8 齒輪齒面表面粗糙度的測量
本章論述了各參數的優先值、截止波長和評定長度以及漸開線圓柱齒輪輪齒和齒根過渡區表面結構的測量方法。
在測量表面粗糙度時，觸針的軌跡應與表面加工紋理的方向相垂直，見圖7和圖8中所示方向。測量還應垂直于表面，因此，觸針應盡可能緊跟齒面的變曲的變化。
在對輪齒齒根的過渡區表面粗數度測量時，整個方向應與螺旋線正交，因此，需要使作一些特殊的方法，圖8中表示了一種適用的測量方法，傳感器的頭部，在觸針前面，有一半徑為r（小于齒根過渡曲線的半徑R）的導頭，安裝在一根可旋轉的軸上，當該軸轉過角度約100°時，觸針的針尖描繪出一條同齒根過渡區接近的圓弧。當齒根據過渡區足夠大，并且該裝置仔細的定位時方可進行粗糙度測量。
注：導頭直接作用于表面，應使半徑r>50λc，以避免因導頭引起的測量不確定度。
圖8 齒根過渡曲面粗糙度的測量
使用導頭形式的測量儀器進行測量還有另一種辦法，選擇一種適當的注塑材料（如樹脂等）制作一個相反的復制器。當對較小模數齒輪的齒根過渡部分的粗糙度進行測量時，這種方法是特別有用的。在使用這種方法時，應記住在評定過程中齒廓的記錄曲線的凹凸是相反的。
8.1評定測量結果
直接測得的粗糙度參數值，可直接與規定的允許值比較。
參數值通常是按沿齒廓取的幾個接邊的取樣長度上的平均值確定的，但是應考慮到表面粗糙度會高測量行程有規律地變化，因此，確定單個取樣長度的粗糙度值，可能是有益的。為了改進測量數值的統計上的準確定性，可從幾個平行的測量跡線計算其算術平均值。
如不用相對于基準有關的導頭測量輪廓可望獲得最好的結果，這就是第7章中7b和7d所提到的那種設備情況。
參見第7章中粗糙度、波紋度、形狀和形狀偏差同時被評定的情況。
在此情況下，為了將粗糙度從輪廓的較長波長的組成中分離出來，在按ISO11562和GB/T10610用相位校正濾波器進行濾波之前，首先必須將名義的形狀成分消除。
當齒輪齒廓太小，以致無法在5個接連的取樣長度進行測量時，允許在分離的齒上取單個取樣長度進行測量（見GB/T10610-1998第7章），但必須在參數符號后面附注取樣長度的個數，例如：Rz1、Rz3。
為了避免使用濾波器時評定長度的部分損失，可以在沒有標準濾波過程的情況下，在單個取樣長度評定粗糙度。圖9說明為消除形狀成分等，將（沒有濾波器）軌跡輪廓細分為短的取樣長度l1、l2、l3等所產生的濾波效果。為了同標準方法的濾波結果相比較，取樣長度應與截止值λc為同樣的值。
圖9取樣長度和濾波的影響
8.2參數值
從對數得出的值應該與規定值進行比較，規定的參數值應優先從表2和表3中所給出的范圍中選擇，無論是Ra還是Rz均可作為一種判斷依據，但是，兩者不應在同一部分使用。
在GB/T10095.1中規定的齒輪精度等級和表2和表3中粗糙度等級之間沒有直接的關系。
注：在關于Ra和Rz的表中，相同的表面狀況等級并不與特定的制造工藝對相應，這一點尤其適用表中1級到4級的表列值。
表2 算術平均偏差Ra的推薦極限值
|
等級 |
Ra |
|
模數/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微觀不平度十點高度Rz的推薦極限值
|
等級 |
Rz |
|
模數/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粗糙度輪廓的實體比率曲線
本章的以下各條對與高應力接觸表面相關的表面粗糙度的功能特性的各參數用實體比率曲線作了規定（見GB/T3505）。
對于高應力接觸表面，將其形狀偏差和波紋度偏差的規定極限值保持在一個很小值的范圍內是很重要的。
這些參數描述了實體比率曲線的形狀，從而說明粗糙度廓的高度和特性。首先要有一張全面有代表性的、無誤差的，經過濾波的粗糙度輪廓圖。才能進行下文中敘述的表面結構的評定過程。
8.3.1實體比率曲線的有關術語
a)截止線：一條平行于中線切割粗糙度輪廓的線（見圖10a）；
b)實體長度；截線所截位于輪廓峰內各段截線長度之和，用它與評定長度之比的百分數表示（見GB/T3505-2000中3.2.14的輪廓的實體長度）。
8.3.2實體比率曲線的結構
在粗糙度輪廓的實體比率曲線上每點的坐標：
a)在x軸：用評定長度的百分數表示的五個接連的取樣長度的實體長度；
b)在z軸：粗糙度輪廓截線的縱坐標（見圖10a）。
8.3.3 實體比率曲線的參數
a)粗糙度核心輪廓：粗糙度核心輪廓是不包含有突出的峰點和深谷的粗糙度輪廓（見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輪廓的深度（圖10b）（見ISO 13565-2：1996中3.1.1）；
圖10按ISO13565-2規定的實體比率曲線的特性值
a)實體區段Mr1(%):是為突峰從粗糙度核心輪廓分開的截線而確定的實體區段Mr1（見ISO 13565-2：1996中3.1.2）；
b)實體區段Mr2(%):是為深谷從粗糙度核心輪廓分開的截線而確定的實體區段Mr2（見ISO 13565-2：1996中3.1.2）
c)削減的峰高Rpk(μm):是粗糙度核心輪廓之上的突出的峰的平均高度（見ISO 13565-2：1669中3.28）；
d)削減的谷深Rυk(μm):穿過粗糙度核心輪廓的谷底的平均深度值（見ISO13565-2：1996中3.3）。
注：8.3.5中的平均方法減少了界外值對Rpk和Rυk的影響。
8.3.4 實體比率曲線的測量條件
a）實體比率曲線的測量儀器：使用觸針式儀器來測定實體比率曲線的參數，此儀器用幾何表面或基準線生成器對觸針軌跡進行控制。
b)測量方向：應選擇給出粗糙度最大值的測量路程。
8.3.5實體比率曲線的參數的確定
8.3.5.1 Rk、Mr1、Mr2的確定
在橫坐標Mr1和Mr2之間取間距40%的分段，貫穿實體比率曲線，畫一條相對于x軸斜率最小的平均直線，見圖11。假如有兩個或多個斜率相同的線段，則選定較接近曲線較高端的線段，此直線在0%和100%處兩點縱坐標之間的差值等于Rk。
圖11 Rk、Mr1和Mr2特性值的確定與測量
8.3.5.2 Rpk和Rυk的確定
從0%和100%處的z軸上交點畫切向粗糙度輪廓的橫截線A和B，見圖11和12，確定線A以上的粗糙度輪廓所圍面積AA和線B以下的谷部輪郭所圍的面積BA。
在0%處的z軸方向與在線段c1—a1以上構造出一個面積等于BA的直角三角形a2b2c2。
邊上c1—b1與Rpk相等，邊長c1—b2與Rυk相等。
對不同粗糙度輪廓的實體比率曲線的對比，說明了如何利用實體比率曲線來估計給定表面對表面損傷的相對抵抗能力。
8.3.6實體比率曲線的參數Rk、Rpk、Rυk的應用
圖11闡明Rk不能僅以輪廓深度值來表示，還要有實體比率的主要部分的斜率值。
實體比率曲線的斜率是十分重要的，它的值表明了在更深地進入核心輪廓時實體比率的增加趨勢，因此Rk對表面的承載能力有重要意義。
圖12 Rpk和Rυk的測定
ISO13565-2借助于3條直線的參數描述了實體比率曲線的形狀，它將輪廓總深度細分為：
——突峰區域（與初始運轉狀況有關，例如磨合和磨損）；
——核心區域（與承載能力、使用特性有關）；
——深谷區域（與潤滑=保存油有關）。
圖13說明把突出的峰和谷從核心輪廓中分離出來的方法。假如Rk等于0時（見圖13a），圖中清楚地表明了峰和谷的明顯分離。圖13b表明了Rk值的擴展（向中間的直線兩邊），除去表面很突出的峰和谷，具有接近高斯分布的縱坐標。
雖然計量學上確定實體比率曲線的參數，并不比確定齒輪的Ra或Rz1）（1）Beyer,Eckolt,Hillmann,Witteklpf用掃描電子顯微鏡和觸針式測量表面儀器研究輪齒齒面PTB報告PTB-F-2（1987年11月）。）更困難，但實體比率曲線的參數所能提供的信息，對當前要使用來說研究得還不夠充分。因此，目前還不能給出那些參數的推薦值。
圖13 粗糙度核心區域對突峰和深谷的量值的影響及其特性
