第九章螺纹公差及检测

第九章螺纹公差与检测,基本内容：1、螺纹的种类和使用要求；2、普通螺纹的主要几何参数；3、螺纹几何参数偏差对互换性影响；4、普通螺纹的精度设计.,一、螺纹的分类及使用要求,螺纹结合在机电产品中应用十分广泛，它是由相互结合的内、外螺纹组成。内、外螺纹通过相互旋合及牙侧面的接触作用，实现零件间的联结、紧固及相对位移等功能。,第一节概述,螺纹按其用途可分为三类,紧固螺纹,传动螺纹,紧密螺纹,用于紧固或连接零件，如公制普通螺纹等。这是使用最广泛的一种螺纹结合。对这种螺纹结合的主要要求是可旋合性和连接的可靠性。,用于传递动力或精确的位移，如丝杆等。对这种螺纹结合的主要要求是传递动力的可靠性，或传动比的稳定性（保持恒定）。这种螺纹结合要求有一定的保证间隙，以便传动及贮存润滑油。,用于密封的螺纹结合，对这种螺纹结合的主要要求是结合紧密，不漏水、漏气和漏油，如管螺纹的连接。,除上述三类螺纹外，还有一些专门用途的螺纹，如石油螺纹、气瓶螺纹、灯泡螺纹以及轮胎气门芯螺纹等等。,二、螺纹部分术语及定义,普通螺纹的基本牙型是削去原始三角形顶部和底部所形成的，是内、外螺纹共有的理论牙型。它是确定螺纹设计牙型的基础。,1.基本牙型,相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离称为螺距；同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上，对应两点间的轴向距离称为导程。,2.螺距P与导程Ph,3.原始三角形高度H,4.牙型高度5H/8,与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱的直径。普通螺纹大径的基本尺寸为螺纹的公称直径。外螺纹的大径d又称为顶径；内螺纹的大径D又称为底径。,5.大径D或d,与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径。外螺纹的小径d1又称为底径；内螺纹的小径D1又称为顶径。,6.小径D1或d1,外螺纹最大小径，应小于螺纹环规通端的最小小径。以保证通端螺纹环规能通过。,7.外螺纹最大小径D3max,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。该假想圆柱称为中径圆柱。在基本牙型上，该圆柱的母线正好通过牙型上沟槽和凸起宽度等于1/2基本螺距的地方。,8.中径D2或d2,一个假想圆柱的直径。该圆柱的母线通过牙型上沟槽宽度等于1/2基本螺距的地方。由于该直径在槽宽为固定值处测量，因此测量方便，而且还可以有效地控制中径本身的尺寸，是最实用的中径尺寸。,9.单一中径D2s或d2s,当螺距无误差时，螺纹的中径就是螺纹的单一中径。但螺距有误差时，单一中径与中径是不相等的，如图所示。,在螺纹牙型上，两相邻牙侧间的夹角称为牙型角。普通螺纹的牙型角=60。牙型角的一半称为牙型半角/2。,10.牙型角和牙型半角/2,在螺纹牙型上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角。1表示左牙侧角、2表示右牙侧角，普通螺纹的基本牙侧角1=2=30。,11.螺纹旋合长度两个相互配合的螺纹沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度。12.螺纹最大实体牙型由设计牙型和各直径的基本偏差和公差所决定的最大实体状态下的螺纹牙型。13.螺纹最小实体牙型由设计牙型和各直径的基本偏差和公差所决定的最小实体状态下的牙型。,影响螺纹结合互换性的主要几何参数误差有大径误差、中径误差、小径误差和螺距误差、牙型半角误差。,三、螺纹几何参数误差对螺纹互换性的影响,由于螺纹旋合后主要是依靠螺牙侧面工作，如果内、外螺纹的牙侧接触不均匀，就会造成负荷分布不均，势必降低螺纹的配合均匀性和联接强度。因此对螺纹互换性影响较大的参数是中径、螺距和牙型半角。,内、外螺纹加工后,外螺纹的大径和小径要分别小于内螺纹的大径和小径，才能保证旋合性。,1中径偏差的影响：,中径偏差是指中径的实际尺寸(以单一中径体现)与基本尺寸之代数差。就外螺纹而言，中径若比内螺纹大，必然影响旋合性；若过小，则会使牙侧间的间隙增大，联接强度降低。要控制螺纹的中径偏差。国标中规定了普通螺纹的中径公差。,2螺距偏差的影响：,螺距偏差可分为单个螺距偏差和螺距累积偏差两种。单个螺距偏差：是指单个螺距的实际值与其基本值之代数差，它与旋合长度无关。螺距累积偏差：是指在规定的螺纹长度内，任意两同名牙侧与中径线交点间的实际轴向距离与其基本值的最大差值，它与旋合长度有关。螺距累积偏差对互换性的影响更为明显。,如图所示，假设内螺纹具有基本牙型，仅与存在螺距偏差的外螺纹结合。外螺纹N个螺距的累积误差为P(m)。内、外螺纹牙侧产生干涉而不能旋合。为防止干涉，为使具有P的外螺纹旋入理想的内螺纹,就必须使外螺纹的中径减小一个数值fp(m)。,螺距累积偏差对旋合性的影响示例：,螺距累积偏差对旋合性的影响示例：,同理，假设外螺纹具有基本牙型，与仅存在螺距偏差的内螺纹与其结合。设在N个螺牙的旋合长度内，内螺纹存在P。为保证旋合性，就必须将内螺纹中径增大一个数值fp。fp就是为补偿螺距累积误差而折算到中径上的数值，称为螺距误差的中径当量。两种情况下的当量计算公式为：,3牙型半角偏差的影响：,牙型半角偏差是指牙型半角的实际值对公称值的代数差，是螺纹牙侧相对于螺纹轴线的位置误差。对螺纹的旋合性和联接强度均有影响。牙型半角偏差对旋合性的影响如图所示。,牙型半角偏差对旋合性影响示例：,外螺纹：外螺纹存在牙型半角偏差时，必须将外螺纹牙型沿垂直螺纹轴线的方向下移，从而使外螺纹的中径减小一个数值f/2。内螺纹：内螺纹存在牙型半角偏差时，必须将内螺纹中径增大一个数值f/2，该值称为牙型半角偏差的中径当量。牙型半角偏差的计算公式如教材P159所示。,作用中径：在旋合时，在旋合长度内实际起作用的中径。作用中径的度量：在规定的旋合长度内，恰好包容实际外（内）螺纹的一个理想内（外）螺纹的中径称为外（内）螺纹作用中径d2m（D2m），它可以表达为：外螺纹：内螺纹：,4普通螺纹实现互换性的条件,中径公差：,对于普通螺纹，影响其互换性的主要参数是中径、螺距和牙型半角。由于螺距偏差和牙型半角偏差对螺纹互换性的影响均可以折算成中径当量，并与中径尺寸偏差形成作用中径。考虑到作用中径的存在，可以不单独规定螺距公差和牙型半角公差，而仅规定一项中径公差，用以控制中径本身的尺寸偏差、螺距偏差和牙型半角偏差的综合影响。,螺纹中径合格性判断原则：,由于作用中径的存在以及螺纹中径公差的综合性，因此中径合格与否是衡量螺纹互换性的主要依据。判断中径的合格性应遵循泰勒原则:实际螺纹的作用中径不允许超出最大实体牙型的中径，任何部位的单一中径不允许超出最小实体牙型的中径。用表达式即为：外螺纹：内螺纹：,螺纹中径合格性判断示例：,例有一螺栓M2426h，中径基本尺寸d2=22.701mm，测得其单一中径d2S=22.5mm，螺距误差P=+35m，牙型半角误差/2（左）=-30，/2（右）=+65，试判断其合格性。解：1）查附表9-49-7，得：中径上偏差es=0中径公差Td2=170m，经计算可得外螺纹中径极限尺寸d2max=22.701mm，d2min=22.531mm.2）计算螺距累积偏差和牙型半角误差的中径当量及作用中径为fP=1.73235m=0.061mmfa/2=0.0732（3-30+265）m=0.032mmd2m=22.5+0.061+0.032=22.593mm3）判断合格性d2m=22.593mmd2max=22.701mm，d2S=22.5mmd2min=22.531mm，故该螺纹中径不合格。,第二节普通螺纹的公差及基本偏差,一、螺纹公差,从互换性的角度来看，螺纹的基本几何要素有五个，即大径、小径、中径、螺距和牙侧角。但普通螺纹在内、外螺纹配合以后，在大径之间和小径之间实际上都是有间隙的，对螺距和牙侧角不单独规定公差，而是用中径公差来综合控制。这样，在普通螺纹中，为了满足互换性的要求，就只须规定大径、中径和小径公差。但由于外螺纹和内螺纹的底径（d1和D）是在加工时和中径一起由刀具切出，其尺寸由刀具保证，因此也不规定公差。,这样在螺纹公差标准中，就只规定了d、d2和D2、D1的公差。,二、普通螺纹的基本偏差,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)。外螺纹下偏差：eiesT内螺纹上偏差：ESEIT式中，T是螺纹公差。,在普通螺纹标准中，对内螺纹规定了两种公差带位置，其基本偏差分别为G、H；,对外螺纹规定了四种公差带位置，其基本偏差分别为e、f、g、h。,第三节标准推荐的公差带及其选用,用标准规定的各种基本偏差、顶径公差和中径公差可以组成很多种公差带。若不加以限制就会使螺纹公差带种类繁多，给组织专业化生产带来困难。为此，标准规定了内、外螺纹的选用公差带。,标准中将螺纹的旋合长度分为三组，即短旋合长度（S）、中等旋合长度(N)和长旋合长度(L)。一般采用中等旋合长度。螺纹的旋合长度与螺纹的精度密切相关。旋合长度增加，螺纹牙侧角误差和螺距累积误差就可能增加，要求同样的中径公差值加工就会更困难。所以，衡量螺纹的精度应包括旋合长度。,内、外螺纹选用的公差带可以任意组合，为了保证足够的接触高度，加工好的内、外螺纹最好组成H/g、Hh或Gh的配合。一般情况采用最小间隙为零的H/h配合；对用于经常拆卸、工作温度高或需涂镀的螺纹，通常采用H/g或G/h具有保证间隙的配合。,第四节螺纹标记,普通螺纹的完整标记由螺纹代号、螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号所组成。,在装配图上，内、外螺纹公差带代号用斜线分开，左边表示内螺纹公差带代号，右边表示外螺纹公差带代号,如:M6-6H/6g。举例：外螺纹：M205g6gS内螺纹：M201.5左6H内外螺纹配合时：M2026H/5g6gS,螺纹是多参数零件，有综合检验和单项测量两种检测方法。,第六节螺纹检测,一、综合检验,综合检验是指检验螺纹上各参数误差的综合质量是否符合螺纹标注要求的测量，也称性能检验，适用于检验大批量生产的精度不太高的螺纹。,生产中，主要用螺纹极限量规来作综合检验。螺纹极限量规分为“通规”和“止规”。通规控制被测螺纹的作用中径不超过最大实体牙型的中径（d2max或D2min），同时控制被测螺纹的外螺纹小径或内螺纹的大径不超过其最大实体尺寸（d1max或Dmin）。止规控制被测螺纹的实际中径不超过最小实体牙型的中径（d2min或D2max）。,量规的设计要根据“泰勒原则”，即通规要具有完整的形状，以便能同时检查最大实体状态时的全部参数；止规用于分别检查最小实体状态时螺纹的各个参数。,检验时，若通规能通过（内螺纹）或旋合（外螺纹）被测螺纹，止规不能通过（内螺纹）或不能完全旋合（外螺纹），则被测螺纹是合格的。检查外螺纹，最好使用通端螺纹环规，一般只在为了节省时间、检验方便以及在不宜采用螺纹环规进行大量检查的情况下，才使用通端螺纹卡规。在使用通端螺纹卡规进行大量检查时，要用通端螺纹环规作随机抽样的补充检查，发生争议时，用通端螺纹环规（最好用固定式螺纹环规）进行仲裁。,综合检验除采用量规外，还可采用投影仪测量，即将被测螺纹的放大图与螺纹公差放大图比较，根据影像是否超出公差带图来判断其合格性。,二、单项测量,单项测量是指对螺纹的几何要素分别进行测量，量具或量仪测量螺纹每个参数（主要有中径、螺距和牙型半角，其次为顶径和底径，有时还要测量平底的形状）。这种方法可以找出螺纹不合格的原因或分析各项误差，用以指导生产，又称分析测量。单项测量适用于单件、小批量生产，尤其是精密螺纹（螺纹刀具、螺纹量规等）的测量。,低精度外螺纹的中径常用螺纹千分尺测量。螺纹千分尺可以通过将外径千分尺