第9章-螺纹结合的互换性幻灯片.ppt

第9章螺纹结合的互换性 本章内容 9 1螺纹结合的基本概念 1 9 2影响螺纹互换性的因素 2 9 3普通螺纹公差 3 9 1螺纹结合的基本概念 9 1 1螺纹的种类螺纹在机电设备和仪器仪表中应用极为广泛 种类很多 按用途 分为紧固螺纹 传动螺纹 密封螺纹以及特殊用途的螺纹 按螺纹所在表面的形状 分为圆柱螺纹和圆锥螺纹 按螺纹牙型 分为三角形 梯形 矩形 锯齿形 圆弧形和双圆弧形 此外 螺纹还有左旋与右旋 单线与多线 粗牙与细牙以及米制和英制之分 9 1 2螺纹结合的使用要求 1 普通螺纹的使用要求普通螺纹主要用于紧固和联结件 通常也称为紧固螺纹 这种螺纹的使用要求是可旋合性和足够的联结强度 可旋合性 指用不大的力即可将内 外螺纹自由旋合 这就要求螺纹结合具有间隙 联结强度 指内 外螺纹旋合后承受载荷 横向或轴向载荷 静载荷或动载荷 的能力 普通螺纹是最普遍的一种 多采用三角形牙型的圆柱螺纹 有粗牙和细牙之分 细牙螺纹的联结强度高 自锁性好 一般用于薄壁零件或受交变载荷 冲击及振动作用的联结中 也用于精密机构的调整件上 2 传动螺纹的使用要求传动螺纹用于传递位移或动力 其牙型有梯形 矩形 锯齿形和双圆弧形 也有三角形的 传递位移的螺纹 主要用来传递精确位移 如机床进给机构中的丝杠和千分尺的测微丝杆 要求传递位移的精度高 传动灵活 所以螺纹结合应具有保证间隙 用以贮存润滑油 但间隙又不能过大 以免螺纹在反转时产生晃动和回程误差 传递动力螺纹 主要用来传递载荷 如千斤顶 压力机和轧钢机等的螺旋机构 要求具有足够大的强度和一定的间隙 而对位移的准确性没有严格的要求 3 紧密螺纹的使用要求紧密螺纹用于使两个零件紧密连接而无泄漏的结合 主要有管螺纹和锥螺纹 如在各种机械设备的液压 气动 润滑和冷却等管路系统中 管子与接头以及管子与机体联结用的螺纹 要求保证密封性 使内 外螺纹配合后在一定的压力下 管道内的流体不从螺牙间流出 即达到不漏液及不漏气的作用 9 1 3普通螺纹的基本牙型及主要参数 世界各国用于紧固联接的圆柱螺纹标准由三种体系 第一 英国惠氏Whitworth 牙形角为55 称为英制螺纹 第二 美国塞氏Sellers 牙形角为60 也称为英制螺纹 第三 法国米制螺纹 它的牙形角为60 称为米制螺纹 美国 英国 加拿大称为统一螺纹 unifiedscrewthread 而德国 法国 瑞士则称为国际米制螺纹 internationalmetricthreadsystem 三种螺纹不能互换 ISO米制螺纹是在国际米制螺纹的基础上制定的 已为世界上大多数国家所接受 我国采用的是米制螺纹 1 基本牙型 螺纹牙型 轴剖面内螺纹轮廓的形状基本牙型 以标准规定的削平高度 削去原始三角形的顶部和底部后得到的牙型 该牙型具有螺纹的基本尺寸 如下图所示 普通螺纹的基本牙型 大写字母为内螺纹 小写字母为外螺纹 2 几何参数 1 基本大径 D d 基本大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱的直径 国标规定 普通螺纹大径的基本尺寸为螺纹的公称直径尺寸 尺寸系列和螺距如表9 1所示 2 几何参数 2 基本小径 d1 D1 基本小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱体的直径 称为小径 2 几何参数 内螺纹的小径 D1 和外螺纹大径 d 又称为顶径 内螺纹大径 D 和外螺纹小径 d1 又称为底径 它们有下列关系 D1 d1 D 2 D 1 0825P 式中 H 原始三角形的高度 H P 螺距 2 几何参数 3 基本中径 d2 D2 基本中径是一个假想圆柱的直径 该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方 此直径称为中径 且D2 d2 中径有下列关系 D2 d2 D 2 2 几何参数 4 单一中径 d2a D2a 单一中径是指一个假想圆柱的直径 该圆柱的母线通过牙型上沟槽宽度等于螺距基本尺寸一半的地方 如下图所示 单一中径是按三针法测量中径定义的 在测量中常用来代替实际中径 普通螺纹中径与单一中径 2 几何参数 5 螺距与导程 P Ph 螺距是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离 导程是指在同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间轴向的距离 单线螺纹 导程等于螺距 多线螺纹 导程等于螺距与螺纹线数的乘积Ph nP n为线数 2 几何参数 6 牙型角与牙侧角 2 牙型角是指在螺纹牙型上 相邻两牙侧之间的夹角 普通螺纹的理论牙型角为60 牙侧角是指某一牙侧与螺纹轴线的垂线之间的夹角 普通螺纹的牙侧角为30 实际螺纹的牙型角正确并不一定说明牙侧角正确 7 螺纹升角 在中径圆柱上 螺旋线的切线与垂直与螺纹轴线的平面之间的夹角 它与螺距P和中径d2之间的关系为 tg 2 几何参数 8 螺纹旋合长度螺纹旋合长度是指两个互相配合的螺纹 沿螺纹轴线方向上相互旋合部分的长度 如下图所示 旋合长度L 9 2影响螺纹互换性的因素 要实现普通螺纹的互换性 必须满足对这类螺纹使用性能的要求 即保证良好的旋合性和足够的连接强度 螺纹顶径影响剪切面积 螺纹中径影响抗拉强度 螺纹底径则主要影响疲劳强度 决定螺纹连接强度的主要因素是结构设计 材质及热处理条件 除结构设计 材质等因素外 螺纹几何参数对螺纹联结强度有重要影响 因此 影响螺纹旋合性和连接强度主要因素有中径偏差 螺距偏差和牙侧角偏差 9 2 1中径偏差的影响 螺纹实际直径的大小直接影响螺纹结合的松紧 要保证螺纹结合的旋合性 就必须使内螺纹的实际直径大于或等于外螺纹的实际直径 但是 内螺纹实际小径不能过大 外螺纹实际大径不能过小 否则会使螺纹接触高度减小 导致螺纹连接强度不足 必须限制螺纹直径的实际尺寸 使之不过大 也不过小 在螺纹三个直径参数中 中径的实际尺寸的影响是主要的 它直接决定了螺纹结合的配合性质 中径偏差是指实际中径对其公称中径之差 即 D2 D2a D2 d2 d2a d2 9 2 2螺距偏差的影响 螺距偏差可分为局部偏差和螺距累积偏差 P 两种 螺距的局部偏差 P 在螺纹的全长上 任意单个实际螺距对公称螺距的最大值 螺距累积偏差 P 在规定长度内 任意个实际螺距对其公称值的最大差值 前者与旋合长度无关 后者与旋合长度有关 而且后者对螺纹的旋合性影响最大 因此必须加以限制 现假设内螺纹有理想的中径 半角 螺距 而外螺纹有正螺距误差 螺距偏差的中径当量fp 当外螺纹有累积误差 P 时 会造成理想内螺纹在牙侧部位发生干涉 则螺纹不能旋合 为保证旋合性 可将外螺纹的中径减小fp 或将内螺纹增大一个数值fp 这个fp就是补偿螺距偏差折算到中径上的数值 称为螺距偏差的中径当量 螺距偏差的中径当量 当 60 时 fp 1 732 P mmP 为螺距累积误差 之所以取绝对值 是由于 P 不论是正值或负值 影响旋合性的性质不变 只是改变牙侧干涉的位置 9 2 3牙侧角偏差的影响 若螺纹的牙型角正确 牙侧角不一定正确 而牙侧角偏差直接影响螺纹的旋合性和牙侧接触面积 因此 对其也应加以限制 设内螺纹具有理想牙形 外螺纹的中径和螺距与内螺纹相同 仅有牙侧角偏差 阴影部分就是干涉部分 牙侧角偏差的中径当量 9 2 4螺纹作用中径和螺纹中径合格性的判断原则 1 螺纹中径 综合 公差螺纹中径公差综合了螺纹中径加工误差 牙侧角偏差的中径补偿值和螺距误差的中径补偿值三项因素 对普通螺纹 不再给定螺距和牙侧角偏差的公差值 中径公差同时控制中径 螺距及牙侧角三项参数的偏差 即 外螺纹 Td2 fd2 fp f内螺纹 TD2 fD2 fp f式中 Td2 TD2 外 内螺纹中径综合公差fd2 fD2 外 内螺纹中径偏差 2 作用中径 D2fe d2fe 作用中径 在规定的旋合长度内 正好包容实际轮廓的一个理想螺纹的中径 9 2 4螺纹作用中径和螺纹中径合格性的判断原则 螺纹作用中径与单一中径 作用中径可按下式计算 外螺纹 d2fe d2a fp f 内螺纹 D2fe D2a fp f 式中 d2a 外螺纹的单一中径 代替实际中径 D2a 内螺纹的单一中径 代替实际中径 泰勒原则 3 中径合格性的判断原则 泰勒原则泰勒原则 实际螺纹作用中径应不超越最大实体中径 实际螺纹的单一中径不超越最小实体中径 用公式表示为 对外螺纹 d2fe d2maxd2a d2min即外螺纹中径最大极限尺寸控制作用中径 外螺纹中径最小极限尺寸控制实际中径 对内螺纹 D2fe D2minD2a D2max即内螺纹中径最小极限尺寸控制作用中径 内螺纹中径最大极限尺寸控制实际中径 9 3普通螺纹公差 GB T197 2003 普通螺纹公差 只对中径和顶径规定了公差 而对底径 内螺纹大径和外螺纹小径 没给公差 要求由加工的刀具控制 在螺纹加工过程中 由于旋合长度的不同 加工难易程度也不同 通常短旋合长度容易加工和装配 长旋合长度加工较难保证精度 也难保证配合性质 因此 螺纹公差精度由公差带及旋合长度构成 9 3 1普通螺纹公差带 普通螺纹公差带是在通过螺纹轴线平面上沿基本牙型的牙侧 牙顶和牙底分布的牙型公差带 由公差 公差带大小 和基本偏差 公差带位置 两个要素构成 在垂直于螺纹轴线方向上计量其基本大 中 小径的极限偏差和公差 标准规定 公差带的代号为T 内螺纹的上 下偏差代号为ES EI 外螺纹的上 下偏差代号为es ei 1 普通螺纹的公差普通螺纹公差带大小由公差值确定 而公差值大小取决于公差等级和公称直径 内 外螺纹的中径和顶径的公差等级如表9 3所示 3级公差值最小 精度最高 9级公差值最大 精度最低 其中6级为基本级 各级中径公差和顶径公差的数值见表9 4和表9 5 2 普通螺纹的基本偏差普通螺纹公差带的位置由其基本偏差确定 基本偏差为公差带两极限偏差中靠近零线的那个极限偏差 它确定了公差带相对基本牙型的位置 国标规定 内螺纹基本偏差是下偏差EI 有G H两种基本偏差 见下图 内螺纹的公差带位置 外螺纹基本偏差是上偏差es 规定有h g f和e四种基本偏差 见下图 内 外螺纹的中径 顶径和底径基本偏差数值相同 见表9 6 9 3 2螺纹的旋合长度与公差精度等级 国标中对螺纹旋合长度规定了短旋合长度 S 中等旋合长度 N 和长旋合长度 L 三组 国标按螺纹公差带和旋合长度规定了三种公差精度等级 从高到低分别为精密级 中等级和粗糙级 精密级 用于精密螺纹中等级 广泛用于一般的螺纹 粗糙级 用于不重要的螺纹以及制造困难的螺纹为了减少螺纹刀具和螺纹量规的规格和数量 必须对螺纹公差等级和基本偏差组合的种类加以限制 国标规定了普通螺纹的选用公差带如表9 7所示 表9 8为从标准中摘出的仅三个尺寸段的旋合长度值 9 3 3保证配合性质的其他技术要求 对于普通螺纹一般不规定形位公差 其形位误差不得超出螺纹轮廓公差带所限定的极限区域 仅对高精度螺纹规定了在旋合长度内的圆柱度 同轴度和垂直度等形位公差 它们的公差值一般不大于中径公差的50 并按包容要求控制 螺纹牙侧表面的粗糙度 主要按用途和公差等级来确定 可参考表9 9 9 3 4螺纹公差与配合的选用 1 螺纹公差精度与旋合长度的选用螺纹公差精度的选择主要取决于螺纹的用途 精密级 用于精密连接螺纹 需保证一定的定心精度中等级 用于一般用途的螺纹连接粗糙级 用于不重要的螺纹连接旋合长度的选择 通常选用中等旋合长度 N 对于调整用的螺纹 可根据调整行程的长短选取旋合长度 对于铝合金等强度较低的零件上螺纹 为了保证螺牙的强度 可选用长旋合长度 L 对于受力不大且受空间位置限制的螺纹 如锁紧用的特薄螺母的螺纹可选用短旋合长度 S 2 螺纹公差带与配合的选择对于大量生产的精制紧固螺纹推荐采用表9 7中带方框的粗体字公差带 其次选用一般字体公差带 加括号的公差带尽量不用 配合的选择 从保证足够的接触高度出发 完工后的螺纹最好组成H g H h G h配合 9 3 5螺纹的标记 普通螺纹的完整标记由螺纹特征代号 尺寸代号 公差带代号 旋合长度代号和旋向代号组成 例如 螺纹的标记 1 特征代号普通螺纹特征代号用字母 M 表示 2 尺寸代号包括公称直径 D d 导程 Ph 和螺距 P 的代号 对粗牙螺纹可省略标注其螺距项 1 单线螺纹的尺寸代号为 公称直径 螺距 2 多线螺纹尺寸代号为 公称直径 Ph导程 P螺距 如要需要说明螺纹线数时 可在P的数值后加括号用英语说明 如双线twostarts 螺纹的标记 3 公差带代号公差带代号是指中径和顶径公差带代号 中径公差带代号在前 顶径在后 如果中径和顶径公差带代号相同 只标一个公差带代号 1 标准规定 在下列情况下 最常用的中等公差精度的螺纹不标注公差带代号 公称直径D 1 4mm的5H D 1 6mm的6H和螺距P 0 2mm 其公差等级为4级的内螺纹 公称直径d 1 4mm的6h和d 1 6mm的6g的外螺纹 2 内外螺纹配合时 其公差带中间用斜线分开 左边为内螺纹公差带 右边为外螺纹公差带 螺纹的标记 4 旋合长度代号对短旋合和长旋合组要求在公差带代号后分别标注 S 和 L 与公差带代号间用半字线 分开 中等旋合长度不标注 N 5 旋向代号对于左旋螺纹 要在旋合长度代号后标注 LH 代号 与旋合长度代号间用半字线 分开 右旋螺