第8章 螺纹、键、花键、圆锥结合的公差配合及检测.ppt

1、1,第八章 螺纹、键、花键、圆锥结合的公差配合及检测,8-1 螺纹结合的公差配合及检测 8-2 键和花键结合的公差配合及检测 8-3 圆锥结合的公差配合及检测,2,8.1 螺纹结合的公差配合及检测,（一）螺纹的分类和使用要求 在机械制造中，螺纹联接和传动的应用有很多，占有很重要的地位。根据其用途可分为三类: 连接螺纹（紧固螺纹） 传动螺纹 紧密（密封）螺纹,一、概述,3,连接螺纹,通常也称紧固螺纹，主要用于联接和紧固各种机械零件。,这类螺纹联接的使用要求是可旋合性(便于装配和拆换)和联接的可靠性。,4,传动螺纹,这类螺纹通常用于传递运动或动力。,这类螺纹联接的使用要求是传递动力的可靠性或传递位

2、移的准确性。,5,紧密螺纹,这类螺纹用于密封联接。,这类螺纹的使用要求是结合紧密，不漏水、不漏气和不漏油。主要要求具有良好的旋合性及密封性.,6,（二）螺纹的基本牙型及主要几何参数,螺纹的几何参数取决于螺纹轴向剖面内的基本牙型。其基本牙型是将原始三角形(等边三角形)的顶部截去H/8和底部截去H/4所形成的内、外螺纹共有的理论牙型。该牙型是具有螺纹的基本尺寸。,7,1大径(D，d),大径是指与内螺纹牙底或外螺纹牙顶相切的假想圆柱或圆锥的直径。相结合的内、外螺纹的大径基本尺寸相等，即D =d 。 内螺纹的大径D又称“底径”,外螺纹的大径d又称“顶径”。 普通螺纹大径的基本尺寸为螺纹公称直径尺寸。,

3、内螺纹 D 外螺纹 d,8,.小径(D1，d1),小径是指与内螺纹牙顶或外螺纹牙底相切的假想圆柱或圆锥的直径。相结合的内、外螺纹的小径基本尺寸相等,即D=d1。 内螺纹的小径D1又称顶径,外螺纹的小径d1又称底径。,9,.中径(D，d),中径是指一个假想圆柱或圆锥的直径，该圆柱或圆锥的母线通过螺纹牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方，此假想圆柱称为中径圆柱。中径圆柱的母线称为中径线，其轴线即为螺纹轴线,相结合的内、外螺纹中径的基本尺寸相等，即D=d。,10,4螺距(P)与导程(L),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的轴向距离。,对

4、单线螺纹： L=P 对多线螺纹：L=nP,11,5单一中径(D2s，d2s),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地方的直径。用以表示螺纹中径的实际尺寸。,12,牙型半角（/2）,牙型角是指在通过螺纹轴线剖面内的螺纹牙型上相邻两牙侧间的夹角。公制普通螺纹的牙型角=60； 牙型半角是指在螺纹牙型上牙侧与螺纹轴线的垂直线间的夹角。普通螺纹的牙型半角为30。,13,螺纹升角 (),在中径圆柱上螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。,14,8螺纹旋合长度,螺纹旋合长度是指内外螺纹旋合时螺旋面接触部分的轴向长度。,普通螺纹的公称直径系列及各参数的基本尺寸

5、可以查表。,15,(三) 螺纹几何参数偏差对互换性的影响,螺纹联接要实现其互换性,必须保证良好的旋合性和一定的联接强度。 影响螺纹互换性的主要几何参数有五个:大径、小径、中径、螺距和牙型半角。这几个参数在加工过程中不可避免地会产生一定的加工误差,不仅会影响螺纹的旋合性、接触高度、配合松紧、还会影响联接的可靠性,从而影响螺纹的互换性。,16,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。 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

6、型半角。,(三)螺纹几何参数偏差对互换性的影响,17,1中径偏差的影响,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。参见教材P136表8-5。,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。,18,2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

7、性的影响更为明显。,螺距累积偏差对旋合性的影响示例,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，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)。,20,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：,21,3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

8、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。,22,3牙型半角偏差的影响,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。,23,二、公差原则对螺纹几何参数的应用,影响螺纹互换性的参数有：中径、螺距和牙型半角 螺纹中径主要参数，限制其尺寸误差 螺距误差和半角误差螺牙和螺牙间的形位误差,公差 原则,1、对精密螺纹（如丝杠、螺纹量规、测微螺纹等），为满

9、足其功能要求，应对螺距、半角和中径分别规定较严的公差，即按独立原则对待。其中螺距误差常体现为多个螺距的螺距累积误差。 2、对紧固联结用的普通螺纹，主要要求保证可旋合性和一定的连接强度，故应采用相关原则中的包容原则来处理，即只规定中径公差，而螺距和半角误差都由中径公差来综合控制。,24,作用中径,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：,25,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

10、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：,26,1、普通螺纹的公差带,公差等级 公差带的大小由公差值确定，并按公差值的大小分为若干等级。见教材P132表8-1。其中3级公差值最小，准确度最高；9级公差值最大，准确度最低。,三、普通螺纹的公差、配合及其选用,普通螺纹国家标准GB/T 197-2003规定了螺纹大、中、小径公差带。,27,螺纹中径和顶径,28,基本偏差是指螺纹公差带相对于基本牙型的距离，它决定了螺纹公差带的位置。 基本牙型是在通

11、过螺纹轴线的剖面内，作为螺纹设计依据的理想牙型。 国标规定内螺纹的下偏差（EI）和外螺纹的上偏差（es）为基本偏差。 对内螺纹规定代号为G和H的两种基本偏差；对外螺纹规定代号为e、f、g、h四种基本偏差。,基本偏差,29,内螺纹公差带,30,外螺纹公差带,31,螺纹公差带,螺纹公差带是由公差等级和基本偏差组成。 螺纹公差带代号由表示公差等级的数字和基本偏差的字母代号组成。例如6H,5g等。,32,33,34,2、螺纹公差带的选用,螺纹结合的精度不仅与螺纹公差带大小有关，还与螺纹的旋合长度有关。旋合长度愈长，螺距的累积误差愈大，较难旋合，且加工长螺纹比短螺纹难以保证精度。因此对不同的旋合长度规定

12、不同大小的公差带，旋合长度是螺纹精度设计中必须考虑的因素。,35,螺纹旋合长度,国标中规定了不同直径和螺距所对应的旋合长度，分为短（S）、中（N）、长（L）三种旋合长度。,36,螺纹等级,国标将螺纹分为精密、中等和粗糙3个等级。 精密级用于要求配合性质变动较小的精密螺纹； 中等级用于一般用途。 粗糙级用于对精度要求不高或制造比较困难的场合。,37,螺纹常用公差带,38,螺纹公差带的选择,配合的选用：理论上，表中的内外螺纹可以构成各种配合，但从保证足够的接触高度出发，最好选用H/g、H/h、G/h的配合。 表面粗糙度：国标有普通螺纹的表面粗糙度推荐值。 一般情况下，选用中等精度、中等旋合长度的公

13、差带，即内螺纹公差带常选6H、外螺纹公差带6h、6g应用较广。,39,3、普通螺纹的标记,完整的螺纹标记由螺纹代号（含螺纹公称直径、螺距、旋向）、螺纹公差等级代号（按中径、顶径顺序）和螺纹旋合长度组成，中间用“”隔开。 举例： 外螺纹：M205g6gS 内螺纹：M201.5左6H 内外螺纹配合时：M2026H/5g6gS,40,1、综合检验,四、螺纹的检测,螺纹的检测方法分为综合检验和单项(分项)测量两类。,对大量生产的用于紧固联结的普通螺纹，只要求保证可旋合性及一定的连接强度，其螺距误差及半角误差是由中径公差综合控制，不单独规定公差。检测时按泰勒原则用螺纹量规(综合极限量规)来检验。 综合检

14、验时，被检螺纹合格的标志是通端量规能顺利地与被检螺纹在被检全长上旋合，止端量规不能完全旋合或不能旋入。螺纹量规有塞规和环规，分别用来检验内外螺纹。 螺纹量规也分工作量规、验收量规和校对量规，其功用、区别与光滑圆柱极限量规相同。,41,2、单项测量,对精密螺纹，除可旋合性及连接可靠外，还有其他精度要求和功能要求，故按公差原则中的独立原则对其中径、螺距和牙型半角等参数都分别规定公差，相应地要求分项进行测量。 分项测量螺纹的方法很多，最典型的是用万能工具显微镜测量中径、螺距和牙型半角，工具显微镜是一种应用很广泛的光学计量仪器，测量螺纹是其主要用途之一。,42,作 业,P209 1,43,8-2 键和

15、花键结合的公差配合及检测,44,一、键联结,键联结用于齿轮、皮带轮、联轴器等轴上零件与轴之间的结合，用以传递扭矩和运动；当配合件之间要求作轴向移动时，还可以起导向作用。 键联结属于可拆卸联结，应用很广。,键的作用,45,键的分类,键的分类：常用的键联结有平键（包括普通平键和导向平键）、半圆键、切向键和楔键联结，其中以平键联结应用最广泛。平键又可分为普通平键和导向平键。普通平键一般用于固定联结，而导向平键用于可移动的联结。,46,键的类型,47,平键联结的基本构成 ： 平键联结是由键、轴键槽、轮毂键槽构成。在工作时，通过键的侧面与轴槽和轮毂槽的侧面相互接触来传递转矩。,1、键联结的公差与配合,普

16、通平键的公差与配合：GB/T 1095-2003 半圆键的公差与配合：GB/T 1099-1990,48,键和轴槽、轮毂槽的宽度尺寸是配合尺寸。其余尺寸，如键高、键长、轴槽深、轮毂槽深等都属于非配合尺寸。,平键联结的配合尺寸,49,由于使用的平键为标准件，且键又为外表面，因而，键与轴槽、键与轮毂槽的配合均采用基轴制。国家标准对键宽只规定了一种公差带h8。 一般键与轴槽配合要求较紧，键与轮毂槽配合要 求较松，相当于一个轴与两个孔相配合，且配合性质不同。国家标准对轴槽宽和轮毂槽宽各规定了三种公差带，构成三种配合形式，分别对应于松联结、正常联结和紧密联结。用于不同的场合。键宽与键槽宽公差带图如图示,

17、平键联结的配合类型,50,平键公差带图,+0,-,b,键宽公差带,轴槽公差带,轮毂槽公差带,松联结,正常联结,紧密联结,51,键宽与轴槽宽及轮毂槽宽的公差与配合,52,普通平键非配合尺寸的极限偏差,53,半圆键非配合尺寸的极限偏差,54,键和键槽的形位精度设计,为了保证键宽与键槽宽之间具有足够的接触面积和可装配性，工作负荷均匀，对中性好，对键和键槽的形位误差要加以控制。,键槽对轴及轮毂轴线的对称度：根据不同的功能要求和键宽基本尺寸b，按GB/T 1184-1996形状和位置公差中的对称度公差79级选取。 当键长L与键宽b之比大于或等于8时，键宽b的两侧面在长度方向的平行度应符合GB/T 118

18、4-1996 形状和位置公差的规定：当b6mm时按7级； 8mmb36mm按6级；b40mm时按5级选用。,55,配合表面的粗糙度Ra值取1.66.3m； 非配合表面的粗糙度Ra值取6.312.5m。,键和键槽的表面精度,56,轴的标注示例,0.02 A,52,-0.2,0,58r6（ ）,+0.060,+0.041,A,3.2,3.2,6.3,1.6,16N9（ ）,0,-0.043,1、标注槽深d-t及公差 2、标注槽宽b及公差 3、标注对称度公差 4、标注表面粗糙度,57,轮毂的标注示例,58H7（ ）,+0.03,0,A,3.2,3.2,16JS9,(0.021),0.02 A,62.

19、3,0,+0.2,1.6,1、标注轮毂深d+t1及公差 2、标注槽宽b及公差 3、标注对称度公差 4、标注表面粗糙度,6.3,58,2、键和键槽的检测,键和键槽的尺寸检测比较简单，可用各种通用计量器具测量，大批生产时也可用专用的极限量规来检验。 键槽对其轴线的对称度较重要，当工艺不能确保其精度时，应进行检测。,常用测量方法,专用量规检验,59,二、花键联结,与单键相比，花键具有承载能力强、可传递较大的扭矩、定心精度高、导向性好等优点，在汽车、机床中应用较广。 花键可作固定联结，也可作滑动联结。 花键的制造工艺复杂，成本较高。,花键的作用,60,花键联结分为矩形花键、渐开线花键和三角形花键联结，

20、其中以矩形花键联结应用最广泛。,花键的分类,61,1、矩形花键的定心方式,花键联结的基本构成 ： 花键是由内花键和外花键联结而成。在工作时，主要要求是保证内花键（孔）和外花键（轴）联结后有较高的同轴度，并传递扭矩。,矩形花键的公差与配合：GB/T 1144-2001,62,1、矩形花键的定心方式,矩形花键的基本尺寸 ：基本尺寸有小径d、大径D、键槽宽B。键数规定为偶数，分别为6、8、10三种。 定心方式的规定：由于花键联结对定心尺寸要求较高，若要三个尺寸同时起配合定心作用以保证同轴度是很困难的，而且也没有必要。为此国标规定采用小径定心，即把小径的结合面作为定心表面，规定较高的精度；其它两个尺寸

21、规定较低的精度。,63,矩形花键为什么采用小径定心？,因为大径定心在工艺上难于实现，如要求定心表面硬度高时，内花键的大径淬火后磨削加工困难。如采用小径定心，当定心表面硬度要求高时，外花键的小径可用成形磨削加工，而内花键小径也可用一般的内圆磨削进行加工。 有时也用键宽B定心，主要用于承载较大、传递双向扭矩而对定心精度要求不高的花键。,64,2、矩形花键的公差与配合,矩形花键的分类： 按使用要求分：分为一般使用与精密传动两种。 按联结使用要求分：分为滑动、紧滑动和固定三种配合类型。 每种情况下花键配合的公差等级都不相同，且矩形花键结合采用基孔制。 当要求定位准确度高或传递扭矩大或经常有正反转变动时

22、，应选紧一些的配合，反之选松一些的配合。当内、外花键需频繁相对滑动或配合长度较大时，也应选松一些的配合。,65,矩形花键的尺寸公差带和表面粗糙度,66,矩形花键的尺寸公差带和表面粗糙度,67,花键形位精度设计,形位误差对花键结合的传力性能和装配性能影响很大，主要是位置度和平行度。,位置度,采用最大实体原则，用花键综合量规检验。,68,花键形位精度设计,69,不用综合量规进行综合检验时，可将位置度公差改为键宽的对称度公差和键齿的等分度公差，并按独立原则要求。,70,花键图样标注示例,71,内、外花键标注示例,矩形花键的尺寸公差带代号和配合代号按照花键规格规定的次序标注，即NdDB。即： 内花键：

23、623H726H106H11 外花键：623f726a116d10 花键副：,72,2、矩形花键的检测,单件小批生产，可用通用量具分别对各尺寸进行单项测量，并检测键宽的对称度、键齿(槽)的等分度和大小径的同轴度等形位误差项目； 大批量生产，一般都采用量规进行检验，即用综合通规(对内花键为塞规，对外花键为环规)来综合检验小径d、大径D和键(键槽)宽B的作用尺寸，即包括上述位置度(等分度、对称度在内)和同轴度等形位误差。然后用单项止端量规(或其他量具)分别检验尺寸d，D和B的最小实体尺寸。合格的标志是综合通规能通过，而止规不能通过。,73,作 业,P209 4、5,74,8-3 圆锥结合的公差配合

24、及检测,圆锥结合常用在需自动定心、配合自锁性要求好、间隙及过盈可自动调节等场合。 与圆柱配合相比，有以下特点 对中性好，即易保证配合的同轴度要求，经多次拆装仍不降低同轴度； 密封性好； 间隙或过盈可以调整，能满足不同的工作要求；能补偿磨损，延长使用寿命；可以利用摩擦力自锁来传递扭矩； 结构复杂、加工和检验都比较困难，不适合于孔、轴轴向相对位置要求较高的场合； GB/T 1572001圆锥的锥度与锥角系列 GB 113342005圆锥公差 GB 123602005圆锥配合 GB 118522003圆锥量规公差及技术条件,75,一、锥度与锥角,1. 常用术语及定义 圆锥角：在与圆锥平行并通过轴线的

25、截面内，两条素线间的夹角。 圆锥直径：圆锥上垂直于轴线截面的直径。最大圆锥直径D，最小圆锥直径d，给定截面圆锥直径dx； 圆锥长度L：最大圆锥直径与最小圆锥直径之间的轴向距离。,76,锥度与锥角,锥度C：两个垂直于圆锥轴线的截面的圆锥直径差与该两截面间的轴向距离之比。,锥度关系式反映了圆锥直径、圆锥长度、圆锥角和锥度之间的相互关系。 锥度一般用比例或分式形式表示。,77,2.锥度与锥角系列,一般用途圆锥的锥度与锥角：21个基本值系列,78,特殊用途圆锥的锥度与锥角：24个基本值系列,莫氏锥度在工具行业中应用极广，有关参数、尺寸及公差已标准化。,79,二、圆锥公差,圆锥公差国家标准（GB1133

26、4-2005）,适用于锥度C从1:31:500，锥度长度L从6630mm的光滑圆锥工件。 圆锥公差项目有圆锥直径公差、圆锥角公差、圆锥的形状公差和给定截面圆锥直径公差。,80,基本圆锥：设计时给定的圆锥。直径D(d, dx)、长度L和基本圆锥角。 极限圆锥：实际圆锥允许变动的界限。它与基本圆锥同轴，且圆锥角相等。包括最大极限圆锥和最小极限圆锥，在垂直于圆锥轴线的任意截面上，该两个圆锥直径差都相等。,术语及定义,81,1.圆锥公差项目,圆锥直径公差TD：允许圆锥直径的变动量。,TD=Dmax-Dmin=dmax-dmin,82,圆锥直径公差,为了统一和简化公差标准，圆锥直径公差数值不另行规定，可

27、按圆锥配合的使用功能要求和制造条件，以基本圆锥直径(一般是直接以最大圆锥直径D)为基本尺寸，从圆柱体标准“极限与配合”(GBT 1800.3一1998)中选用。圆锥直径公差带用“极限与配合”标准符号表示。 对于有配合要求的圆锥，其内、外圆锥直径公差带位置，按圆锥配合国家标准(GBT 12360一2005)中的有关规定选取。 对于没有配合要求的内、外圆锥，建议选用基本偏差JS和js。,83,圆锥角公差AT：允许圆锥角的变动量。,共分12个公差等级,AT以角度单位表示圆锥角公差值； ATD以长度单位表示公差值，它是用与圆锥轴线垂直且距离为L的两端直径变动量之差来表示圆锥角公差；,84,圆锥角公差,

28、85,圆锥角公差,86,圆锥素线直线度公差：在圆锥轴向截面内，允许实际素线形状的最大变动量。圆锥素线直线度公差带是在给定截面上，距离为公差值TF的两条平行直线间的区域。 截面圆度公差：在圆锥轴线法向截面上，允许截面形状的最大变动量。截面圆度公差带是半径差为公差值TF的两同心圆间的区域。,圆锥的形状公差TF,圆锥的形状公差值可按GB/T 15754-1995技术制图 圆锥的尺寸和公差注法的规定选取，,87,给定截面圆锥直径公差TDS：,在垂直于圆锥轴线的给定截面内，允许圆锥直径的变动量。,88,给出圆锥的理论正确圆锥角（或锥度C）和圆锥直径公差TD,2.圆锥公差的给定方法,圆锥角误差和圆锥的形状

29、误差限制在圆锥直径公差带内,相当于采用公差的包容要求，适用于有配合性质要求的内、外锥体，如圆锥滑动轴承、钻头的锥柄等。,89,给出给定截面圆锥直径公差TDS和圆锥角公差AT,圆锥公差的给定方法,该法适用于对圆锥工件的给定截面有较高精度要求的情况。如阀类零件，为使圆锥配合在给定截面上有良好的接触，以保证有良好的密封性。,给定截面圆锥直径公差TDS是在一个给定截面内对圆锥直径给定的，它只对这个截面的圆锥直径有效。圆锥角公差AT不包容在圆锥截面直径公差带内。 两种公差相互独立，圆锥应分别满足两项要求。,90,三、圆锥配合,间隙配合：配合中有间隙，用于作相对运动的圆锥配合，如车床主轴的圆锥轴颈与滑动轴承的配合。 紧密配合：用于要求密封性的配合，如各