8 齿轮齿面表面粗糙度的测量
本章论述了各参数的优先值、截止波长和评定长度以及渐开线圆柱齿轮轮齿和齿根过渡区表面结构的测量方法。
在测量表面粗糙度时，触针的轨迹应与表面加工纹理的方向相垂直，见图7和图8中所示方向。测量还应垂直于表面，因此，触针应尽可能紧跟齿面的变曲的变化。
在对轮齿齿根的过渡区表面粗数度测量时，整个方向应与螺旋线正交，因此，需要使作一些特殊的方法，图8中表示了一种适用的测量方法，传感器的头部，在触针前面，有一半径为r（小于齿根过渡曲线的半径R）的导头，安装在一根可旋转的轴上，当该轴转过角度约100°时，触针的针尖描绘出一条同齿根过渡区接近的圆弧。当齿根据过渡区足够大，并且该装置仔细的定位时方可进行粗糙度测量。
注：导头直接作用于表面，应使半径r>50λc，以避免因导头引起的测量不确定度。
图8 齿根过渡曲面粗糙度的测量
使用导头形式的测量仪器进行测量还有另一种办法，选择一种适当的注塑材料（如树脂等）制作一个相反的复制器。当对较小模数齿轮的齿根过渡部分的粗糙度进行测量时，这种方法是特别有用的。在使用这种方法时，应记住在评定过程中齿廓的记录曲线的凹凸是相反的。
8.1评定测量结果
直接测得的粗糙度参数值，可直接与规定的允许值比较。
参数值通常是按沿齿廓取的几个接边的取样长度上的平均值确定的，但是应考虑到表面粗糙度会高测量行程有规律地变化，因此，确定单个取样长度的粗糙度值，可能是有益的。为了改进测量数值的统计上的准确定性，可从几个平行的测量迹线计算其算术平均值。
如不用相对于基准有关的导头测量轮廓可望获得最好的结果，这就是第7章中7b和7d所提到的那种设备情况。
参见第7章中粗糙度、波纹度、形状和形状偏差同时被评定的情况。
在此情况下，为了将粗糙度从轮廓的较长波长的组成中分离出来，在按ISO11562和GB/T10610用相位校正滤波器进行滤波之前，首先必须将名义的形状成分消除。
当齿轮齿廓太小，以致无法在5个接连的取样长度进行测量时，允许在分离的齿上取单个取样长度进行测量（见GB/T10610-1998第7章），但必须在参数符号后面附注取样长度的个数，例如：Rz1、Rz3。
为了避免使用滤波器时评定长度的部分损失，可以在没有标准滤波过程的情况下，在单个取样长度评定粗糙度。图9说明为消除形状成分等，将（没有滤波器）轨迹轮廓细分为短的取样长度l1、l2、l3等所产生的滤波效果。为了同标准方法的滤波结果相比较，取样长度应与截止值λc为同样的值。
图9取样长度和滤波的影响
8.2参数值
从对数得出的值应该与规定值进行比较，规定的参数值应优先从表2和表3中所给出的范围中选择，无论是Ra还是Rz均可作为一种判断依据，但是，两者不应在同一部分使用。
在GB/T10095.1中规定的齿轮精度等级和表2和表3中粗糙度等级之间没有直接的关系。
注：在关于Ra和Rz的表中，相同的表面状况等级并不与特定的制造工艺对相应，这一点尤其适用表中1级到4级的表列值。
表2 算术平均偏差Ra的推荐极限值
|
等级 |
Ra |
|
模数/mm |
|
m>6 |
6≤m≤25 |
m>25 |
|
1 |
|
0.04 |
|
|
2 |
|
0.08 |
|
|
3 |
|
0.16 |
|
|
4 |
|
0.32 |
|
|
5 |
0.5 |
0.63 |
0.80 |
|
6 |
0.8 |
1.00 |
1.25 |
|
7 |
1.25 |
1.6 |
2.0 |
|
8 |
2.0 |
2.5 |
3.2 |
|
9 |
3.2 |
4.0 |
5.0 |
|
10 |
5.0 |
6.3 |
8.0 |
|
11 |
10.0 |
12.5 |
16 |
|
12 |
20 |
25 |
32 |
表3微观不平度十点高度Rz的推荐极限值
|
等级 |
Rz |
|
模数/mm |
|
m>6 |
6≤m≤25 |
m>25 |
|
1 |
|
0.25 |
|
|
2 |
|
0.50 |
|
|
3 |
|
1.0 |
|
|
4 |
|
2.0 |
|
|
5 |
3.2 |
4.0 |
5.0 |
|
6 |
5.0 |
6.3 |
8.0 |
|
7 |
8.0 |
10.0 |
12.5 |
|
8 |
12.5 |
16 |
20 |
|
9 |
20 |
25 |
32 |
|
10 |
32 |
40 |
50 |
|
11 |
63 |
80 |
100 |
|
12 |
125 |
160 |
200 |
8.3粗糙度轮廓的实体比率曲线
本章的以下各条对与高应力接触表面相关的表面粗糙度的功能特性的各参数用实体比率曲线作了规定（见GB/T3505）。
对于高应力接触表面，将其形状偏差和波纹度偏差的规定极限值保持在一个很小值的范围内是很重要的。
这些参数描述了实体比率曲线的形状，从而说明粗糙度廓的高度和特性。首先要有一张全面有代表性的、无误差的，经过滤波的粗糙度轮廓图。才能进行下文中叙述的表面结构的评定过程。
8.3.1实体比率曲线的有关术语
a)截止线：一条平行于中线切割粗糙度轮廓的线（见图10a）；
b)实体长度；截线所截位于轮廓峰内各段截线长度之和，用它与评定长度之比的百分数表示（见GB/T3505-2000中3.2.14的轮廓的实体长度）。
8.3.2实体比率曲线的结构
在粗糙度轮廓的实体比率曲线上每点的坐标：
a)在x轴：用评定长度的百分数表示的五个接连的取样长度的实体长度；
b)在z轴：粗糙度轮廓截线的纵坐标（见图10a）。
8.3.3 实体比率曲线的参数
a)粗糙度核心轮廓：粗糙度核心轮廓是不包含有突出的峰点和深谷的粗糙度轮廓（见ISO13565-2:1996中3.1）；
b)核心粗糙度深度Rk（μm）:核心粗糙度深度是粗糙核心轮廓的深度（图10b）（见ISO 13565-2：1996中3.1.1）；
图10按ISO13565-2规定的实体比率曲线的特性值
a)实体区段Mr1(%):是为突峰从粗糙度核心轮廓分开的截线而确定的实体区段Mr1（见ISO 13565-2：1996中3.1.2）；
b)实体区段Mr2(%):是为深谷从粗糙度核心轮廓分开的截线而确定的实体区段Mr2（见ISO 13565-2：1996中3.1.2）
c)削减的峰高Rpk(μm):是粗糙度核心轮廓之上的突出的峰的平均高度（见ISO 13565-2：1669中3.28）；
d)削减的谷深Rυk(μm):穿过粗糙度核心轮廓的谷底的平均深度值（见ISO13565-2：1996中3.3）。
注：8.3.5中的平均方法减少了界外值对Rpk和Rυk的影响。
8.3.4 实体比率曲线的测量条件
a）实体比率曲线的测量仪器：使用触针式仪器来测定实体比率曲线的参数，此仪器用几何表面或基准线生成器对触针轨迹进行控制。
b)测量方向：应选择给出粗糙度最大值的测量路程。
8.3.5实体比率曲线的参数的确定
8.3.5.1 Rk、Mr1、Mr2的确定
在横坐标Mr1和Mr2之间取间距40%的分段，贯穿实体比率曲线，画一条相对于x轴斜率最小的平均直线，见图11。假如有两个或多个斜率相同的线段，则选定较接近曲线较高端的线段，此直线在0%和100%处两点纵坐标之间的差值等于Rk。
图11 Rk、Mr1和Mr2特性值的确定与测量
8.3.5.2 Rpk和Rυk的确定
从0%和100%处的z轴上交点画切向粗糙度轮廓的横截线A和B，见图11和12，确定线A以上的粗糙度轮廓所围面积AA和线B以下的谷部轮郭所围的面积BA。
在0%处的z轴方向与在线段c1—a1以上构造出一个面积等于BA的直角三角形a2b2c2。
边上c1—b1与Rpk相等，边长c1—b2与Rυk相等。
对不同粗糙度轮廓的实体比率曲线的对比，说明了如何利用实体比率曲线来估计给定表面对表面损伤的相对抵抗能力。
8.3.6实体比率曲线的参数Rk、Rpk、Rυk的应用
图11阐明Rk不能仅以轮廓深度值来表示，还要有实体比率的主要部分的斜率值。
实体比率曲线的斜率是十分重要的，它的值表明了在更深地进入核心轮廓时实体比率的增加趋势，因此Rk对表面的承载能力有重要意义。
图12 Rpk和Rυk的测定
ISO13565-2借助于3条直线的参数描述了实体比率曲线的形状，它将轮廓总深度细分为：
——突峰区域（与初始运转状况有关，例如磨合和磨损）；
——核心区域（与承载能力、使用特性有关）；
——深谷区域（与润滑=保存油有关）。
图13说明把突出的峰和谷从核心轮廓中分离出来的方法。假如Rk等于0时（见图13a），图中清楚地表明了峰和谷的明显分离。图13b表明了Rk值的扩展（向中间的直线两边），除去表面很突出的峰和谷，具有接近高斯分布的纵坐标。
虽然计量学上确定实体比率曲线的参数，并不比确定齿轮的Ra或Rz1）（1）Beyer,Eckolt,Hillmann,Witteklpf用扫描电子显微镜和触针式测量表面仪器研究轮齿齿面PTB报告PTB-F-2（1987年11月）。）更困难，但实体比率曲线的参数所能提供的信息，对当前要使用来说研究得还不够充分。因此，目前还不能给出那些参数的推荐值。
图13 粗糙度核心区域对突峰和深谷的量值的影响及其特性
