互换性与技术测量--第8章_螺纹结合的互换性

1、螺纹联结的精度设计与检测螺纹联结的精度设计与检测第第8章章8.1 8.1 概概 述述 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、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。零件间的联结、紧固及相对位移等功能。 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。纹结合。对这种螺纹结合的主要要求是可旋

2、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。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，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。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，如石油除上述三类

3、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。螺纹、气瓶螺纹、灯泡螺纹以及轮胎气门芯螺纹等等。 普通螺纹的基本牙型如图所示，它是削去原始三角形顶部和普通螺纹的基本牙型如图所示，它是削去原始三角形顶部和底部所形成的内、外螺纹共有的理论牙型。它是确定螺纹设计牙底部所形成的内、外螺纹共有的理论牙型。它是确定螺纹设计牙型的基础。型的基础。 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；内又称为顶径；内

4、螺纹的大径螺纹的大径D又称为底径。又称为底径。(1)大径大径(D 或或 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。外螺纹的小径小径d1又称为底径；内螺纹的小径又称为底径；内螺纹的小径D1又称为顶径。又称为顶径。(2)小径小径(D1 或或 d1) 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。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在基本牙型上，该圆柱的母线正好通过牙型上沟槽和凸

5、起宽度等于于1/2基本螺距的地方。基本螺距的地方。(3)中径中径(D2 或或 d2) (4)单一直径单一直径( 或或 ) 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。寸。2DYD2DYd 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

6、差时，单一中径与中径是不相等的，如图所示。误差时，单一中径与中径是不相等的，如图所示。 相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。(5)螺距螺距 P 在螺纹牙型上，两相邻牙侧间的夹角称为牙型角。普通螺纹在螺纹牙型上，两相邻牙侧间的夹角称为牙型角。普通螺纹的牙型角的牙型角 = 60。牙型角的一半称为牙型半角。牙型角的一半称为牙型半角 /2。 (6)牙型角牙型角 在螺纹牙型上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角。在螺纹牙型上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角。1 表示左表示左牙侧角、牙侧角、2 表示右牙侧角，普通螺纹的基本牙侧角表示右牙侧角，普通螺纹的基本牙侧角1 =

7、2 =30。(7)牙侧角牙侧角 1、2 (8)原始三角形高度原始三角形高度 H 由原始三角形顶点沿垂直于螺纹轴线方向到其底边的距离。由原始三角形顶点沿垂直于螺纹轴线方向到其底边的距离。(9)螺纹旋合长度螺纹旋合长度 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。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。(10)螺纹最大实体牙型螺纹最大实体牙型 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。的螺纹牙型。(11) 螺纹最小实体牙型螺纹最小实体牙型 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由

8、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。的牙型。8.2 8.2 普通螺纹几何参数误差普通螺纹几何参数误差 对互换性的影响对互换性的影响 影响螺纹结合互换性的主要几何参数误差有大径误差、中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、牙侧角误差。径误差、小径误差和螺距误差、牙侧角误差。 螺纹中径误差是指中径实际尺寸与中径基本尺寸之差。当外螺螺纹中径误差是指中径实际尺寸与中径基本尺寸之差。当外螺纹中径比内螺纹中径大就会影响螺纹的旋合性；反之，则使配合过纹中径比内螺纹中径大就会影响螺纹的旋合性；反之，则使配合过松而影响连接的可靠性和紧密性，削弱联

9、接强度，因此对中径误差松而影响连接的可靠性和紧密性，削弱联接强度，因此对中径误差必须加以限制。必须加以限制。 为了保证普通螺纹的旋合性，必须使内外螺纹在牙底和牙顶联为了保证普通螺纹的旋合性，必须使内外螺纹在牙底和牙顶联接处留有一定间隙，当外螺纹大径小于内螺纹大径、且外螺纹小径接处留有一定间隙，当外螺纹大径小于内螺纹大径、且外螺纹小径大于内螺纹小径时，内外螺纹才能旋合。因此，对内外螺纹的大径大于内螺纹小径时，内外螺纹才能旋合。因此，对内外螺纹的大径和小径尺寸必须加以限制。和小径尺寸必须加以限制。 对于普通螺纹，螺距误差会影响螺纹的旋合性和联接强度。对于普通螺纹，螺距误差会影响螺纹的旋合性和联接强

10、度。 为便于分析，假设内螺纹具有理想的牙型，外螺纹的中径及牙侧角为便于分析，假设内螺纹具有理想的牙型，外螺纹的中径及牙侧角与内螺纹相同，但是螺距有误差，并假设外螺纹的螺距大于内螺纹的螺与内螺纹相同，但是螺距有误差，并假设外螺纹的螺距大于内螺纹的螺距，在几个螺牙长度上，螺距累积误差为距，在几个螺牙长度上，螺距累积误差为 。 PL理论=nPL实际=nP1PFp/2内螺纹外螺纹 为使内、外螺纹能旋合，应把外螺纹的实际中径减小为使内、外螺纹能旋合，应把外螺纹的实际中径减小 值或把值或把内螺纹的实际中径增加内螺纹的实际中径增加 值。值。 值叫做螺距误差的中径当量。值叫做螺距误差的中径当量。 pfpfpf

11、cot()2pfP 对于牙型角对于牙型角 的公制普通螺纹的公制普通螺纹60Pfp732. 1 牙侧角误差同样会影响螺纹的旋合性和联接强度。牙侧角误差同样会影响螺纹的旋合性和联接强度。 为了便于分析，假设内螺纹具有理想的牙型，外螺纹的中径和螺距为了便于分析，假设内螺纹具有理想的牙型，外螺纹的中径和螺距与内螺纹相同，但是牙侧角有误差。当外螺纹的牙侧角小于或大于内螺与内螺纹相同，但是牙侧角有误差。当外螺纹的牙侧角小于或大于内螺纹的牙侧角时，在牙侧处将产生干涉（图中阴影线部分）。为使内、外纹的牙侧角时，在牙侧处将产生干涉（图中阴影线部分）。为使内、外螺纹能旋合，应把外螺纹的实际中径减小，或把内螺纹的实

12、际中径增加螺纹能旋合，应把外螺纹的实际中径减小，或把内螺纹的实际中径增加。 值叫做牙侧角误差中径当量。值叫做牙侧角误差中径当量。if33(1.5 0.291 1010)/sin(0.44)siniiifHH当外螺纹的牙侧角小于内螺纹的牙侧角时当外螺纹的牙侧角小于内螺纹的牙侧角时 实际螺纹往往同时存在中径、螺距和牙侧角误差，而三者对实际螺纹往往同时存在中径、螺距和牙侧角误差，而三者对旋合性均有影响。螺距和牙侧角误差对旋合性的影响，已由前面旋合性均有影响。螺距和牙侧角误差对旋合性的影响，已由前面分析可知，对于外螺纹，其效果相当于中径增大了；对于内螺纹，分析可知，对于外螺纹，其效果相当于中径增大了；

13、对于内螺纹，其效果相当于中径减小了。这个增大了或减小了的假想螺纹中径，其效果相当于中径减小了。这个增大了或减小了的假想螺纹中径，称为螺纹的作用中径。称为螺纹的作用中径。 GB/T 14791-1993对作用中径定义如下：在规定的旋合长度内，对作用中径定义如下：在规定的旋合长度内，恰好包络实际螺纹的一个假想螺纹的中径，这个螺纹具有理想的螺恰好包络实际螺纹的一个假想螺纹的中径，这个螺纹具有理想的螺距、半角以及牙型高度，并另在牙顶和牙底留有间隙，以保证包容距、半角以及牙型高度，并另在牙顶和牙底留有间隙，以保证包容时不与实际螺纹的大、小径发生干涉。时不与实际螺纹的大、小径发生干涉。 螺纹作用中径的值为

14、螺纹作用中径的值为22()ZYSJPiddff外螺纹外螺纹 内螺纹内螺纹 22()ZYSJPiDDff 因此，判断螺纹能否旋合的指标不是单一中径而是作用中径，因此，判断螺纹能否旋合的指标不是单一中径而是作用中径，也就是说要使螺纹能旋合，必须保证：也就是说要使螺纹能旋合，必须保证：22ZYZYDd 对于普通螺纹，国家标准没有单独规定螺距及牙型半角的公差，对于普通螺纹，国家标准没有单独规定螺距及牙型半角的公差，而只规定了一个中径总公差（而只规定了一个中径总公差（TD2，Td2 ），同时用来限制单一中径、），同时用来限制单一中径、螺距及牙侧角误差。螺距及牙侧角误差。 螺纹的作用中径不能超出最大实体牙

15、型的中径，而实际螺纹上螺纹的作用中径不能超出最大实体牙型的中径，而实际螺纹上任何部位的单一中径不能超出最小实体牙型的中径。任何部位的单一中径不能超出最小实体牙型的中径。 8.3 8.3 普通螺纹的公差与配合普通螺纹的公差与配合 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、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

16、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）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。此也不规定公差。 这样在螺纹公差标准中，就只规定了这样在螺纹公差标准中，就只规定了d、d2和和D2、D1 的公差。的公差。 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内、外螺纹的公差带相对于基本牙型的位置与

17、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，基本偏差是下偏差对于内螺纹，基本偏差是下偏差(EI)。 外螺纹下偏差：外螺纹下偏差： eiesT 内螺纹上偏差：内螺纹上偏差： ES EI T 式中，式中，T是螺纹公差。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。 用标准规定的各种基本偏

18、差、顶径公差和中径公差可以组成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差带 。 标准中将螺纹的旋合长度分为三组，即短旋合长度（标准中将螺纹的旋合长度分为三组，即短旋合长度（S）、）、中等旋合长度中等旋合长度(N)和长旋合长度和长旋合长度(L)。一般采用中等旋合长度。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，螺螺纹的旋合长度与螺

19、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。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、外螺纹最好组成高度，加工好的内、外螺纹最好组成H/g、Hh或或Gh的配合。一的配合。一般情况采用最小间隙为零的般情况采用最小间隙为零的H/h配合；对用于经常拆卸、工作温度高配合；对用于经常拆卸、工作温度高或需涂镀的螺纹

20、，通常采用或需涂镀的螺纹，通常采用H/g或或G/h具有保证间隙的配合。具有保证间隙的配合。 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内螺纹公差带代号，右边表示外螺纹公差带代号,如如:M6-6H/6g。8.4 8.4 螺纹的检测螺纹的检测 螺纹是多参数零件，有综合检验和单项测螺纹是多参数零件，有综合检验和单项测量两种检测方法。量两种检测方法。 综合检验

21、是指检验螺纹上各参数误差的综合质量是否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。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。螺纹极限量规分为分为“通规通规”和和“止规止规”。通规控制被测螺纹的作用中径不超过最大。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（实体牙型的中径（d2max或或D2min），同时控制被测螺纹的外螺），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

22、体尺寸（纹小径或内螺纹的大径不超过其最大实体尺寸（d1max或或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（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或或D2max）。）。 量规的设计要根据量规的设计要根据“泰勒原则泰勒原则”，即通规要具有完整的形状，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。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

23、（内螺纹）（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，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。（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。断其合格性。 单项测量是指对螺纹的几何要素分别进行测量，量具或量仪测单项测量是指对螺纹的几何