章普通螺紋結(jié)合的互換性及其檢測(cè)

1、課 題： 第 十 章普通螺紋結(jié)合的互換性及其檢測(cè)學(xué) 時(shí)：課 次：目的要求：1、了解普通螺紋的使用要求、主要幾何參數(shù)及其對(duì)互換性的影響；2、理解作用中徑的概念和中徑合格性判斷原則；3、掌握國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)普通螺紋公差等級(jí)和基本偏差的規(guī)定；4、初步掌握普通螺紋公差與配合的選用和正確標(biāo)注；5、了解螺紋常用的檢測(cè)方法。重 點(diǎn)：1、作用中徑的概念和中徑合格性判斷原則；2、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)普通螺紋公差等級(jí)和基本偏差的規(guī)定；3、普通螺紋公差與配合的選用和正確標(biāo)注。難 點(diǎn)：1、作用中徑的概念和中徑合格性判斷原則；2、普通螺紋公差與配合的選用和正確標(biāo)注。教學(xué)方法：講授教學(xué)內(nèi)容: 一、概述1、螺紋的種類(lèi)與使用要求；2、普

2、通螺紋的基本牙型和主要幾何參數(shù)。二、螺紋幾何參數(shù)誤差對(duì)互換性的影響1、螺距誤差對(duì)互換性的影響；2、牙型半角誤差對(duì)互換性的影響；3、中徑誤差對(duì)互換性的影響；4、螺紋作用中徑和中徑合格性判斷原則。三、螺紋公差與配合及其選用1、普通螺紋的公差帶；2、螺紋的旋合長(zhǎng)度與精度等級(jí)及其選用；3、螺紋公差帶與配合的選用；4、螺紋在圖樣上的標(biāo)注；5、應(yīng)用舉例。四、螺紋檢測(cè)1、綜合檢驗(yàn)；2、單項(xiàng)測(cè)量。課外作業(yè)：參見(jiàn)習(xí)題集第十章 普通螺紋結(jié)合的互換性及其檢測(cè)第一節(jié) 概 述 螺紋結(jié)合在機(jī)械制造和儀器制造中應(yīng)用廣泛。它是由相互結(jié)合的內(nèi)、外螺紋組成，通過(guò)相互旋合及牙側(cè)面的接觸作用來(lái)實(shí)現(xiàn)零部件見(jiàn)的連接、緊固和相對(duì)位移等功能

3、。一、螺紋的種類(lèi)和使用要求 螺紋結(jié)合按用途分為三類(lèi)：1、緊固螺紋用于緊固和連接零件，其牙型為三角形，如公制普通螺紋，這是使用最廣泛的一種螺紋結(jié)合，對(duì)它的使用要求是可旋合性和連接的可靠性。2、傳動(dòng)螺紋用于傳遞動(dòng)力和位移。其牙型為梯形、三角形、鋸齒形等。對(duì)它的使用要求是傳遞動(dòng)力的可靠性，傳動(dòng)比要穩(wěn)定，有一定的保證間隙，以便傳動(dòng)和儲(chǔ)存潤(rùn)滑油。3、緊密螺紋用于密封的螺紋連接，如連接管道用的螺紋。對(duì)它的使用要求是結(jié)合緊密，不漏水、氣或油。本章主要介紹應(yīng)用最廣泛的公制普通螺紋的公差和配合及其應(yīng)用。二、普通螺紋的基本牙型和主要幾何參數(shù)普通螺紋的基本牙型如圖101所示，它是在高為H的等邊三角形（即原始三角形）

4、上截去其頂部和底部而形成的。圖101 普通螺紋的基本牙型普通螺紋的主要幾何參數(shù)有：1、大徑（D或d）大徑是指與外螺紋牙頂或內(nèi)螺紋牙底相切的假想圓柱的直徑。D表示內(nèi)螺紋的大徑，d表示外螺紋的大徑。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通螺紋的公稱(chēng)直徑是指螺紋大徑的基本尺寸。2、小徑（D1或d1）小徑是指與外螺紋牙底或內(nèi)螺紋牙頂相切的假想圓柱的直徑。D1表示內(nèi)螺紋的小徑，d1表示外螺紋的小徑。為方便起見(jiàn)，外螺紋或內(nèi)螺紋牙頂相切的假想圓柱的直徑（即外螺紋的大徑d或內(nèi)螺紋的小徑D1）又稱(chēng)為頂徑。與外螺紋或內(nèi)螺紋牙頂相切的假想圓柱的直徑（即外螺紋的小徑d1或內(nèi)螺紋的大徑D）又稱(chēng)為底徑。3、中徑（D2或d2）中徑是一個(gè)假想圓柱

5、的直徑，該圓柱的母線通過(guò)牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方。注意：普通螺紋的中徑不是大徑和小徑平均植。中徑的大小決定了螺紋牙側(cè)相對(duì)與軸線的徑向位置。因此，中徑是螺紋公差與配合中的主要參數(shù)之一。在同一螺紋配合中，內(nèi)、外螺紋的中徑、大徑和小徑的基本尺寸對(duì)應(yīng)相同。4、單一中徑（D2s或d2s）單一中徑是一個(gè)假想圓柱的直徑，該圓柱的母線通過(guò)牙型上溝槽寬度等于基本螺距一半P/2的地方，如圖102所示。當(dāng)螺距無(wú)誤差時(shí)，中徑就是單一中徑；當(dāng)螺距有誤差時(shí)，則兩者不相等。單一中徑檢測(cè)簡(jiǎn)便，可用三針?lè)y(cè)得，通常把單一中徑近似看作實(shí)際中徑（D2a或d2a）。圖102 單一中徑5、螺距（P）和到程（L）螺距是指相鄰兩牙在

6、中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。導(dǎo)程是指同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。對(duì)單線螺紋，導(dǎo)程等于螺距；對(duì)多線螺紋，導(dǎo)程等于螺距與螺紋線數(shù)n的乘積，L=nP。螺距應(yīng)按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的系列選用，普通螺紋的螺距分粗牙和細(xì)牙兩種。6、牙型角（a）和牙型半角（a/2）牙型角是指在螺紋牙型上，相鄰兩牙側(cè)間的夾角。普通螺紋的理論牙型角a=60°。牙型半角是指牙型角的一半，普通螺紋的理論牙型半角a/2=30°。牙型半角的大小和傾斜方向會(huì)影響螺紋的旋和性和接觸面積，故牙型半角a/2也是螺紋公差與配合的主參數(shù)之一。7、螺紋旋和長(zhǎng)度螺紋旋和長(zhǎng)度是指兩個(gè)相互配合的螺紋沿螺紋軸線方向

7、相互旋合部分的長(zhǎng)度。8、螺紋升角()螺紋升角是指在中徑圓柱上，螺旋線的切線與垂直與螺紋軸線的平面的夾角。螺紋升角可用下式計(jì)算：tan)=第二節(jié) 螺紋幾何參數(shù)誤差對(duì)互換性的影響螺紋連接的互換性要求，是指裝配過(guò)程的可旋合性以及使用過(guò)程中連續(xù)的可靠性。影響螺紋互換性的幾何參數(shù)有五個(gè)，即螺紋的大徑、中徑、小徑螺距和牙型半角。由于螺紋的大徑和小徑處均留有間隙，一般不會(huì)影響其配合性質(zhì)，而內(nèi)、外螺紋連接是依靠它們旋合以后牙側(cè)面接觸的均勻性來(lái)實(shí)現(xiàn)的。因此，影響螺紋互換性的主要參數(shù)是螺距、牙型半角和中徑。一、螺距誤差對(duì)互換性的影響螺距誤差包括局部誤差（）和累積誤差（），后者與旋合長(zhǎng)度有關(guān)，是主要影響因素。為了便

8、于分析，假設(shè)內(nèi)螺紋具有理想牙型，外螺紋的中徑及牙型半角均無(wú)誤差，僅存在螺距誤差，并假設(shè)在旋合長(zhǎng)度內(nèi)，外螺紋有螺距累積誤差，如圖103所示。顯然，在這種情況下，這對(duì)螺紋因產(chǎn)生干涉（圖中陰影部分）而無(wú)法旋合。圖103 螺距誤差為了使有螺距誤差的外螺紋可旋入具有理想牙型的內(nèi)螺紋，應(yīng)把外螺紋的中徑d2減小一個(gè)數(shù)值至（圖中細(xì)實(shí)線）。同理，當(dāng)內(nèi)螺紋有螺距誤差時(shí)，為了保證可旋合性，應(yīng)把內(nèi)螺紋的中徑加大一個(gè)數(shù)值。這個(gè)值是補(bǔ)償螺距誤差的影響而折算到中徑上的數(shù)值，被稱(chēng)為螺距誤差的中徑補(bǔ)償值。從abc中可知： 對(duì)于牙型角的普通螺紋 fp=1.732|由于不論正或負(fù)，都影響旋合性（只是干涉發(fā)生在左、右牙側(cè)面的不同而已

9、），故取絕對(duì)值。二、牙型半角誤差對(duì)互換性的影響牙型半角誤差是指實(shí)際牙型半角與理論牙型半角之差。它是螺紋牙側(cè)相對(duì)于螺紋軸線的方向誤差，它對(duì)螺紋的旋合性和連接強(qiáng)度均有影響。假設(shè)內(nèi)螺紋具有基本牙型，外螺紋中徑及螺距與內(nèi)螺紋相同，僅牙型半角有誤差（）。此時(shí)，內(nèi)、外螺紋旋合時(shí)牙側(cè)將發(fā)生干涉，不能旋合。為了保證旋合性，必須將內(nèi)螺紋中徑增大一個(gè)數(shù)值。這個(gè)值是補(bǔ)償牙型半角誤差的影響而折算到中徑上的數(shù)值，被稱(chēng)為牙型半角誤差的中徑補(bǔ)償值。=0.073P（|+|）式中，、為半角誤差，單位為（）；，為修正系數(shù)，其值為：對(duì)外螺紋，當(dāng)牙型半角誤差為正值時(shí)，（或）取2，當(dāng)牙型半角誤差為負(fù)值時(shí)，（或）取3；對(duì)內(nèi)螺紋，當(dāng)牙型半

10、角誤差為正值時(shí)，（或）取3，當(dāng)牙型半角誤差為負(fù)值時(shí)（或）取2。三、中徑誤差對(duì)互換性的影響螺紋中徑在制造過(guò)程中不可避免地會(huì)出現(xiàn)一定的誤差，即單一中徑對(duì)其公稱(chēng)中徑之差。如僅考慮中徑的影響，那么只要外螺紋中徑小于內(nèi)螺紋中徑就能保證內(nèi)、外螺紋的旋合性，反之就不能旋合。但如果外螺紋中徑過(guò)小，內(nèi)螺紋中徑又過(guò)大，則會(huì)降低連接強(qiáng)度。所以，為了確保螺紋的旋合性，中徑誤差必須加以控制。四、螺紋作用中徑和中徑合格性判斷原則 1.作用中徑（D2m、d2m）螺紋的作用中徑是指在規(guī)定的旋合長(zhǎng)度內(nèi)，恰好包容實(shí)際螺紋的一個(gè)假想螺紋的中徑。此假想螺紋具有基本牙型的螺距、半角以及牙型高度，并在牙頂和牙底處留有間隙，以保證不與實(shí)際

11、螺紋的大、小徑發(fā)生干涉，故作用中徑是螺紋旋合時(shí)實(shí)際起作用的中徑。當(dāng)外螺紋存在螺距誤差和牙型半角誤差時(shí)，只能與一個(gè)中徑較大的內(nèi)螺紋旋合，其效果相當(dāng)于外螺紋的中徑增大。這個(gè)增大了的假想中徑叫做外螺紋的作用中徑d2m。它等于外螺紋的實(shí)際中徑與螺距誤差及牙型半角誤差的中徑補(bǔ)償值之和。即： d2m=d2a+同理，當(dāng)內(nèi)螺紋存在螺距誤差及半牙型半角誤差時(shí)，只能與一個(gè)中徑較小的外螺紋旋合，其效果相當(dāng)于內(nèi)螺紋的中徑減小了。這個(gè)減小了的假想中徑叫做內(nèi)螺紋的作用中徑D2m。它等于內(nèi)螺紋的實(shí)際中徑與螺距誤差及牙型半角誤差的中徑補(bǔ)償值之差。即: D2m=D2a- 顯然，為了使相互結(jié)合的內(nèi)、外螺紋能自由旋合，應(yīng)保證D2m

12、大于等于d2m。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)沒(méi)有單獨(dú)規(guī)定螺距和牙型半角公差，只規(guī)定了內(nèi)、外螺紋的中徑公差（TD2、Td2），通過(guò)中徑公差同時(shí)限制實(shí)際中徑、螺距及牙型半角三個(gè)參數(shù)的誤差，如圖104所示。由于螺距和牙型半角誤差的影響均可折算為中徑的補(bǔ)償值，因此只要規(guī)定中徑公差就可以控制中徑本身的尺寸偏差、螺距誤差和牙型半角誤差的共同影響。可見(jiàn)，中徑公差是一項(xiàng)綜合公差。判斷螺紋中徑合格性的準(zhǔn)則應(yīng)遵循泰勒原則，即螺紋的作用中徑不能超越最大實(shí)體牙型的中徑；任意位置的實(shí)際中徑（單一中徑）不能超越最小實(shí)體牙型的中徑。所謂最大與最小實(shí)體牙型是指在螺紋中徑公差范圍內(nèi)，分別具有材料量最多和最少且與基本牙型形狀一致的螺紋牙型。對(duì)外螺紋

13、：作用中徑不大于中徑最大極限尺寸；任意位置的實(shí)際中徑不小于中徑最小極限尺寸。即 d2md2max d2ad2min 對(duì)內(nèi)螺紋：作用中徑不小于中徑最小極限尺寸；任意位置的實(shí)際中徑不大雨中徑最大極限尺寸。即 D2mD2min D2aD2max第三節(jié) 螺紋的公差與配合及其選用一、普通螺紋的公差帶螺紋公差帶與尺寸公差帶一樣，也是由其大?。ü畹燃?jí)）和相對(duì)于基本牙型的位置（基本偏差）所組成。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB1971981規(guī)定了螺紋的公差帶。螺紋公差帶的大小由公差值確定，并按公差值大小分為若干等級(jí)，見(jiàn)表102(見(jiàn)教材)。其中，6級(jí)是基本級(jí)，3級(jí)是公差最小，精度最高；9級(jí)精度最低。因?yàn)閮?nèi)螺紋加工較困難，所以在同

14、一公差等級(jí)中，內(nèi)螺紋中徑公差比外螺紋公差大32左右。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)內(nèi)螺紋的大徑和外螺紋的小徑均不規(guī)定具體公差值，而只規(guī)定內(nèi)、外螺紋牙底實(shí)際輪廓的任何點(diǎn)均不能超越按基本偏差確定的最大實(shí)體牙型。基本偏差是指公差帶兩極限偏差中靠近零線的那個(gè)偏差。它確定了公差帶相對(duì)基本牙型的位置。內(nèi)螺紋的基本偏差是下偏差（EI），外螺紋的基本偏差是上偏差（es）。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)內(nèi)螺紋規(guī)定了兩種基本偏差，其代號(hào)為G、H如圖105a、b所示。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)內(nèi)螺紋規(guī)定了四種基本偏差，其代號(hào)為e,f,g,h。對(duì)小徑只規(guī)定了最大極限尺寸，如圖105c、d所示。二、螺紋的旋合長(zhǎng)度與精度等級(jí)及其選用1981按螺紋公稱(chēng)直徑和螺距規(guī)定了長(zhǎng)、中、短

15、三種旋合長(zhǎng)度，分別用代號(hào)L、N、S表示。設(shè)計(jì)時(shí)一般選用中等旋合長(zhǎng)度N，只有當(dāng)結(jié)構(gòu)或強(qiáng)度上需要時(shí)，才選用短旋合長(zhǎng)度S或長(zhǎng)旋合長(zhǎng)度L。螺紋的精度不僅與螺紋直徑的公差等級(jí)有關(guān)，而且與螺紋的旋合長(zhǎng)度有關(guān)。當(dāng)公差等級(jí)一定時(shí)，旋合長(zhǎng)度越長(zhǎng)，加工時(shí)產(chǎn)生的螺距累積誤差（）和牙型半角誤差（）就可能越大，加工就越困難。因此，公差等級(jí)相同而旋合長(zhǎng)度不同的螺紋的精度等級(jí)也就不相同。GB1971981按螺紋的公差等級(jí)和選合長(zhǎng)度規(guī)定了三種精度等級(jí)，分別稱(chēng)為精密級(jí)、中等級(jí)和粗糙級(jí)。螺紋精度等級(jí)的高低，代表了螺紋加工的難易程度。同一精度等級(jí)，隨著旋合長(zhǎng)度的增加，螺紋的公差等級(jí)相應(yīng)降低。精密級(jí)用于精密連接螺紋，要求配合性質(zhì)穩(wěn)定

16、，配合間隙變動(dòng)較小，需要保證一定的定心精度的螺紋連接，如飛機(jī)零件的螺紋可采用4H、5H內(nèi)螺紋與4h外螺紋相配合。中等級(jí)用于一般的螺紋連接。粗糙級(jí)用于對(duì)精度要求不高或制造比較困難的螺紋連接，如深盲孔攻絲或熱軋棒上的螺紋。三、螺紋公差帶與配合的選用在選用螺紋的公差與配合時(shí)，根據(jù)使用要求，將螺紋的公差等級(jí)和基本偏差相結(jié)合，可得到各種不同的螺紋公差帶。內(nèi)、外螺紋的各種公差帶可以組成各種不同的配合。在生產(chǎn)中，為了減少螺紋刀具和螺紋量規(guī)的規(guī)格和數(shù)量，GB1971981規(guī)定了內(nèi)、外螺紋的選用公差帶。 其中有11種內(nèi)螺紋公差帶和13種外螺紋公差帶可任意組成各種配合。為了保證足夠的接觸高度，內(nèi)、外螺紋最好組成H

17、/g、H/h或G/h的配合。選擇時(shí)主要考慮以下幾種情況：（1）為了保證旋合性，內(nèi)、外螺紋應(yīng)具有較高的同軸度，并有足夠的接觸高度和結(jié)合強(qiáng)度，通過(guò)常采用最小間隙為零的配合（H/h）。（2）需要拆卸容易的螺紋，可選用較小間隙的配合（H/g或G/h）。（3）需要鍍層的螺紋，其基本偏差按所需鍍層厚度確定。需要涂鍍的除外，當(dāng)鍍層厚度為10um時(shí)可采用g，當(dāng)鍍層厚度為20um時(shí)可采用f，當(dāng)鍍層厚度為30um時(shí)可采用e。當(dāng)內(nèi)、外螺紋均需要涂鍍時(shí)，則采用G/e或G/f的配合。（4）在高溫條件下工作的螺紋，可根據(jù)裝配時(shí)和工作時(shí)的溫度來(lái)確定適當(dāng)?shù)拈g隙和相應(yīng)的基本偏差，留下有間隙以防螺紋卡死。一般常用基本偏差e。如汽

18、車(chē)上用的M141.25規(guī)格的火花塞。溫度相對(duì)較低時(shí)，可用基本偏差g。四、螺紋在圖樣上的標(biāo)注 完整的螺紋標(biāo)記由螺紋代號(hào)、公差直徑、螺距、螺紋公差代號(hào)和螺紋旋合長(zhǎng)度代號(hào)（或數(shù)值）組成，各代號(hào)間用“-”隔開(kāi)。螺紋公差帶代號(hào)包括中徑公差帶代號(hào)和頂徑公差帶代號(hào)。若中徑公差帶代號(hào)和頂徑公差帶代號(hào)不同，則應(yīng)分別注出，前者為中徑，后者為頂徑。若中徑和頂徑公差帶代號(hào)相同，則合并標(biāo)注一個(gè)即可。旋合長(zhǎng)度代號(hào)除“N”不注出外，對(duì)于短或長(zhǎng)旋合長(zhǎng)度，應(yīng)注出代號(hào)“S”或“L”，也可以直接用數(shù)值注出旋合長(zhǎng)度值。基本偏差代號(hào)小寫(xiě)為外螺紋，大寫(xiě)為內(nèi)螺紋。例如 M10 5H 6H L M10×1左 6g 10例如 M20

19、×2 6H/5g6g螺紋標(biāo)記在圖樣上標(biāo)注時(shí)，應(yīng)標(biāo)注在螺紋的公稱(chēng)直徑（大徑）的尺寸線上。五、應(yīng)用舉例螺紋M24-6H與M24-6h分項(xiàng)測(cè)量的結(jié)果為：內(nèi)螺紋D2a=22.200mm,P=25m, 1/2=-60, 2/2=+70。外螺紋d2a=21.900mm, P=40m, 1/2=-70, 2/2=-30。試求：（1）內(nèi)螺紋中徑是否合格。（2）外螺紋中徑是否合格。（3）查出內(nèi)、外螺紋所需旋合長(zhǎng)度的范圍。（4）作出公差帶圖。解：（1）查表10-1（教材），M24-6H的螺距P=3mm，中徑D2=22.051mm。查表10-3（教材），中徑公差TD2=265m；查表10-4（教材），中徑

20、下偏差EI=0。中徑的極限尺寸：D2max=22.316mm,D2min內(nèi)螺紋的作用中徑：D2m=D2a-(p+a/2) 根據(jù)中徑合格性的判斷原則（泰勒原則）：因?yàn)镈2a=22.200mm,D2max=22.316mm,D2m,D2min所以D2a<D2max,D2m>D2min故內(nèi)螺紋中徑合格。（2）查表10-1（教材），M24-6h的螺距P=3mm,中徑d2=22.051mm。查表10-3（教材），中徑公差Td2=200m,查表10-4（教材），中徑上偏差es=0。中徑的極限尺寸：d2max=22.051mm,d2min外螺紋的作用中徑：d2m=d2a-(fp+fa/2) 根據(jù)

21、中徑合格性的判斷原則：因?yàn)閐2a=21.900mm,d2max=22.051mm,d2m=22.035mm,d2min所以d2a>d2min,d2m<d2max故外螺紋中徑合格。（3）根據(jù)該內(nèi)、外螺紋的公稱(chēng)直徑D=24mm，d=24mm,P=3mm,查表10-5（教材）得內(nèi)、外螺紋均采用中等旋合長(zhǎng)度為>1236mm。（4）內(nèi)、外螺紋的公差帶圖如圖10-6所示。第四節(jié) 螺紋的檢測(cè)螺紋的測(cè)量方法可分為綜合檢驗(yàn)和單項(xiàng)測(cè)量?jī)深?lèi)。一、綜合檢驗(yàn)綜合檢驗(yàn)主要用于檢驗(yàn)只要求保證可旋合性的螺紋，用按泰勒原則設(shè)計(jì)的螺紋量規(guī)對(duì)螺紋進(jìn)行檢驗(yàn)，適用于成批生產(chǎn)。螺紋量規(guī)有塞規(guī)和環(huán)規(guī)（或卡規(guī)）之分，塞規(guī)用于檢驗(yàn)內(nèi)螺紋，環(huán)規(guī)（或卡規(guī)）用于檢驗(yàn)外螺紋。螺紋量規(guī)的通端用來(lái)檢驗(yàn)被測(cè)螺紋的作用中徑，控制其不得超出