《互换性与技术测量》-第10章

10.1概述10.1.1螺纹分类及使用要求螺纹结合是机械制造和仪器制造中应用最广泛的结合形式。螺纹一般可分为圆柱螺纹与圆锥螺纹、密封螺纹与非密封螺纹、机械紧固螺纹与传动螺纹、对称牙型螺纹与非对称牙型螺纹等。若按螺纹的用途可将其分为紧固螺纹、传动螺纹和紧密螺纹3类。1．紧固螺纹紧固螺纹用于紧固或连接零件，如公制普通螺纹等。对这种螺纹结合的主要要求是可旋合性和连接的可靠性。下一页返回10.1概述

2．传动螺纹传动螺纹用于传递动力或精确的位移，如梯形螺纹、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（或精确性）。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。3．紧密螺纹这是一种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、不漏气和不漏油。除上述3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、光学细牙螺纹等。下一页返回10.1概述

10.1.2螺纹部分术语及其定义下面主要介绍普通圆柱螺纹的部分术语及定义。1．基本牙型普通螺纹的基本牙型如图10-1所示。它是在原始三角形中削去顶部（H/8）和底部（H/4）所形成的，是内、外螺纹共有的理论牙型，也是确定螺纹设计牙型的基础。2．螺距P与导程Ph相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离称为螺距P；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Ph。上一页下一页返回10.1概述

导程与螺距的关系为Ph=nP（10-1）式中，n为线数（头数）。3．原始三角形高度H它是指原始三角形顶点到底边的垂直距离，即H=/2P0.866P（10-2）上一页下一页返回≈10.1概述

4．牙型高度它是指在原始三角形削去顶部（H/8）和底部（2H/8）后的高度，等于牙顶高3H/8与牙底高2H/8之和，即5．大径d或D大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想的圆柱面直径。国家标准规定，公制普通螺纹的大径的公称尺寸为螺纹公称直径，也是螺纹的基本大径。大径也是外螺纹顶径、内螺纹底径。上一页下一页返回10.1概述

6．小径d1或D1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。小径的公称尺寸为螺纹的基本小径。小径也是外螺纹的底径、内螺纹的顶径。小径的计算式为式中，D、d为公称直径（大径）；P为螺距；H为原始三角形高度。上一页下一页返回10.1概述

7．外螺纹最大小径d1max它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。8．中径d2或D2一个假想圆柱或者圆锥的直径，该圆柱或者圆锥的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。该假想圆柱或者圆锥称为中径圆柱或者中径圆锥。若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相等，且等于P/2时，此时的中径称基本中径。上一页下一页返回10.1概述

式中，D、d为公称直径（大径）；P为螺距；H为原始三角形高度。9．单一中径d2s或D2s一个假想圆柱或者圆锥的直径，该圆柱或者圆锥的母线通过牙型上沟槽宽度等于螺距公称尺寸一半的地方，如图10-2所示。当螺距有误差时，单一中径和中径是不相等的。单一中径有时也近似为实测中径。上一页下一页返回10.1概述

10．作用中径d2m或D2m在规定的旋合长度内，恰好包容实际螺纹的一个假想螺纹中径。这个假想的螺纹中径具有理想的螺距、半角及牙型高度，并另在牙顶处和牙底处留有间隙，以保证包容时不与实际螺纹的大、小径发生干涉。作用中径和单一中径的示意图如图10-3所示。11．牙型角α和牙型半角α/2在螺纹牙型上，两相邻牙侧间的夹角称为牙型角。对于公制普通螺纹，牙型角α=60°，牙型左、右对称的牙侧角称为牙型半角α/2，是牙型角的一半。上一页下一页返回10.1概述

12．牙侧角α1、α2在螺纹上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角称为牙侧角α1、α2。13．螺纹旋合长度螺纹旋合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。14．螺纹最大实体牙型它是指由设计牙型和各直径的基本偏差及公差所决定的最大实体状态下的螺纹牙型。上一页下一页返回10.1概述

对于普通外螺纹，它是基本牙型的3个基本直径分别减去基本偏差（上极限偏差es）后所形成的牙型。对于普通内螺纹，它是基本牙型的3个基本直径分别加上基本偏差（下极限偏差EI）后所形成的牙型。15．螺纹最小实体牙型它是指由设计牙型和各直径的基本偏差及公差所决定的最小实体状态下的牙型。对于普通外螺纹，它是在最大实体牙型的顶径和中径上分别减去它们的顶径公差和中径公差（底径未做规定）后所形成的牙型。对于普通内螺纹，它是在最大实体牙型的顶径和中径上分别加上它们的顶径公差和中径公差（底径未做规定）后所形成的牙型。上一页下一页返回10.1概述

16．螺距误差中径当量它是指将螺距误差换算成中径的数值。在普通螺纹结合中，未单独规定螺距公差来限制螺距误差。17．螺纹升角（导程角）它是指在中径圆柱或中径圆锥上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面之间的夹角。螺纹升角可由下式计算：

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式中，L为导程（mm）；n为螺纹线数；P为螺距（mm）；d2为螺纹中径（mm）；为螺纹升角（′）。10.1.3螺纹公称尺寸的计算根据牙型高度和螺距的关系，内外螺纹的公称尺寸的计算如下：（1）内螺纹的公称尺寸计算：上一页下一页返回10.1概述

式中，D为公称直径（大径）；P为螺距；H为原始三角形高度。（2）外螺纹的公称尺寸计算：式中，d为公称直径（大径）；P为螺距；H为原始三角形高度。上一页返回10.2螺纹标记

完整的螺纹标记由特征代号、尺寸代号、公差带代号组成。螺纹完整标记由螺纹代号M、公称直径值、导程代号Ph（单线螺纹可省略）、螺距值、中径公差带代号、顶径公差带代号、旋合长度代号和螺纹旋向代号（LH）（右旋省略）组成，如图10-4所示。当螺纹为粗牙螺纹时，螺距项标注可以省略；当顶径公差带和中径公差带相同时，只标注一个公差带的代号；当旋合长度为中等长度时，长度代号N可省略。下一页返回10.2螺纹标记例如，M10-6g，它表示普通外螺纹、公称直径10mm、粗牙螺纹、中径和顶径公差带6g、旋合长度为中等N、右旋螺纹。又如M10-6H，它表示普通内螺纹、公称直径10mm、粗牙螺纹、中径和顶径公差带6H、旋合长度为中等N、右旋螺纹。在下列情况下，中等精度螺纹不标注其公差带代号。内螺纹：公称直径D≤1.4mm，公差带代号5H；公称直径D≥1.6mm，公差带代号为6H。对螺距为0.2mm的螺纹，其公差等级为4级。上一页下一页返回10.2螺纹标记外螺纹：公称直径d≤1.4mm，公差带代号6h；公称直径d≥1.6mm，公差带代号为6g。表示内、外螺纹配合时，内螺纹公差带代号在前，外螺纹公差带代号在后，中间用斜线分开。如M20×2-6H/5g6g，即表示公差带为6H的内螺纹与公差带为5g6g的外螺纹组成的配合。上一页下一页返回10.2螺纹标记另外，如果要进一步表明螺纹的线数，可在螺距后面加线数（用英语说明），如双线为twostarts、三线为threestarts。如M14×Ph6P2（threestarts）-7H-L-LH，表示公称直径为14的公制内螺纹，三线螺纹导程为6，螺距为2，中径、顶径公差为6，基本偏差代号为H，长旋合长度，左旋方式。上一页返回10.3梯形螺纹简述国家标准规定的梯形螺纹是由原始三角形截去顶部和底部所形成的，其原始三角形为顶角等于30°的等腰三角形。为了保证梯形螺纹传动的灵活性，必须使内、外螺纹配合后在大径和小径间留有一个保证间隙ac，为此，分别在内、外螺纹的牙底上由基本牙型让出一个大小等于ac的间隙，如图10-5所示。形螺纹标准中，对内、外螺纹的大、中、小径分别规定了表10-1所示的公差等级。标准对内螺纹的大径D、中径D2和小径D1只规定了一种基本偏差H（下极限偏差），其值为零；对外螺纹的中径d2规定了h、e和c三种基本偏差，对大径d和小径d3规定了一种基本偏差h。下一页返回10.3梯形螺纹简述

其中h的基本偏差（上极限偏差）为零，e和c的基本偏差（上偏差）为负。梯形螺纹的标记如图10-6所示。梯形螺纹副的标记如图10-7所示。机床中的传动丝杆和螺母就采用的是梯形螺纹。其特点是精度要求高，特别是对螺距公差（或螺旋线公差）的要求。按JB/T2886—1992规定，丝杆及螺母的精度分为6级，它们是：4，5，6，7，8，9，精度依次降低。其所规定的公差（或极限偏差）项目，除螺距公差、牙型半角极限偏差、大径和中径及小径公差外，还增加了丝杆螺旋线公差（只用于4、5和6级的高精度丝杆）、丝杆全长上中径尺寸变动量公差和丝杆中径跳动公差。上一页返回10.4常用普通螺纹的公差及基本偏差

10.4.1螺纹的公差等级从互换性的角度来看，影响螺纹互换性的几何要素有5个，分别为大径、中径、小径、螺距和牙侧角。但在普通螺纹连接中，未规定牙侧角和螺距公差。从作用中径的概念和合格性判断原则来看，不需要规定牙侧角和螺距公差，只规定中径公差就可综合控制它们对互换性的影响。另外，底径(d1，D)是在加工时由刀具切出的，其尺寸由加工时保证，也未规定公差。普通螺纹国家标准按内、外螺纹的中径和顶径公差值的大小分别规定了不同的公差等级，见表10-2。下一页返回10.4常用普通螺纹的公差及基本偏差

其中，6级是基本级；3级公差值为最小，精度最高；9级精度最低。普通螺纹中径、顶径公差值可以按照表10-3进行计算，之后进行圆整处理。表10-3中，Td、Td2、TD2和TD1的单位为µm；P和d的单位为mm。d为该螺纹直径尺寸段的几何平均值，k1和k2与公差等级关系按照表10-4进行计算。上一页下一页返回10.4常用普通螺纹的公差及基本偏差

10.4.2螺纹的基本偏差国家标准GB/T197—2003对大径、中径和小径三者规定了相同的基本偏差。其内螺纹的公差带位置如图10-8（a）、（b）所示，外螺纹的公差带位置如图10-9（a）、（b）所示。图中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极限偏差es，对于内螺纹基本偏差是下极限偏差EI。上一页下一页返回10.4常用普通螺纹的公差及基本偏差

外螺纹的下极限偏差与内螺纹的上极限偏差分别如下：外螺纹的下极限偏差：ei=es-T内螺纹的上极限偏差：ES=El+T式中，T为螺纹公差。在普通螺纹标准中，对内螺纹规定G、H两种公差带位置，如图10-8所示；对外螺纹规定了e、f、g、h四种公差带位置，如图10-9所示。上一页下一页返回10.4常用普通螺纹的公差及基本偏差

H和h的基本偏差为零；G的基本偏差是正数值；e、f、g的基本偏差为负数值，其数值的绝对值按依次减小的顺序排列。各种公差带位置的基本偏差值按表10-7所列公式进行计算。内、外螺纹的基本偏差值见表10-8。合格的螺纹其实际牙型各个部分都应该在公差带内，即实际牙型应在图10-8和图10-9中的画有断面线的公差带内。上一页返回10.5标准推荐的公差带及其选用

按不同的公差带位置（G、H）、（e、f、g、h）及不同的公差等级（3～9级）可组成各种不同的公差带。公差带的代号由表示公差等级的数字和表示基本偏差的字母组成，如6H、5g等。根据使用场合，又将螺纹分为3个精度等级，即精密级、中等级和粗糙级。精密级用于精密螺纹；中等级用于一般用途；粗糙级用于制造螺纹比较困难或对精度要求不高的地方。另外，标准对螺纹的旋合长度也做了规定，将旋合长度分为3组，即短旋合长度S、中旋合长度N和长旋合长度L，一般情况下，应当采用中旋合长度。螺纹旋合长度见表10-9。下一页返回10.5标准推荐的公差带及其选用在生产中，为了减少刀、量具的规格和数量，对公差带的数量（或种类）应加以限制。根据螺纹的使用精度和旋合长度，国家标准推荐了一些常用公差带，见表10-10和表10-11。除非特殊需要，一般不宜选择标准以外的公差带。从表10-10和表10-11中可以看出：在同一精度中，对不同旋合长度（S，N，L）的螺纹中径采用了不同的公差等级，这是考虑到不同旋合长度对螺纹累积误差有不同影响的缘故。如无其他特殊说明，推荐公差带也适用于涂镀前的螺纹。涂镀后，螺纹实际轮廓上的任何一点均不应超越按公差H或h所确定的最大实体牙型。上一页返回10.6常用普通螺纹副10.6.1普通螺纹副的过渡配合1．过渡配合的等级及其应用中径为过渡配合的螺纹副分为两级，一级是精密配合；另一级是一般配合。精密配合适用于螺纹配合较紧，并且配合性质变化较小的重要部件；一般配合适用于一般用途的螺纹件。在过渡配合中，螺纹副中外螺纹材料为钢制材料，与其配合的内螺纹的材料可为铸铁、钢、铝合金等。过渡配合的内螺纹中径公差为3H、4H或5H，小径公差带为5H；过渡配合的外螺纹中径公差带为3k、2km或4kj，大径公差带为6h。下一页返回10.6常用普通螺纹副

2．优先的过渡配合一般应选用表10-12中规定的螺纹副过渡配合公差带，且优先选用不带括号的配合公差带。10.6.2普通螺纹副的过盈配合1．过盈配合的应用普通螺纹的过盈配合适用于螺纹中径具有过盈配合的钢制双头螺柱，与其配合的内螺纹机体材料为铝合金、镁合金、钛合金和钢等。上一页下一页返回10.6常用普通螺纹副

2．过盈配合的内螺纹公差带过盈配合的内螺纹中径公差带为2H，小径公差带为4D或5D。当螺距P=1.5mm时，小径公差带为4C或5C。机体材料为铝合金或镁合金时，小径公差等级取5级；机体材料为钛合金或钢时，小径公差等级取4级。内螺纹中径、小径公差及基本偏差可查阅相关的国家标准。3．过盈配合的外螺纹公差带过盈配合的外螺纹中径公差带为3p、3n或3m；大径公差带为6e。螺距P=1.5mm时，大径公差为6c。外螺纹中径和大径基本偏差和公差数值可查阅有关国家标准。上一页下一页返回10.6常用普通螺纹副

4．优先的过盈配合按机体材料选取3种螺纹中径优先过盈配合。按表中规定的组数对内、外螺纹中径公差带分组，公差带分组如图10-10所示。对外螺纹轴向长度的中部按单一中径进行分组；对内螺纹按作用中径进行分组。5．过盈配合螺距累积误差和牙侧角误差过盈配合中，螺距累积误差和牙侧角误差的极限偏差范围见表10-14。6．过盈配合螺纹的旋合长度过盈配合螺纹的旋合长度值见表10-15。上一页返回10.7螺纹零件的其他要求1．表面质量螺纹应具有光滑的表面，不得有影响使用的夹层、裂纹和毛刺。镀前，外螺纹牙型表面粗糙度Ra值不得大于1.6µm，内螺纹牙型表面Ra值不得大于3.2µm。2．倒角为了方便装配，外螺纹件的旋入端应倒圆或者倒角，内螺纹件的螺孔口应倒角。3．镀层当外螺纹表面需要涂镀时，镀前应符合极限偏差表的要求。下一页返回10.7螺纹零件的其他要求4．螺纹检验螺纹的螺距累积误差、牙侧角误差、作用中径与单一中径之差及外螺纹牙底的最小圆弧半径一般由生产工艺控制和保证，无特殊需要时可不做单独检验。对螺纹的大径、中径和小径尺寸，应利用螺纹通、止量规进行100%综合检查。上一页返回10.8普通螺纹的测量螺纹的检测可分为综合测量和单项测量。10.8.1综合测量在实际生产中，主要用螺纹极限量规控制螺纹的极限轮廓和极限尺寸，以保证螺纹的互换性。在成批大量的生产中均采用综合测量，螺纹极限量规分为工作量规、验收量规和校正量规3种。1．工作量规在生产中，加工者使用的量规称为工作量规。它包括测量内螺纹的螺纹塞规和光滑塞规；测量外螺纹的螺纹环规和光滑卡规。光滑塞规和光滑卡规用来检验内外螺纹的顶径尺寸。螺纹塞规和螺纹环规与光滑塞规和光滑卡规一样都有通端和止端。下一页返回10.8普通螺纹的测量（1）通端工作塞规（T）。通端工作塞规首先用来检验内螺纹的作用中径，其次是控制内螺纹大径的下极限尺寸。因此，应有完整的牙型和标准的旋合长度（8个牙），合格的内螺纹应被通端工作塞规顺利旋入，这样保证了内螺纹的作用中径和大径不小于它的下极限尺寸，即D2m>D2min。（2）止端工作塞规（Z）。止端工作塞规用来检验内螺纹的单一中径一个参数。为了减少牙型半角和螺距累积误差的影响，止端牙型应做成截断的不完整牙型（减少牙型半角误差的影响），即缩短旋合长度到2～2.5牙（减少螺距累积误差的影响）。上一页下一页返回10.8普通螺纹的测量合格的内螺纹不应通过止端工作量规，但允许旋入一部分，这些没有完全旋入止端工作量规的内螺纹，说明它的单一中径没有大于中径的上极限尺寸，即D2s>D2max。用螺纹塞规检验内螺纹的示意图如图10-11所示。（3）通端工作环规（T）。通端工作环规用来检验外螺纹作用中径，其次是控制外螺纹小径的上极限尺寸。因此，通端环规应有完整的牙型和标准的旋合长度。合格的外螺纹应被通端工作环规顺利旋入，这样就保证了外螺纹的作用中径和小径不大于它的上极限尺寸，即

d2s>d2max。上一页下一页返回10.8普通螺纹的测量（4）止端工作环规（Z）。止端工作环规用来检验外螺纹单一中径这一个参数。和止端工作塞规同理，止端工作环规的牙型应截断，旋合长度应缩短。合格的外螺纹不应通过止端工作环规，但允许旋入一部分，这些没有完全被旋入的外螺纹，说明它的单一中径没有小于中径的下极限尺寸，即d2s>d2max

。用螺纹环规检验外螺纹的示意图如图10-12所示。2．验收量规和校对量规验收量规和校对量规是工厂检验人员或者用户验收人员使用的检验螺纹的螺纹量规。上一页下一页返回10.8普通螺纹的测量10.8.2单项测量对大尺寸普通螺纹、精密螺纹和传动螺纹通常采用单项测量。下面简述几种最常用的单项测量方法。1．三针量法三针量法主要用于测量精密螺纹（如丝杆、螺纹塞规）的中径d2。它是用3根直径相等的精密量针放在螺纹槽中，用其他仪器（千分尺、根据被测螺纹的螺距P、牙型半角α/2和量针直径dm，计算出中径d2，测量原理如图10-13所示。上一页下一页返回10.8普通螺纹的测量然后根据被测螺纹的螺距P、量出尺寸M及量针直径d0，按几何关系推算出计算中径公式。在实际工作中，应选用最佳值，如果没有所需要的最佳直径，可选择与最佳量针相近的三针来测量。上一页下一页返回10.8普通螺纹的测量2．用工具显微镜测量螺纹各要素在工具显微镜上可用影像法或轴切法测量螺纹的各要素（中径、螺距、牙侧角）。图10-14为万能工具显微镜外形图。上一页下一页返回10.8普通螺纹的测量显微镜上附有可换目镜头，其中最常用的是测角目镜头。图10-15（a）为测角目镜头的外形图。图10-15（b）是从中央目镜1中观察到的米字刻线视场。图10-15（c）是从角度目镜2中观察到的角度读数视场，图中读数为120°30′。上述两种刻线（米字刻线和以度为分度值的圆周刻线）均刻在目镜头内的同一块圆形玻璃分划板上，可借目镜头上的左轮转动。上一页下一页返回10.8普通螺纹的测量10.8.3大型普通螺纹合格性判断大型普通螺纹由于使用量规的困难，通常采用单项测量。对于螺纹顶径的测量结果合格与否，与光滑工件测量结果的判断相同，这里不再赘述。而对螺纹中径合格的判断是：实际螺纹的作用中径不能超出最大实体牙型的中径，而实际螺纹上任一部位的单一中径不能超出最小实体牙型的中径，这是螺纹中径合格性判断泰勒原则。对于外螺纹：上一页下一页返回10.8普通螺纹的测量作用中径按式（10-10）或者式（10-11）计算，实际中径按式（10-12）计算，正号用于外螺纹，负号用于内螺纹：式中，d2m为外螺纹的作用中径（mm）；D2m为内螺纹的作用中径（mm）；d2s为外螺纹的单一中径（当中径处螺距偏差的中径当量很小时可以用实测中径代替，µm）；D2s为内螺纹的单一中径（当中径处螺距偏差的中径当量很小时可以用实测中径代替）；fα为牙侧角误差中径当量（µm）；fP∑为螺距累积误差中径当量（µm）；f∆P为测量中径处螺距偏差的中径当量（µm）。上一页下一页返回10.8普通螺纹的测量由于螺纹加工时，牙侧角均可能存在误差，且误差大小也不相等，因此其左、右牙侧角误差的中径当量也可能不相同。根据分析，这时应采用两者的平均值。当外螺纹左、右牙侧角均小于30°，即牙侧角误差∆α为负时，按式（10-13）计算：当外螺纹左、右牙侧角均大于30°，即牙侧角误差为Δα正时，按式（10-14）计算：上一页