第七章 普通螺纹结合的公差及检测.doc

第7章 普通螺纹结合的公差及检测学习目标：通过本章的学习了解普通螺纹互换性的特点及其公差标准的应用。掌握普通螺纹的牙型及几何参数；掌握普通螺纹在图样上的标注；梯形螺纹的公差应用。.会用表7-1查普通螺纹的基本尺寸。71 概 述螺纹联接是利用螺纹零件构成的可拆联接，在机器制造和仪器制造中应用十分广泛。螺纹的互换程度很高，几何参数较多，国家标准对螺纹的牙型、参数、公差与配合等都作了规定，以保证其几何精度。螺纹主要用于紧固联接、密封、传递动力和运动等。 螺纹的种类繁多，常用螺纹按用途分为普通螺纹、传动螺纹和紧密螺纹。按牙型可分为三角形螺纹、梯形螺纹和矩形螺纹等。本章主要介绍普通螺纹及其公差标准。 1. 普通螺纹普通螺纹通常又称为紧固螺纹。其作用是使零件相互联接或紧固成一体，并可拆卸。普通螺纹牙型是将原始三角形的顶部和底部按一定比例截取而得到的，有粗牙和细牙螺纹之分。 2. 传动螺纹 传动螺纹用于传递动力和精确位移，它要求具有足够的强度和保证位移精度。传递螺纹有梯形、三角形、锯齿形和矩形等，机床中的丝杆、螺母常采用梯形牙型。3. 紧密螺纹主要用于对气体和液体的密封。如管螺纹的联接，在管道中不得漏气、漏水、漏油。对这类螺纹结合的主要要求是具有良好的旋合性及密封性。本节主要介绍使用最广泛的普通螺纹的公差、配合及其应用。72 普通螺纹的基本几何参数普通螺纹的基本牙型如图7-1所示。1基本牙型 按GBT1922003规定，普通螺纹的基本牙型见图7-1，它是在螺纹轴剖面上，将高度为H的原始等边三角形的顶部截去H/8和底部截去H/4后形成的。内、外螺纹的大径、中径、小径和螺距等基本几何参数都在基本牙型上定义。2几何参数（1）大径或：大径是指与外螺纹牙顶或与内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径。国家标准规定，大径的基本尺寸作为螺纹的公称直径。图7-1 普通螺纹的基本牙型图（2）小径或：小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径。外螺纹的大径和内螺纹的小径统称为顶径，外螺纹的小径和内螺纹的大径统称为底径。（3）中径或：中径是一个假想圆柱面的直径，该圆柱面的母线位于牙体和牙槽宽度相等处，即处。（4）单一中径或 单一中径是一个假想圆柱面的直径，该圆柱面的母线位于牙槽宽度等于螺距基本尺寸一半处。如图7-2所示,单一中径用三针法测得，用来表示螺纹中径的实际尺寸。当无螺距偏差时，单一中径与中径相等；有螺距偏差时，其单一中径与中径数值不相等。 图7-2 螺纹的单一中径与中径（5）螺距和导程 螺距是指螺纹相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离；导程是指同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，螺距和导程的关系是： 式中，是螺纹的头数或线数。（6）牙型角和牙型半角 牙型角是指螺纹牙型上相邻两侧间的夹角；如图7-3所示,公制普通螺纹的牙型角为60。牙型半角是指牙型角的一半，公制普通螺纹的牙型角为30。（7）牙侧角（、）牙侧角是在螺纹牙型上牙侧与螺纹轴线的垂线之间的夹角。图7-3（）中的和。对于普通螺纹，在理论上，=。 图7-3 牙型角、牙型半角和牙侧角（8）原始三角形高度 是指原始三角形顶点到底边的垂直距离。原始三角形为一等边三角形，H与螺纹螺距P的几何关系为H=。（9）螺纹旋合长度 是指两个相配合螺纹沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度。如图7-4所示。图7-4 螺纹的旋合长度在实际工作中，如需要求某螺纹（已知公称直径即大径和螺距）中径、小径尺寸时，可根据基本牙型进行计算；如有资料，则不必计算，可直接查螺纹表格。GB/T196-2003规定了普通螺纹的基本尺寸，见表7-1。表7-1 普通螺纹的基本尺寸 （摘自GD/T196-2003） 单位：mm公称直径(大径)D、d螺距P中径D2，d2小径D1，d1公称直径(大径)D、d螺距P中径D2，d2小径D1，dl第一系列第二系列第三系列第一系列第二系列第三系列L01.51.2510.75(0.5)9.0269.1889.3509.5139.6758.3768.6478.9179.1889.459202.521.51(0.75)(0.5)18.37618.70119.02619.35019.61319.67517.29417.83518.37618.91719.18819.459121.751.51.25l(0.75)0.5)10.86311.02611.18811.35011.51311.67510.10610.376lO.64710.91711.18811.45924321.5l(0.75)22.05122.70123.02623.35023.51320.75221.83522.37622.91723.1881621.51(0.75)(0.5)14.70115.02615.35015.51315.67513.83514.37614.91715.18815.459303.5(3)21.51(0.75)27.72728.05128.70129.02629.35029.51326.21126.75227.83528.37628.91729.188注:带括号的螺距尽量不用。73 普通螺纹的公差与配合731 普通螺纹的公差带国家标准普通螺纹GBl97-2003将螺纹公差带的两个基本要素：公差带大小(公差等级)和公差带位置(基本偏差)进行标准化，组成各种螺纹公差带。螺纹配合由内、外螺纹公差带组合而成。考虑到旋合长度对螺纹精度的影响，由螺纹公差带与螺纹旋合长度构成螺纹精度，从而形成了比较完整的螺纹公差体制如图7-5所示。螺纹公差带的大小和公差等级国家标准规定了内、外螺纹的公差等级，其值和孔、轴公差值不同，有螺纹公差的系列和数值。普通螺纹公差带的大小由公差值确定，公差值又与螺距和公差等级有关。图7-5 普通螺纹公差制结构GB/T197-2003规定的普通螺纹公差等级如表7-2所示。各公差等级中3级最高，9级最低，6级为基本级。 表7-2 普通螺纹的公差等级螺 纹 直 径公 差 等 级螺 纹 直 径公 差 等 级内螺纹中径D2内螺纹小径D14，5，6，7，84，5，6，7，8外螺纹中径d2外螺纹大径d13，4，5，6，7，8，94，6，8由于外螺纹的小径与中径、内螺纹的大径和中径是同时由刀具切出的，其尺寸在加工过程中自然形成，由同刀具保证，因此国家标准中对内螺纹的大径和外螺纹的小径均没有规定具体的公差值，只规定内、外螺纹牙底实际轮廓的任何点均不能超过基本偏差所确定的最大实体牙型。同时内螺纹较难加工，因此同样公差等级的内螺纹中径公差比外螺纹中径公差大32左右，以满足艺工艺等价原则。螺纹的公差值是由经验公式计算而来，普通螺纹的中径和顶径公差如表7-3、7-4所示。表7-3普通螺纹的中径公差 (摘自GB/T197-2003)公差直径D/mm螺距内螺纹中径公差TD2/m外螺纹中径公差Td2/mPmm公差等级公差等级4567834567895.611.20.75851061321705063801001251951181501902365671951121401802241.251001251602002506075951181501902361.5112140180224280678510613217021229511.222.411001251602002506075951181501902361.2511214018022428067851061321702122651.511815019023630071901121401802242801.7512516020025031575951181501902363002132170212265335801001251602002503152.51401802242803558510613217021226533522.4451106132170212-63801001251602002501.5125160200250315759511815019023630021401802242803558510613217021226533531702122653354251001251602002503154003.518022428035545010613217021226533542541902363003754151121401802242803554504.5200250315400500118150190236300375475公差等级表7-4普通螺纹的顶径公差 (摘自GB/T197-2003) 公差项目螺距 P/mm内螺纹小径公差/m外螺纹大径公差/m4 5 6 7 84 6 8O.75O.8l1.251.51.7522.53118 150 190 236 125 160 200 250 315150 190 236 300 375170 212 265 335 425190 236 300 375 475212 265 335 425 530236 300 375 475 600280 355 450 560 710315 400 500 630 80090 140 95 150 236112 180 280132 212 335150 236 375170 265 425180 280 450212 335 530236 375 600732 螺纹公差带的位置和基本偏差普通螺纹公差带是以基本牙型为零线布置的，所以螺纹的基本牙型是计算螺纹偏差的基准。内、外螺纹的公差带相对于基本牙型的位置，与圆柱体的公差带位置一样，由基本偏差来确定。对于外螺纹，基本偏差是上偏差es，对于内螺纹，基本偏差是下偏差EI，则外螺纹下偏差eies-T，内螺纹上偏差ESEI+T(T为螺纹公差)。 国标对内螺纹的中径和小径规定了G、H两种公差带位置，以下偏差EI为基本偏差，由这两种基本偏差所决定的内螺纹的公差带均在基本牙型之上，如图7-6所示。图7-6 内螺纹的基本偏差国标对外螺纹的中径和大径规定了e、f、g、h四种公差带位置，如图7-7所示，以上偏差es为基本偏差，由这四种基本偏差所决定的外螺纹的公差带均在基本牙型之下。图7-7 外螺纹的基本偏差 内、外螺纹基本偏差的含义和代号取自公差与配合标准中相对应的孔和轴，其值见表7-5。标准中对内螺纹的中径和小径规定采用G、H两种公差带位置，对外螺纹大径和中径规定了e、f、g、h四种公差带位置。 表7-5普通螺纹的基本偏差 (摘自GB/T197-2003)基本偏差 螺纹 螺距P/mm 内螺纹外螺纹GHefghEI/mes/m0.750.8l1.251.51.7522.53+22+24+26+28+32+34+38+42+480-56-60-60-63-67-71-71-80-85-38-38-40-42-45-48-52-58-63-22-24-26-28-32-34-38-42-480733 螺纹旋合长度及其配合精度1螺纹旋合长度国家标准以螺纹公称直径和螺距为基本尺寸，对螺纹联接规定了三组旋合长度：短旋合长度（S）、中等旋合长度（N）和长旋合长度（L），其值可从表7-6中选取。一般情况采用中等旋合长度，其值往往取螺纹公称直径的0.51.5倍。螺纹的旋合长度与螺纹精度有关，当公差等级一定时，螺纹旋合长度越长，螺距累积偏差越大,加工就越困难。因此公差相同而旋合长度不同的螺纹精度等级就不相同。2配合精度GB/T197-2003将普通螺纹的配合精度分为精密级、中等级和粗糙级三个等级，见表7-7所示。螺纹精度等级的高低代表着螺纹加工的难易程度不同。精密级用于配合性质要求稳定的螺纹；中等级用于一般用途的螺纹；粗糙级用于精度要求不高（即不重要的结构）或制造较困难的螺纹（如在较深的盲孔中加工螺纹），也用于工作环境恶劣的场合。一般以中等旋合长度下的6级公差等级为中等精度的基准。 表7-6 螺蚊的旋合长度(摘自GB/T197-2003) mm公称直径D，d螺距P旋合长度SNL5.611.2O.7511.251.52.42452.42457.191215719121511.222.4O.7511.251.51.7522.52.73.84.55.668102.73.84.55.668108.111131618243081111316182430 表7-7 普通螺纹推荐公差带 (摘自GB/T197-2003）公差精度公差带位置G公差带位置HSNLSNL精密4H5H6H中等(5G)6G*(7G)5H*6H*7H*粗糙-(7G)(8G)7H8H公差精度公差带位置e公差带位置f公差带位置g公差带位置hSNLSNLSNLSNL精密(4g)(5g4g)(3h4h)4h*(5h4h)中等-6e*(7e6e)-6f*-(5g6g)6g*(7g6g)(5h6h)6h(7h6h)粗糙(8e)(9e8e)-8g(9g8g)-注：其中大量生产的精制紧固螺纹,推荐采用带方框的公差带；带“*”的公差带应优先选用，其次是不带“*”的公差带;括号内的的公差带尽量不用。3配合精度的选用由表7-7所示的内、外螺纹的公差带组合可得到多种供选用的螺纹配合，螺纹配合的选用主要根据使用要求来确定。为了保证螺母、螺栓旋合后的同轴度及联接强度，一般选用最小间隙为零的H/h配合。为了便于装拆、提高效率及改善螺纹的疲劳强度，可以选用H/g或G/h配合。对单件、小批量生产的螺纹，可选用最小间隙为零的H/h配合。对需要涂镀或在高温下工作的螺纹，通常选用H/g、H/e等较大间隙的配合。734 螺纹标注普通螺纹的完整标记由螺纹代号、螺纹公差带代号和旋合长度代号组成。螺纹公差带代号包括中径公差带代号和顶径（外螺纹大径和内螺纹小径）公差带代号。公差带代号是由表示其大小的公差等级数字和表示其位置的基本偏差代号组成。当中径和顶径不同时，应分别注出，前者为中径，如5g6g.当中径和顶径公差带相同时，合并标注即可，如6H、6g。对细牙螺纹还需要标注出螺距。1普通螺纹标记示例 外螺纹外螺纹： M205g 6gS中径公差带代号浮动幅度放 旋合长度代号(中等旋合长度省略不标)顶径公差带代号普通螺纹代号公称直径 内螺纹内螺纹： M201.5左6H螺距(粗牙省略不标)中径和顶径公差带代号螺纹旋向 (右旋省略不标) 公称直径普通螺纹代号必要时，在螺纹公差带代号之后加注旋合长度代号S或L（中等旋合长度不标注）。 例1：表示：公称直径为30mm，螺距2mm，中径和顶径公差带分别为的短旋合长度的普通细牙外螺纹。例2：表示：公称直径为20mm，螺距2mm，中径和顶径公差带都为的长旋合长度的左旋普通细牙内螺纹。例3：表示：公称直径为16，导程3，螺距1.5普通细牙螺纹。2. 螺纹配合的标记示例在装配图上，内外螺纹公差带代号用斜线分开，左内右外，如M202-6H/5g6g.例4：表示：公称直径为20mm，螺距2mm，中径和顶径公差带都为的内螺纹与中径和顶径公差带分别为的外螺纹旋合。3螺纹在图样上的标注：见图7-8和图7-9所示。 图7-9内螺纹标注图7-8外螺纹标注74 梯形螺纹的公差与配合在机床制造业中，梯形螺纹丝杠和螺母的应用较为广泛，它不仅用来传递一般的运动和动力，而且还要精确地传递位移，如车床的尾座、各种机床的进给机构、千斤顶、压力机等等。梯形螺纹具有传动效率高、传动平稳可靠和加工方便等优点，且能够满足传动螺纹的使用要求。 梯形螺纹联接属间隙配合性质，在中径、大径、小径处都有一定的保证间隙，用以储存润滑油。741 梯形螺纹基本牙型梯形螺纹的特点是内、外螺纹仅中径公称尺寸相同，而小径和大径的公称尺寸不同，这与普通螺纹是不一样的。梯形螺纹的牙型与基本尺寸按GB 5796.42005规定，基本尺寸的名称，代号及关系式见图7-10所示。各直径基本尺寸系列可参阅相关国家标准。直径和螺距见表7-8所示。 图7-10 梯形螺纹表7-8 梯形螺纹直径与螺距系列 mm公称直径 d螺距 P公称直径 d螺距 P第一系列第二系列第一系列第二系列81091.5*2*，1.552505512，8*，314，9*，312113，2*3*，260706514，9*，316，10*，41614183*，24*，280758516，10*，418，12，42024224*，28，5*，3901009518，12*，420，12*，42826308，5*，310，6*，312011013020，12*，422，14*，632363410，6*，314016015024，14*，624，16*，628，16*，640384210，7*，318017019028，16*，628，18*，832，18*，844484612，7*，312，8*，3 注：优先选用第一系列的直径，带*者为相应直径优先选用的螺距。 742 梯形螺纹公差由于国标GB 5796.4一2005梯形螺纹公差是一般用途的传动螺纹，其加工工艺和检测方法与普通螺纹极为相似，所以采用了与普通螺纹相同的公差原则。为此，普通螺纹中有关的牙型公差带、作用中径、判断原则、公差结构等概念和原则均适用于梯形螺纹。1梯形螺纹的公差带位置GB 5796.4一2005对梯形螺纹公差带位置规定如下：内螺纹大径D4、中径D2和小径D1的公差带位置为H，其基本偏差EI为零，见图7-11外螺纹中径d2的公差带位置为e和c，其基本偏差es为负值，外螺纹大径d和小径d3的公差带位置为h ,其基本偏差ea为零，见图7-12。外螺纹大径和小径的公差带基本偏差为零，与中径公差带位置无关。其公差数值可参阅相关国家标准。大径小径公差中径小径中径公差螺距图7-11 内螺纹的公差带（a）大、小径的公差带位置为h (b) 大小径的公差带位置为h，中径为e、c外螺纹大径 外螺纹中径外螺纹小径 螺距 中径基本偏差 外螺纹大径公差 外螺纹中径公差外螺纹小径公差图7-12外螺纹的公差带2梯形螺纹的基本偏差GB 5796.42005对内螺纹大、中、小径(D4，D2，D1),只规定了一种公差带位置 H，即基本偏差 EI为零，见图7-11所示。对外螺纹大、小径(d，d3)也只规定了一种公差带位置 h，基本偏差 es为零。而对中径(d2)则规定了 h、e、c三种公差带位置，其中 h位置的基本偏差 es为零，e 、c位置的基本偏差 es为负值，见图7-12。3旋合长度旋合长度按梯形螺纹公称直径和螺距的大小分为N、L两组。N为中等旋合长度,;L为长旋合长度.旋合长度数值见相关国家标准。743 梯形螺纹精度与公差带的选用梯形螺纹精度由旋合长度和公差带共同构成，据此梯形螺纹精度分有中等和粗糙两个精度级别，见表7-9及表7-10。表7-9 内螺纹推荐公差带图公差精度中径公差带NL中等7e8e粗糙8c9c表7-10 外螺纹推荐公差带图公差精度中径公差带NL中等7H8H粗糙8H9H由于标准对内螺纹小径D1和外螺纹大径d都只规定了一种公差带（4H，4h），外螺纹小径公差带位置只有h而公差等级数与外螺纹中径组合的公差等级数相同，故梯形螺纹公差带的选择是指中径公差带的选择。选择梯形螺纹公差带时，通常选中等精度级和中等旋合长度，只有当要求不高时，才选粗糙精度级。当有强度、平稳性要求时，可选长旋合长度。一般情况下，应选表7-9及表7-10规定的选用公差带。74 梯形螺纹的标记梯形螺纹的标记由梯形螺纹代号、公差带代号及旋合长度代号组成。梯形螺纹代号由表示梯形螺纹特征的字母“ Tr”和表示梯形螺纹直径与螺距的数字组成，当旋合长度为长旋合长度时，应将组别代号L写在公差带代号的后面，并用“”隔开。内外螺纹及螺纹副的标记见示例为： 内螺纹 外螺纹： 在装配图中,梯形螺纹的公差带要分别注出内外螺纹的公差带代号,前面是内螺纹公差带代号,后面是外螺纹公差带代号,中间用斜线分开. 螺纹副： 多线螺纹的顶径公差和底径公差与单线螺纹相同,多线螺纹的中径公差等于具有相同螺距单线螺纹的中径公差(见表7-3)乘以修正系数,修正系数见表7-10。线数2345修正系数1.121.251.41.6 图7-10 多线螺纹的中径公差修正系数75 螺纹的检测螺纹的测量方法可分为综合检验和单项测量两类。751 综合检验综合检验主要用于检验只要求保证可旋合性的螺纹，用按泰勒原则设计的螺纹量规对螺纹进行检验，适用于成批生产。螺纹量规有塞规和环规（或卡规）之分，塞规用于检验内螺纹，环规（或卡规）用于检验外螺纹。螺纹量规的通端用来检验被测螺纹的作用中径，控制其不得超出最大实体牙型中图713 用螺纹量规检验外螺纹径，因此它应模拟被测螺纹的最大实体牙型，并具有完整的牙型，其螺纹长度等于被测螺纹的旋合长度。螺纹量规的通端还用来检验被测螺纹的底径。螺纹量规的止端用来检测被测螺纹的实际中径，控制其不得超出最小实体牙型中径。为了消除螺距误差和牙型半角误差的影响，其牙型应做成截短牙型，而且螺纹长度只有23.5牙。内螺纹的小径和外螺纹的大径分别用光滑极限量规检验。图7-13和图7-14分别表示用螺纹量规检验外螺纹和内螺纹的情况。752 单项测量螺纹的单项测量是指分别测量螺纹的各项几何参数，主要是中径、螺距和牙型半角。螺纹量规、螺纹刀具等高精度螺纹和丝杠螺纹均采用单项测量方法，对普通螺纹作工艺分析时也常进行单项测量。单项测量螺纹参数的方法很多，应用最广泛的是三针法和影像法。图714用螺纹量规检验内螺纹1三针法三针法主要用于测量精密外螺纹的单一中径（如螺纹塞规、丝杠螺纹等）。测量时，将三根直径相同的精密量针分别放在被测螺纹