章普通螺纹结合的互换性及其检测

1、课 题： 第 十 章普通螺纹结合的互换性及其检测学 时：课 次：目的要求：1、了解普通螺纹的使用要求、主要几何参数及其对互换性的影响；2、理解作用中径的概念和中径合格性判断原则；3、掌握国家标准有关普通螺纹公差等级和基本偏差的规定；4、初步掌握普通螺纹公差与配合的选用和正确标注；5、了解螺纹常用的检测方法。重 点：1、作用中径的概念和中径合格性判断原则；2、国家标准有关普通螺纹公差等级和基本偏差的规定；3、普通螺纹公差与配合的选用和正确标注。难 点：1、作用中径的概念和中径合格性判断原则；2、普通螺纹公差与配合的选用和正确标注。教学方法：讲授教学内容: 一、概述1、螺纹的种类与使用要求；2、普

2、通螺纹的基本牙型和主要几何参数。二、螺纹几何参数误差对互换性的影响1、螺距误差对互换性的影响；2、牙型半角误差对互换性的影响；3、中径误差对互换性的影响；4、螺纹作用中径和中径合格性判断原则。三、螺纹公差与配合及其选用1、普通螺纹的公差带；2、螺纹的旋合长度与精度等级及其选用；3、螺纹公差带与配合的选用；4、螺纹在图样上的标注；5、应用举例。四、螺纹检测1、综合检验；2、单项测量。课外作业：参见习题集第十章 普通螺纹结合的互换性及其检测第一节 概 述 螺纹结合在机械制造和仪器制造中应用广泛。它是由相互结合的内、外螺纹组成，通过相互旋合及牙侧面的接触作用来实现零部件见的连接、紧固和相对位移等功能

3、。一、螺纹的种类和使用要求 螺纹结合按用途分为三类：1、紧固螺纹用于紧固和连接零件，其牙型为三角形，如公制普通螺纹，这是使用最广泛的一种螺纹结合，对它的使用要求是可旋合性和连接的可靠性。2、传动螺纹用于传递动力和位移。其牙型为梯形、三角形、锯齿形等。对它的使用要求是传递动力的可靠性，传动比要稳定，有一定的保证间隙，以便传动和储存润滑油。3、紧密螺纹用于密封的螺纹连接，如连接管道用的螺纹。对它的使用要求是结合紧密，不漏水、气或油。本章主要介绍应用最广泛的公制普通螺纹的公差和配合及其应用。二、普通螺纹的基本牙型和主要几何参数普通螺纹的基本牙型如图101所示，它是在高为H的等边三角形（即原始三角形）

4、上截去其顶部和底部而形成的。图101 普通螺纹的基本牙型普通螺纹的主要几何参数有：1、大径（D或d）大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱的直径。D表示内螺纹的大径，d表示外螺纹的大径。国家标准规定，普通螺纹的公称直径是指螺纹大径的基本尺寸。2、小径（D1或d1）小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径。D1表示内螺纹的小径，d1表示外螺纹的小径。为方便起见，外螺纹或内螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径（即外螺纹的大径d或内螺纹的小径D1）又称为顶径。与外螺纹或内螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径（即外螺纹的小径d1或内螺纹的大径D）又称为底径。3、中径（D2或d2）中径是一个假想圆柱

5、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。注意：普通螺纹的中径不是大径和小径平均植。中径的大小决定了螺纹牙侧相对与轴线的径向位置。因此，中径是螺纹公差与配合中的主要参数之一。在同一螺纹配合中，内、外螺纹的中径、大径和小径的基本尺寸对应相同。4、单一中径（D2s或d2s）单一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宽度等于基本螺距一半P/2的地方，如图102所示。当螺距无误差时，中径就是单一中径；当螺距有误差时，则两者不相等。单一中径检测简便，可用三针法测得，通常把单一中径近似看作实际中径（D2a或d2a）。图102 单一中径5、螺距（P）和到程（L）螺距是指相邻两牙在

6、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的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。对单线螺纹，导程等于螺距；对多线螺纹，导程等于螺距与螺纹线数n的乘积，L=nP。螺距应按国家标准规定的系列选用，普通螺纹的螺距分粗牙和细牙两种。6、牙型角（a）和牙型半角（a/2）牙型角是指在螺纹牙型上，相邻两牙侧间的夹角。普通螺纹的理论牙型角a=60。牙型半角是指牙型角的一半，普通螺纹的理论牙型半角a/2=30。牙型半角的大小和倾斜方向会影响螺纹的旋和性和接触面积，故牙型半角a/2也是螺纹公差与配合的主参数之一。7、螺纹旋和长度螺纹旋和长度是指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。8、

7、螺纹升角()螺纹升角是指在中径圆柱上，螺旋线的切线与垂直与螺纹轴线的平面的夹角。螺纹升角可用下式计算：tan)=第二节 螺纹几何参数误差对互换性的影响螺纹连接的互换性要求，是指装配过程的可旋合性以及使用过程中连续的可靠性。影响螺纹互换性的几何参数有五个，即螺纹的大径、中径、小径螺距和牙型半角。由于螺纹的大径和小径处均留有间隙，一般不会影响其配合性质，而内、外螺纹连接是依靠它们旋合以后牙侧面接触的均匀性来实现的。因此，影响螺纹互换性的主要参数是螺距、牙型半角和中径。一、螺距误差对互换性的影响螺距误差包括局部误差（）和累积误差（），后者与旋合长度有关，是主要影响因素。为了便于分析，假设内螺纹具有理

8、想牙型，外螺纹的中径及牙型半角均无误差，仅存在螺距误差，并假设在旋合长度内，外螺纹有螺距累积误差，如图103所示。显然，在这种情况下，这对螺纹因产生干涉（图中阴影部分）而无法旋合。图103 螺距误差为了使有螺距误差的外螺纹可旋入具有理想牙型的内螺纹，应把外螺纹的中径d2减小一个数值至（图中细实线）。同理，当内螺纹有螺距误差时，为了保证可旋合性，应把内螺纹的中径加大一个数值。这个值是补偿螺距误差的影响而折算到中径上的数值，被称为螺距误差的中径补偿值。从abc中可知： 对于牙型角的普通螺纹 fp=1.732|由于不论正或负，都影响旋合性（只是干涉发生在左、右牙侧面的不同而已），故取绝对值。二、牙型

9、半角误差对互换性的影响牙型半角误差是指实际牙型半角与理论牙型半角之差。它是螺纹牙侧相对于螺纹轴线的方向误差，它对螺纹的旋合性和连接强度均有影响。假设内螺纹具有基本牙型，外螺纹中径及螺距与内螺纹相同，仅牙型半角有误差（）。此时，内、外螺纹旋合时牙侧将发生干涉，不能旋合。为了保证旋合性，必须将内螺纹中径增大一个数值。这个值是补偿牙型半角误差的影响而折算到中径上的数值，被称为牙型半角误差的中径补偿值。=0.073P（|+|）式中，、为半角误差，单位为（）；，为修正系数，其值为：对外螺纹，当牙型半角误差为正值时，（或）取2，当牙型半角误差为负值时，（或）取3；对内螺纹，当牙型半角误差为正值时，（或）取

10、3，当牙型半角误差为负值时（或）取2。三、中径误差对互换性的影响螺纹中径在制造过程中不可避免地会出现一定的误差，即单一中径对其公称中径之差。如仅考虑中径的影响，那么只要外螺纹中径小于内螺纹中径就能保证内、外螺纹的旋合性，反之就不能旋合。但如果外螺纹中径过小，内螺纹中径又过大，则会降低连接强度。所以，为了确保螺纹的旋合性，中径误差必须加以控制。四、螺纹作用中径和中径合格性判断原则 1.作用中径（D2m、d2m）螺纹的作用中径是指在规定的旋合长度内，恰好包容实际螺纹的一个假想螺纹的中径。此假想螺纹具有基本牙型的螺距、半角以及牙型高度，并在牙顶和牙底处留有间隙，以保证不与实际螺纹的大、小径发生干涉，

11、故作用中径是螺纹旋合时实际起作用的中径。当外螺纹存在螺距误差和牙型半角误差时，只能与一个中径较大的内螺纹旋合，其效果相当于外螺纹的中径增大。这个增大了的假想中径叫做外螺纹的作用中径d2m。它等于外螺纹的实际中径与螺距误差及牙型半角误差的中径补偿值之和。即： d2m=d2a+同理，当内螺纹存在螺距误差及半牙型半角误差时，只能与一个中径较小的外螺纹旋合，其效果相当于内螺纹的中径减小了。这个减小了的假想中径叫做内螺纹的作用中径D2m。它等于内螺纹的实际中径与螺距误差及牙型半角误差的中径补偿值之差。即: D2m=D2a- 显然，为了使相互结合的内、外螺纹能自由旋合，应保证D2m大于等于d2m。2.螺纹

12、中径合格性的判断原则国家标准没有单独规定螺距和牙型半角公差，只规定了内、外螺纹的中径公差（TD2、Td2），通过中径公差同时限制实际中径、螺距及牙型半角三个参数的误差，如图104所示。由于螺距和牙型半角误差的影响均可折算为中径的补偿值，因此只要规定中径公差就可以控制中径本身的尺寸偏差、螺距误差和牙型半角误差的共同影响。可见，中径公差是一项综合公差。判断螺纹中径合格性的准则应遵循泰勒原则，即螺纹的作用中径不能超越最大实体牙型的中径；任意位置的实际中径（单一中径）不能超越最小实体牙型的中径。所谓最大与最小实体牙型是指在螺纹中径公差范围内，分别具有材料量最多和最少且与基本牙型形状一致的螺纹牙型。对外

13、螺纹：作用中径不大于中径最大极限尺寸；任意位置的实际中径不小于中径最小极限尺寸。即 d2md2max d2ad2min 对内螺纹：作用中径不小于中径最小极限尺寸；任意位置的实际中径不大雨中径最大极限尺寸。即 D2mD2min D2aD2max第三节 螺纹的公差与配合及其选用一、普通螺纹的公差带螺纹公差带与尺寸公差带一样，也是由其大小（公差等级）和相对于基本牙型的位置（基本偏差）所组成。国家标准GB1971981规定了螺纹的公差带。1.公差等级螺纹公差带的大小由公差值确定，并按公差值大小分为若干等级，见表102(见教材)。其中，6级是基本级，3级是公差最小，精度最高；9级精度最低。因为内螺纹加工

14、较困难，所以在同一公差等级中，内螺纹中径公差比外螺纹公差大32左右。国家标准对内螺纹的大径和外螺纹的小径均不规定具体公差值，而只规定内、外螺纹牙底实际轮廓的任何点均不能超越按基本偏差确定的最大实体牙型。2.基本偏差基本偏差是指公差带两极限偏差中靠近零线的那个偏差。它确定了公差带相对基本牙型的位置。内螺纹的基本偏差是下偏差（EI），外螺纹的基本偏差是上偏差（es）。国家标准对内螺纹规定了两种基本偏差，其代号为G、H如图105a、b所示。国家标准对内螺纹规定了四种基本偏差，其代号为e,f,g,h。对小径只规定了最大极限尺寸，如图105c、d所示。二、螺纹的旋合长度与精度等级及其选用1.螺纹的旋合长

15、度及其选用GB1971981按螺纹公称直径和螺距规定了长、中、短三种旋合长度，分别用代号L、N、S表示。设计时一般选用中等旋合长度N，只有当结构或强度上需要时，才选用短旋合长度S或长旋合长度L。2.螺纹的精度等级及其选用螺纹的精度不仅与螺纹直径的公差等级有关，而且与螺纹的旋合长度有关。当公差等级一定时，旋合长度越长，加工时产生的螺距累积误差（）和牙型半角误差（）就可能越大，加工就越困难。因此，公差等级相同而旋合长度不同的螺纹的精度等级也就不相同。GB1971981按螺纹的公差等级和选合长度规定了三种精度等级，分别称为精密级、中等级和粗糙级。螺纹精度等级的高低，代表了螺纹加工的难易程度。同一精度

16、等级，随着旋合长度的增加，螺纹的公差等级相应降低。精密级用于精密连接螺纹，要求配合性质稳定，配合间隙变动较小，需要保证一定的定心精度的螺纹连接，如飞机零件的螺纹可采用4H、5H内螺纹与4h外螺纹相配合。中等级用于一般的螺纹连接。粗糙级用于对精度要求不高或制造比较困难的螺纹连接，如深盲孔攻丝或热轧棒上的螺纹。三、螺纹公差带与配合的选用在选用螺纹的公差与配合时，根据使用要求，将螺纹的公差等级和基本偏差相结合，可得到各种不同的螺纹公差带。内、外螺纹的各种公差带可以组成各种不同的配合。在生产中，为了减少螺纹刀具和螺纹量规的规格和数量，GB1971981规定了内、外螺纹的选用公差带。 其中有11种内螺纹

17、公差带和13种外螺纹公差带可任意组成各种配合。为了保证足够的接触高度，内、外螺纹最好组成H/g、H/h或G/h的配合。选择时主要考虑以下几种情况：（1）为了保证旋合性，内、外螺纹应具有较高的同轴度，并有足够的接触高度和结合强度，通过常采用最小间隙为零的配合（H/h）。（2）需要拆卸容易的螺纹，可选用较小间隙的配合（H/g或G/h）。（3）需要镀层的螺纹，其基本偏差按所需镀层厚度确定。需要涂镀的除外，当镀层厚度为10um时可采用g，当镀层厚度为20um时可采用f，当镀层厚度为30um时可采用e。当内、外螺纹均需要涂镀时，则采用G/e或G/f的配合。（4）在高温条件下工作的螺纹，可根据装配时和工作

18、时的温度来确定适当的间隙和相应的基本偏差，留下有间隙以防螺纹卡死。一般常用基本偏差e。如汽车上用的M141.25规格的火花塞。温度相对较低时，可用基本偏差g。四、螺纹在图样上的标注 完整的螺纹标记由螺纹代号、公差直径、螺距、螺纹公差代号和螺纹旋合长度代号（或数值）组成，各代号间用“-”隔开。螺纹公差带代号包括中径公差带代号和顶径公差带代号。若中径公差带代号和顶径公差带代号不同，则应分别注出，前者为中径，后者为顶径。若中径和顶径公差带代号相同，则合并标注一个即可。旋合长度代号除“N”不注出外，对于短或长旋合长度，应注出代号“S”或“L”，也可以直接用数值注出旋合长度值。基本偏差代号小写为外螺纹，

19、大写为内螺纹。1.在零件图上例如 M10 5H 6H L M101左 6g 102.在装配图上例如 M202 6H/5g6g螺纹标记在图样上标注时，应标注在螺纹的公称直径（大径）的尺寸线上。五、应用举例螺纹M24-6H与M24-6h分项测量的结果为：内螺纹D2a=22.200mm,P=25m, 1/2=-60, 2/2=+70。外螺纹d2a=21.900mm, P=40m, 1/2=-70, 2/2=-30。试求：（1）内螺纹中径是否合格。（2）外螺纹中径是否合格。（3）查出内、外螺纹所需旋合长度的范围。（4）作出公差带图。解：（1）查表10-1（教材），M24-6H的螺距P=3mm，中径D2

20、=22.051mm。查表10-3（教材），中径公差TD2=265m；查表10-4（教材），中径下偏差EI=0。中径的极限尺寸：D2max=22.316mm,D2min=22.051mm内螺纹的作用中径：D2m=D2a-(p+a/2) 根据中径合格性的判断原则（泰勒原则）：因为D2a=22.200mm,D2max=22.316mm,D2m=22.085mm,D2min=22.051mm所以D2aD2min故内螺纹中径合格。（2）查表10-1（教材），M24-6h的螺距P=3mm,中径d2=22.051mm。查表10-3（教材），中径公差Td2=200m,查表10-4（教材），中径上偏差es=0。

21、中径的极限尺寸：d2max=22.051mm,d2min=21.851mm外螺纹的作用中径：d2m=d2a-(fp+fa/2) 根据中径合格性的判断原则：因为d2a=21.900mm,d2max=22.051mm,d2m=22.035mm,d2min=21.851mm所以d2ad2min,d2m1236mm。（4）内、外螺纹的公差带图如图10-6所示。第四节 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。一、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