочным покрытиям; декоративные свойства; удобство содержания поверхностей в чистоте и т. п.

Числовые значения шероховатости поверхности определяют от единой базы, за которую принята средняя линия профиля т, то есть базовая линия, имеющая форму номинального профиля и проведенная так, что в пределах базовой длины среднее квадратичное отклонение профиля до этой линии минимально. Систему отсчета шероховатости от средней линии профиля называют системой средней линии.

Если для определения шероховатости выбран участок поверхности длиной l, дру­гие неровности (например, волнистость), имеющие шаг больше l, не учитывают.

Длина оценки L — длина, на которой оценивают шероховатость. Она может со­держать одну или несколько базовых длин /. Числовые значения базовой длины выбирают из ряда: 0,01; 0,03; 0,08; 0,25; 0,80; 2,5; 8; 25 мм.

Параметры шероховатости. Согласно ГОСТ 2789-73* шероховатость поверх­ности изделий независимо от материала и способа изготовления можно оцени­вать следующими параметрами (рис. 15):

Рис. 15. Профилограмма поверхности

Рис. 16. Схемы к определению параметров шерохо­ватости: а, б — профиль; в — базовая длина; сред­няя (г) и центральная (д) линии профиля; е — мест­ные выступы и впадины профиля; ж — выступы и впадины профиля, шаги

Обозначение шероховатости поверхности. Обозначение ше­роховатости поверхности и правила их нанесения на чертежах устанавливает ГОСТ 2.309-73 (с учетом изменений за 2002 г.).

Знаки для обозначения шероховатости поверхности. Шерохо­ватость поверхности, вид обработки которой конструктором не устанавливается, обозначают знаком без полки. Ше­роховатость поверхности, образованной только удалением слоя ма­териала, обозначают знаком с нижней полкой. Шеро­ховатость поверхности, образованной без удаления слоя материала,

Рис. 36. Зависимость шероховатости поверх­ности от величины допуска.

обозначают знаком с окружностью с указанием зна­чения параметра шероховатости. Этим же знаком без указания значения параметра шероховатости обозначают поверхности дета­ли, изготовляемой из материала определенных профиля и размера, не подлежащие дополнительной обработке по данному чертежу. В этом случае в графе основной надписи чертежа должна быть ссыл­ка на стандарт, технические условия или другой документ, уста­навливающий требования к состоянию поверхности (например, может быть указан сортамент материала). Знак обозначения ше­роховатости может быть дополнен верхней полкой.

Если требования к шероховатости не устанавливают и шерохо­ватость поверхности не контролируют, ее обозначение на чертеже не указывают. Высота знаков h должна быть равна высоте цифр размерных чисел чертежа. Высота Н равна (1,5-3) h. Толщина линий знаков s/2.

Структура обозначения. Обозначение шероховатости поверх­ности выполняют в соответствии с определенной схемой — струк­турой. В поле под полкой знака указывают высотный параметр, с указанием символа (например, R_a 0,63 — ранее символ R_a не указывали), а для остальных параметров снача­ла указывают символ, а после него числовое значение, например:

1. Среднее арифметическое отклонение профиля Ra — среднее арифметическое из абсолютных значений отклонений профиля в пределах базовой длины:

где l — базовая длина;

п — число выбранных точек профиля на базовой длине; у — расстояние между любой точкой профиля и средней линией (отклоне­ние профиля).

2. Высота неровностей профиля по десяти точкам Rz — сумма средних абсо­лютных значений высот пяти наибольших выступов профиля и глубин пяти наибольших впадин профиля в пределах базовой длины:

где H_imax,H_jmin определяются относительно средней линии; h_jmax, h_imin - относительно произвольной прямой, параллельной средней ли­нии и не пересекающей профиль.

3. Наибольшая высота неровностей профиля R_max — расстояние между линией выступов профиля и линией впадин профиля в пределах базовой длины.

4. Средний шаг неровностей профиля S_m — среднее арифметическое значение шага неровностей профиля в пределах базовой длины:

где S_mi — шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, за­ключенного между точками пересечения смежных выступов и впадин профи­ля со средней линией.

5. Средний шаг неровностей профиля по вершинам S — среднее арифметическое значение шага неровностей профиля по вершинам в пределах базовой длины:

где S_i — шаг неровностей профиля, равный длине отрезка средней линии, за­ключенного между проекциями на нее наивысших точек двух соседних мест­ных выступов профиля.

6. Относительная опорная длина профиля t_p — отношение опорной длины про­филя к базовой длине:

 _р — опорная длина профиля — сумма длин отрезков b_i отсекаемых на за­данном уровне р в материале профиля линией, эквидистантной средней ли­нии т в пределах базовой длины (рис. 15):

Рис. 17. Кривая относительной опорной длины профиля

Опорную длину профиля определяют на уровне сечения профиля р, то есть на заданном расстоянии между линией выступов профиля и линией, пересекающей профиль эквидистантно линии выступов профиля, и строят кривую изменения опорной длины профиля (рис. 17.). Значение уровня сечения профиля р отсчитывают по линии выступов и выбирают из ряда: 5; 10; 15; 20; 25; 30; 40; 50; 60; 70;80; 90% от R_max.Числовые значения параметров шероховатости Ra, Rz, R_max, S_m, S и t_p приведены в ГОСТ 2789-73*.

Обозначение шероховатости на чертежах. ГОСТ 2.309-73* устанавливает обо­значения шероховатости поверхностей и правила нанесения их на чертежах из­делий.

На рис. 18. приведена структура обозначения шероховатости. При обозначении шероховатости только по параметру применяют знак без полки.

Рис. 18. Структура обозначения шероховатости поверхности

Примеры обозначения шероховатости на чертежах приведены на рис. 19. В обозначении числового значения параметра Ra символ не указывается.

Рис. 19. Примеры обозначения шероховатости на чертежах.

Рис. 20. Расположение знаков шероховатости на чертежах

0,03 мм на ЭЭ станке модели EXC100L полученная за два прохо­да шероховатость поверхности R₂ = 0,40 мкм (R_a = 0,08 мкм) при точности по шагу ± 0,8 мкм.

Обозначение шероховатости на чертежах. На чертежах шеро­ховатость обозначают на изображении деталей — линиях контура и выносных линиях (ближе к размерной линии) или на полках линий выноса, а при недостатке места — на размерных линиях или их продолжениях (рис. 20, а). На линиях невидимого кон­тура обозначение шероховатости допускается наносить только в тех случаях, когда от этих линий вынесен размер. Если знак шеро­ховатости не имеет полки, то его располагают определенным обра­зом относительно основной надписи чертежа (рис. 20, б). В от­дельных случаях шероховатость можно обозначать в правом верх­нем углу чертежа (рис. 20, д). Знак шероховатости, имеющий полку, располагают так (рис. 20, в, г), чтобы под полкой можно было написать параметры. В табл. 4. – 6. приводятся некоторые

Таблица 4. Знаки для обозначения шероховатости.

Наименование обозначения	Знак	Примечание
Указание контроли­руемого параметра шероховатости у зна­ка		Символ параметра шероховатости Лд указывают перед его чис­ловым значением. Символы параметров Д2,Дтах, Sm, S и ( ука­зывают перед числовыми значениями этих параметров; число­вые значения параметров Ra, Rz и Лшах задают в микрометрах, Sm и S — в миллиметрах,; в процентах, значения уровня сечения р для параметра t — в процентах от их наименьшие значения не ограничиваются. Указывают наи­меньшее предельное значение параметра t.
Нормирование чис­ловых значений па­раметров шерохова­тости		При указании диапазона значений параметра шероховатости (наибольшего и наименьшего) в обозначении приводят пределы значений параметра, размещая их в две строки; значение, ука­зываемое сверху, соответствует наиболее грубой допускаемой шероховатости. Способ обозначения применяют, когда по услови­ям эксплуатации излишне гладкая поверхность недопустима
		При указании номинального значения параметра шероховатости устанавливают допустимые отклонения в процентах от заданного номинального значения. Значение отклонения выбирают из ря­да: 10,20,40. Отклонения могут быть односторонними (в «плюс» или в «минус») или симметричными (t). Способ обозначения при­меняют в основном для образцов сравнения шероховатости или образцовых деталей, а также для ответственных деталей с особы­ми требованиями по условиям эксплуатации
Одновременное нор­мирование двух и бо­лее параметров шеро­ховатости для одной и той же поверхно­сти		При указании двух или более параметров шероховатости их чи­словые значения записывают сверху вниз в последовательности: параметр высоты неровностей профиля Ra; параметр шага неровностей S (Sm); относительная опорная длина профиля V
Нормирование допол­нительных данных		Числовое значение базовой длины 1 в миллиметрах указывают в тех случаях, если устанавливаемые значения параметров Ra (R2, R ) должны быть определены на базовой длине, отличаю­щейся от рекомендованной стандартом. В приве­денном примере параметр равный 5 мкм, должен быть опре­делен на базовой длине 0,8 мм, равный 1,0 мкм, — на длине 0,25 мм. Направление неровностей с помощью знаков и букв указывают в тех случаях, когда оно влияет на функ­циональные свойства поверхности Вид обработки поверхности указывают только в случаях, когда он является единственным пригодным для получения требуе­мого качества поверхности. При этом в зависимости от вида об­работки применяют либо знак обязательного удаления поверх­ностного слоя, либо знак его обязательного сохранения
Примеры обозначе­ния шероховатости поверхности		Указаны наибольшее (0,63 мкм) и наименьшее (0,40 мкм) допус­тимые значения параметра Ra, определяемые на базовой длине 1, равной 0,8 мм; относительная опорная длина профиля t при уровне сечения профиля 40 % не должна быть меньше 60 % и должна определяться на базовой длине, равной 2,5 мм; метод об­разования поверхности не указан. Указаны наибольшее допустимое значение параметра -R2, опреде­ляемое на базовой длине 0,8 мм; направление неровностей долж­но быть перпендикулярно к линии, изображающей на чертеже поверхность, которая образуется удалением слоя материала. Указаны наибольшее значение параметра Ra , равное 0,1 мкм, на базовой длине 0,8 мм, наибольшее (0,063 мм) и наименьшее (0,040 мм) допустимые значения среднего шага неровностей Sm на базовой длине 0,25 мм, номинальное значение параметра(р на базовой длине 2,50 мм составляет 80 % при допустимых откло­нениях ±10 % при уровне сечения профиля р, равном 50 %; метод образования поверхности не указан

Таблица 5. Обозначение шероховатости на чертежах

Обозначение	Примечание
	a — шероховатость всех поверхностей детали одинакова; обозначение шеро­ховатости помещают в правом верхнем углу чертежа; б — шероховатость нескольких поверхностей одинакова; обозначение шеро­ховатости этих поверхностей помещают в правом верхнем углу чертежа и дополняют знаком шероховатости vb скобках, шероховатость других поверх­ностей обозначают на чертеже детали
	Часть поверхностей не подлежит обработке по данному чертежу; шерохо­ватость этих поверхностей на чертеже не указывают, а знак без указания числового значения шероховатости выносят в правый верхний угол чертежа перед знаком шероховатости \/ в скобках
	а — шероховатость поверхности на чертеже допускается обозначать упрощен­но с применением знака V и строчных букв русского алфавита; 6 — упрощенное обозначение должно разъясняться в технических требовани­ях чертежа; в, г — отдельные участки одной и той же поверхности должны иметь раз­личную шероховатость; участки разграничивают сплошной тонкой линией с указанием размера участка той или иной шероховатости
	Шероховатость рабочих поверхностей зубьев зубчатых колес, если на черте­же не приведен их профиль, наносят на линии делительной окружности, а для глобоидных червяков и сопряженных с ними колес — на линии расчет­ной окружности
	а — шероховатость боковой поверхности резьбы, если есть изображение про­филя, наносят по общим правилам; б-е — если профиль резьбы на чертеже не указан, шероховатость боковой поверхности резьбы обозначают на выносной линии для указания размера резьбы или на ее продолжении
	и — шероховатость поверхностей, образующих контур, одинакова; обозна­чение шероховатости наносят один раз; 6 — шероховатость всех частей поверхности сложной конфигурации одина­кова; обозначение шероховатости допускается указывать в технических тре­бованиях чертежа со ссылкой на буквенное обозначение поверхности, отме­ченной на чертеже равноотстоящей на 0,8-1,0 мм от поверхности штрих-пунктирной линией; в — в обозначении одинаковой шероховатости поверхностей, плавно перехо­дящих одна в другую, знак Ø не указывают

Если параметры Ra, Rz, R_max определены на базовой длине в соответствии с ГОСТ 2789-73*, то эти базовые длины не указываются в требованиях к шероховатости (рис. 19, б).

При необходимости дополнительно к параметрам шероховатости поверхности уста­навливаются требования по направлению неровностей поверхности (табл. 7.), а также по способу или последовательности способов получения (обработки) по­верхности. При этом способ обработки указывают только в случаях, когда он явля­ется единственно приемлемым для получения требуемого качества поверхности.

При указании двух и более параметров шероховатости поверхности значения па­раметров записывают сверху вниз в следующем порядке: высота неровностей профиля, шаг неровностей профиля, относительная опорная длина профиля (рис. 19, а).

Допускается применять упрощенное обозначение шероховатости поверхностей с разъяснением его в технических требованиях чертежа (рис. 19, в).

Таблица 7. Направления неровностей поверхности по ГОСТ 2789-73*

Допускаемые значения Ra и Rz в зависимости от допуска размера и формы уста­новлены по четырем уровням относительной геометрической точности, опреде­ляемых соотношением допусков геометрии и размера соответственно: А = 60%, В = 40%, С = 25% и D < 25% (табл. 8.).

Таблица 8. Параметры шероховатости в зависимости от допусков размера IT и формы Т

При допуске формы Тф в процентах от допуска размера IT	Параметр Ra	Параметр Rz
h = 60%	Ra <0,051T	Rz = 0,2 IT
s = 40%	Ra < 0,025 IT	Rz = 0,1IT
С = 25%	Ra<0,012IT	Rz = 0,05IT
D < 25%	Ra = 0,15Tф	Rz = 0,67Tф