機械幹了一輩子：表面粗糙度為什麼用0.8，1.6，3.2？

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？？？？？

你可知道粗糙度為什麼是0.8, 1.6, 3.2, 6.3, 12.5?

你可知道油缸缸徑為什麼是63, 80, 100, 125?

你可知道油缸壓力為什麼是6.3, 16, 25, 31.5?

你可知道螺紋規格為什麼是6, 8, 10, 12, 14, 16?

你可知道機械設計手冊上無數的表格，所有產品樣本上的參數表，都是怎麼來的?

一切都來源於偉大的優先數系！

法國工程師雷諾看到熱氣球上的鋼絲繩規格繁多，他就想了一個辦法，將10開5次方，得到一個數1.6，然後輾轉相乘，得出5個優先數如下:

1.0

1.6

2.5

4.0

6.3

這是一個等比數列，後數為前數的1.6倍，那麼10以下的鋼絲繩一下子只有5種，10到100的鋼絲繩也只有5種，即10, 16, 25, 40, 63。

但是這樣分法太稀疏，雷先生就再接再厲，將10開10次方，得出R10優先數系如下：

1.0

1.25

1.6

2.0

2.5

3.15

4.0

5.0

6.3

8.0

公比為1.25，於是10以內的鋼絲繩只有10種，10到100的也只有10種，這就比較合理了。這時肯定有人說，這個數列，前面的數字好像相差不大，如1.0和1.25，簡直沒差別嘛，平常我就四捨五入了，但6.3和8.0間隔就大了，這樣合理嗎？

合理不合理，我們打個比方。比如說自然數1、2、3、4、5、6、7、8、9，看起來很順溜，我們用這個數列來發工資，給張三發1000，給李四發2000，兩人皆心服。突然通貨膨脹，給張三發8000，給李四發9000。以前李四工資是張三的2倍，現在變成1.12倍。你說李四能願意嗎？他可是主管哪，給他發16000還差不多，張三是不會埋怨說主管比他多8000的。

這個自然界的事物，有兩種比較方法，就是「相對」與「絕對」！優先數系是相對的。

有人說他的產品規格有10噸，20噸，30噸，40噸的，現在看來就不合理了吧？如果你取兩倍的話，應該是10噸，20噸，40噸，80噸，或者保住頭尾，也應該是10噸，16噸，25噸，40噸，公比為1.6才合理。

這就是「標準化」，論壇上常常看到有人說「標準化」，實際他們說的是「標準件」，所做的工作只是將整機的標準件整理一下，就叫標準化了，實際不是這樣的。真正的標準化，你要把你的產品的所有參數按優先數系形成序列化，再把所有的零部件的功能參數及尺寸，用優先數系來序列化才對。

自然數是無窮的，但在機械設計師眼裡，世界上只有10個數，它就是R10優先數。並且，這10個數相乘，相除，乘方，開方，結果還在這10個數里，何其奇妙！當你設計的時候，不知道尺寸該選擇多大為好時，就在這10個數里選，你說何其方便！

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

兩個優先數，比如4和2，其序號分別為N24和N12，它們相乘，將其序號相加，其結果等於N36即8便是；相除，序號相減，等於N12即2便是；2的立方，將其序號N12乘以3得N36即8便是；4的開方，將其序號N24除以2得N12即2便是如果求2的四次方呢？N12*4=N48，這裡沒有，怎麼辦？上面的列表，沒有寫上一個數，就是10，它的序號是N40，凡是序號大於40的，只看大於40的部分，比如N48就看N8，即1.6，然後乘以10得16就對了。請關注我們的微信號： auto1950 。如果序號是N88呢，看N8得1.6，然後乘以100得160便是，因為100的序號是N80,1000的序號是N120，依此類推做機械設計，一輩子用這20個數就足矣。但有時需用到R40數系，有40個數，就更完善了，若不夠，還有R80系。我已將R40數系倒背如流，應付一般計算根本不用計算器。簡單來說算40徑的45鋼的抗扭能力，其扭轉係數是0.5*π*R^3，扭應力選屈服點360的一半即180MPa，圓周率選3.15，左右手捏小數點，心算加減序號，一會就出來。有人說你不加安全係數嗎？說吧，是取1.25，還是1.5，還是2啊？呵呵。

黃金分割0.618，也即1.618，這裡也有1.6。

平方根數列，就是根號1，根號2，根號3，很容易求出吧？（3的序號是N19）

π的平方等於多少？等於10。你算壓桿穩定的時候就方便了吧？

圓桿扭轉係數約為0.1*D^3，現在你可以口算扭轉係數了吧？

為什麼大螺絲從M36直接跳到M40？

為什麼齒輪的傳動比有個6.3或者7.1？

為什麼槽鋼有個市場上很少見的12.6號？

為什麼外協廠打電話來說140的方管沒有，而有120和160的？因為R5數系比R20數系優先。

為什麼標準件的參數有個第一序列，第二序列？一般來說第一序列就是R5序列。

為什麼Inventor的螺孔列表有個M11.2？現在你知道它不是胡謅出來的數吧？

還有鋼板厚度，型鋼型號，齒輪模數，一切標準件，一切工業品樣本上的功能參數，尺寸參數，標準公差表，等等等等，它們的來源，此刻在我們的心中慢慢清晰起來。可以說，我們已經理解了半部機械設計手冊，以及那些還沒做出來的工業品。

那麼，我們在設計產品的時候，就可以同時設計出一系列了，而不是設計完之後再進行所謂的「標準化」；更進一步，如果產品註定要序列化，那麼我們甚至可以在對實際工況不甚了解的情況下設計產品，因為優先數系已將所有型號包括其中了。

優先數系的應用，上面列出的，可謂滄海一粟，無盡的應用等著我們自己去開發。

粗糙度的概念

零件經過加工後，由於刀具、積屑瘤和鱗刺等給工件表面造成或大或小的波峰與波谷。這些峰谷的高低程度很小，通常只有放大才能看見。這種微觀幾何形狀特徵，稱為表面粗糙度。

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粗糙度的評定參數

以RaRzRy三種代號加數字來表示，機械圖紙中都會有相應的表面質量要求，一般是工件表面粗糙度Ra

輪廓算術平均偏差Ra:在取樣長度L內輪廓偏距絕對值的算術平均值

微觀不平度十點高度Rz：在取樣長度l內5個最大的輪廓峰高的平均值與 5個最大的輪廓谷深的平均值之和

輪廓最大高度Ry:在取樣長度L內輪廓峰頂線與輪廓谷底線之間的距離

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粗糙度的測量和標註

用電子儀器或光學儀器測量出Ra、Rz和Ry的數值即可定量評定表面粗糙度。在實際生產中，經常憑人的視覺和觸感並用樣塊與被加工表面相比較來鑒定其粗糙度。

標註方法：在零件圖上用符號標註加工表面的特徵。為基本符號,單獨使用這一符號是沒有意義的,加註參數值時表示表面可用任何方法獲得。

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各種機械加工工藝獲得粗糙度等級

關於表面粗糙度的數值和表面特徵、獲得方法、應用舉例請參見下表

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表面粗糙度對機械零件使用性能的影響

表面粗糙度對零件質量有很大的影響，主要集中在對零件的耐磨性、配合性質、抗疲勞強度、工件精度及抗腐蝕性上。

5.1、對摩擦和磨損的影響。表面粗糙度對零件磨損的影響，主要體現在峰頂與峰頂上，兩個零件相互接觸，實際上是部分峰頂的接觸，接觸處壓強很高，能使材料產生塑形流動。表面越粗糙，磨損越嚴重。

5 .2 對配合性質的影響。兩構件配合，無非兩種形式，過盈配合和間隙配合。對於過盈配合，由於在裝配時，表面的峰頂被擠平，致使過盈量減小，降低了構件的連接強度；對於間隙配合，隨著峰頂不斷被磨平，其間隙程度會變大。因此，表面粗糙度影響配合性質的穩定性。

5 .3 對抗疲勞強度的影響。零件表面越粗糙，凹痕越深，波谷的曲率半徑也越小，對應力集中越敏感。因此，零件表面粗糙度越大，其應力集中越敏感，其承受抗疲勞強就越低。

5.4 對抗腐蝕性的影響。零件的表面粗糙越大，即其波谷就越深。這樣，灰塵、變質的潤滑油、酸性的和鹼性的腐蝕性物質就容易積存在這些凹谷處，並滲透到材料的裡層，加劇零件的腐蝕。因此，降低表面粗糙度，可以增強零件的抗腐蝕性。

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提升表面光潔度的方法

主要分為兩大種：增加相應的工藝和在原有的工藝上改進

增加相應的工藝：增加拋光、磨削、刮研、滾壓等工序，不僅能提高光潔度還能提升精度；另外國內外都有的超聲滾壓技術結合金屬塑性流動性，區別於傳統滾壓的冷作硬化，能提升粗糙度2-3個等級，還有改善材料綜合性能特點。

超聲滾壓——網路配圖

原有工藝上的改進：

6.1 合理選擇切削速度。切削速度V 是影響表面粗糙度的一個重要因素。加工塑性材料，如中、低碳鋼時，較低的切削速度易產生鱗刺，中速易形成積屑瘤，這會增大粗糙度。避開這個速度區域，表面粗糙度值會減小。所以不斷地創造條件以提高切削速度，一直是提高工藝水平的重要方向。

6.2 合理選擇進給量。進給量的大小直接影響工件的表面粗糙度，一般情況下，進給量越小，表面粗糙度就越小，工件表面越光潔。

6.3 合理選擇刀具幾何參數。前角和后角。增大前角，能使材料被切削時擠壓變形和摩擦減小，也使總切削抗力減小，利於排屑。當前角一定時，后角越大，切削刃鈍圓半徑越小，刀刃越鋒利；此外，還能減小後刀面與已加工表面和過渡表面的摩擦和擠壓，有利於減小表面粗糙度值。增大刀尖圓弧半徑r，可使其表面粗糙度值減小；減少刀具的副偏角Kr，也可使其表面粗糙度值減小。

6.4 選擇合適的刀具材料。應選擇導熱性能好的刀具，以便及時傳遞切削熱，降低切削區塑形變形。此外，刀具應具有良好的化學性能，防止刀具與被加工材料產生親和作用，親和力過大時，極易產生積屑瘤和鱗刺，造成表面粗糙度過大。如在其表層塗硬質合金或陶瓷材料，切削時時，刀面上形成氧化保護膜，它能降低與加工表面間的摩擦係數，故有利於提高表面光潔度。

6.5 改善工件材料的性能。材料的韌性決定著其塑性，韌性好其塑性變形的可能性就大，機械加工時，零件表面粗糙度就越大。

6.6 選擇合適的切削液。正確選用切削液能顯著地減小表面粗糙度。切削液具有冷卻、潤滑、排屑與清洗作用。可以減小工件、刀具和切屑之間的摩擦，帶走大量的切削熱，降低切削區溫度，及時排掉細小切屑。

表面粗糙度對零件的影響主要表現

影響耐磨性。表面越粗糙，配合表面間的有效接觸面積越小，壓強越大，摩擦阻力越大，磨損就越快。

影響配合的穩定性。對間隙配合來說，表面越粗糙，就越易磨損，使工作過程中間隙逐漸增大；對過盈配合來說，由於裝配時將微觀凸峰擠平，減小了實際有效過盈，降低了連接強度。

影響疲勞強度。粗糙零件的表面存在較大的波谷，它們像尖角缺口和裂紋一樣，對應力集中很敏感，從而影響零件的疲勞強度。

影響耐腐蝕性。粗糙的零件表面，易使腐蝕性氣體或液體通過表面的微觀凹谷滲入到金屬內層，造成表面腐蝕。

影響密封性。粗糙的表面之間無法嚴密地貼合，氣體或液體通過接觸面間的縫隙滲漏。

影響接觸剛度。接觸剛度是零件結合面在外力作用下，抵抗接觸變形的能力。機器的剛度在很大程度上取決於各零件之間的接觸剛度。

影響測量精度。零件被測表面和測量工具測量面的表面粗糙度都會直接影響測量的精度，尤其是在精密測量時。

此外，表面粗糙度對零件的鍍塗層、導熱性和接觸電阻、反射能力和輻射性能、液體和氣體流動的阻力、導體表面電流的流通等都會有不同程度的影響。

表面粗糙度測量方法

1. 比較法

使用於車間現場測量，常用於中等或較粗糙表面的測量。方法是將被測量表面與標有一定數值的粗糙度樣板比較來確定被測表面粗糙度數值的方法。

2. 觸針法

表面粗糙度利用針尖曲率半徑為2微米左右的金剛石觸針沿被測表面緩慢滑行，金剛石觸針的上下位移量由電學式長度感測器轉換為電信號，經放大、濾波、計算後由顯示儀錶指示出表面粗糙度數值，也可用記錄器記錄被測截面輪廓曲線。一般將僅能顯示錶面粗糙度數值的測量工具稱為表面粗糙度測量儀，同時能記錄表面輪廓曲線的稱為表面粗糙度輪廓儀。這兩種測量工具都有電子計算電路或電子計算機，它能自動計算出輪廓算術平均偏差Ra，微觀不平度十點高度Rz，輪廓最大高度Ry和其他多種評定參數，測量效率高，適用於測量Ra為0.025～6.3微米的表面粗糙度。

來源：機械前言整理 資料:哈爾濱工業大學研究生會 百度百科 軸承人

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