表面粗糙度是指加工表面具有的较小间距和微小峰谷不平度。表面粗糙度对零件的使用情况有很大影响,与机械零件的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切关系,对机械产品的使用寿命和可靠性有重要影响。对于具有表面粗糙度要求的零件表面,加工后需要评定其表面粗糙度的合格性。
1.用途：
表面粗糙度比较样块是以比较法来检查机械零件加工表面粗糙度的一种工具,表面粗糙度越小,则表面越光滑。表面粗糙度的大小,对机械零件的使用性能有很大的影响。通过目测或放大镜与被测加工件进行比较,判断其表面粗糙度的级别。
Ra是国际公认的,最常用的粗糙度的评定参数,它是轮廓偏离平均线的算术平均,并且是在一个取样长度Lr内定义的,如图1所示。
Ra=1Lr∫ Lr0 Z(x) dx
其中,Ra为轮廓的算术平均偏差,Lr为任意一个取样长度;Z(x)为轮廓偏离平均线的距离,即Ra是指在取样长度Lr内轮廓偏距Z(x)绝对值的算术平均值。
Ra的图形解释从数字意义上,Ra=(Z1+Z2…)/n,形象化说明Ra来源的方法如下:
1)平均线X-X与测量数据相对应;
2)在取样长度Lr内并且在平均线之下的轮廓部分,随后翻转而放在水平线之上;
3)Ra是原始平均线以上的轮廓的平均高度。显然,不同的表面可能产生相同的Ra值。
2.数学模型：
δ=d式中,δ为被测样块的测量结果;d为电动轮廓仪显示的Ra平均值。
3.输入量：
1)d的相对标准不确定度urel(d)的评定
输入量d的不确定度来源主要是:测量重复性引起的相对标准不确定度urel(d1);电动轮廓仪示值误差引起的相对标准不确定度urel(d2)。
2)测量重复性引起的相对标准不确定度的评定urel(d2)
电动轮廓仪测量重复性引起的相对不确定度urel(d1),可以通过连续测量得到测量列,采用A类方法进行评定。选用平铣3.2μm样块,在工作面不同位置连续测量10次,得到平均作值为一个测量结果,重复上述过程10次,得到测量列,实验结果见
表1单项实验结果样块实验数据(μm)
3.18 3.19 3.14 3.16 3.17
3.19 3.20 3.17 3.18 3.21
R =110∑101Rai= 3.18μm
单次实验标准差:
s=1d∑ (di-d)2n- 1× 100% = 0.6%
式中,Ra为样块表面Ra测得值的平均值;Rai为第i个测量位置的Ra值;n为实测位置的个数。
任意选取4块样块,采用上述测量方法,共得到4组测量列,每组测量列分别按照上述方法计算得到单次实验标准差如表2所示。
4组实验结果及标准差
平均值(μm) 6.23 3.18 1.37 0.34实验标准差% 1.4 0.6 1.0 2.7通过上述4组测量列标准差的计算,其分散较大,故使用其最大标准差2.7%,以代表表面粗糙度比较样块的测量重复性。则测量重复性引起的相对标准不确定度urel(d1)= 2.7%;自由度ν(d1)=10- 1= 9。
3）电动轮廓仪示值误差引起的相对标准不确定度urel(d2)的评定
电动轮廓仪示值误差引起的相对标准不确定度urel(d2)。可根据电动轮廓仪最大允许示值误差来评定,采用B类方法进行评定。电动轮廓仪的最大允许误差为± 4%,包含因子为3;相对标准不确定度为:urel(d2)=ak=4%3= 2.3%估计Δurel(d2)urel(d2)为0.10,则自由度:ν(d2)= 50
4.合成标准不确定度的评定
输入量d的合成标准不确定度urel(d)的计算
urel(d)= u2rel(d1)+u2rel(d2)= 2.72+ 2.32%= 3.5%
有效自由度计算
νeff=u4rel(d)u4rel(d1)
ν(d1)+u4rel(d2)ν(d2)
5.扩展不确定的评定
取置信概率p= 95%,查t分布表得到:t95(50)= 2.01
扩展不确定度:
U95rel=t95(50)urel(δ)= 2.01× 3.5%= 7.0%
6.测量不确定度的报告与表示
表面粗糙度比较样块Ra参数测量结果的扩展不确定度为:
U95rel= 7.0%;νeff= 50