第六章螺紋公差配合與檢測

1、互換性與測量技術(shù)互換性與測量技術(shù)-螺紋連接螺紋連接6.3 概述概述 螺紋的分類螺紋的分類按結(jié)合性質(zhì)和使用要求普通螺紋傳動螺紋 主要用于連接和緊固機(jī)械零件，是應(yīng)用最廣泛的一種螺紋，如米制普通螺紋。對這類螺紋的主要要求是具有可旋合性及連接可靠性 主要用于傳遞動力、運動和位移，如機(jī)床中的絲杠和螺母。對這類螺紋的主要要求是傳遞動力可靠、傳動比恒定、螺紋接觸良好及具有足夠的耐磨性，同時還必須有一定的保證間隙，以便傳動和儲存潤滑油緊密螺紋 主要用于密封連接，如管螺紋。對這類螺紋的主要要求是具有良好的旋合性及密封性，以保證不漏水、不漏氣、不漏油6.3.1 普通螺紋的基本牙型及主要幾何參數(shù)普通螺紋的基本牙型及

2、主要幾何參數(shù) 根據(jù)國標(biāo)GB/T 1922003規(guī)定，普通螺紋的基本牙型如圖6-9所示。它是在通過螺紋軸線的剖面上，將高度為H的原始等邊三角形頂部截去H/8和底部截去H/4后形成的內(nèi)、外螺紋共有的理論牙型?；狙佬蜕系某叽鐬槁菁y的基本尺寸。圖6-9 普通螺紋的基本牙型 1普通螺紋的主要幾何參數(shù)普通螺紋的主要幾何參數(shù) 普通螺紋的主要幾何參數(shù)包括大徑、小徑、中徑、螺距和導(dǎo)程、單一中徑、牙型高度、牙型角和牙型半角、螺紋升角和螺紋旋合長度等。 1普通螺紋的主要幾何參數(shù)普通螺紋的主要幾何參數(shù) 大徑是指與內(nèi)螺紋牙底或與外螺紋牙頂相切的假想圓柱或圓錐的直徑。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通螺紋大徑的基本尺寸為螺紋的公稱直徑

3、尺寸。對內(nèi)螺紋而言，大徑為底徑，用D表示；對外螺紋而言，大徑為頂徑，用d表示。 （1）大徑 小徑是指與內(nèi)螺紋牙頂或與外螺紋牙底相切的假想圓柱或圓錐的直徑。對內(nèi)螺紋而言，小徑為頂徑，用D1表示；對外螺紋而言，小徑為底徑，用d1表示。 （2）小徑 中徑是指一個假想圓柱或圓錐的直徑，該假想圓柱或圓錐的母線通過牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方。該假想圓柱或圓錐稱為中徑圓柱或中徑圓錐。內(nèi)螺紋的中徑用D2表示；外螺紋的中徑用d2表示。 （3）中徑 螺距P是指相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。導(dǎo)程Ph是指同一條螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。對單線螺紋，導(dǎo)程等于螺距，即PhP；對多線螺

4、紋，導(dǎo)程等于螺距P與螺旋線數(shù)n的乘積，即PhnP 。 （4）螺距和導(dǎo)程 牙型高度是指在螺紋牙型上，牙頂?shù)窖赖自诖怪庇诼菁y軸線方向上的距離。 （5）牙型高度 單一中徑是指一個假想圓柱或圓錐的直徑，該假想圓柱或圓錐的母線通過牙型上溝槽寬度等于1/2基本螺距的地方。當(dāng)螺距無誤差時，單一中徑與中徑相等；當(dāng)螺距有誤差時，兩者不相等，如圖6-2所示。 （6）單一中徑 牙型角是指在螺紋牙型上，兩相鄰牙側(cè)間的夾角；牙型半角/2為牙型角的一半，如圖6-3所示。普通螺紋的牙型角60，牙型半角/230 。 （7）牙型角和牙型半角圖6-2 單一中徑與中徑圖6-3 牙型角和牙型半角 （8）螺紋升角 螺紋旋合長度L是指兩

5、個相互配合的螺紋，沿螺紋軸線方向相互旋合部分的長度。 （9）螺紋旋合長度圖6-4 螺紋升角 螺紋升角是指在中徑圓柱或中徑圓錐上，螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角。如圖7-4所示，它與導(dǎo)程Ph和中徑d2之間的關(guān)系為：2htandP6.3.1 普通螺紋幾何參數(shù)誤差對互換性的影響普通螺紋幾何參數(shù)誤差對互換性的影響1）. 中徑誤差對互換性的影響中徑誤差對互換性的影響 中徑誤差是指中徑實際尺寸與其基本尺寸之差。內(nèi)外螺紋旋合時，相互作用集中在牙型側(cè)面上，因此，中徑的差異將直接影響牙型側(cè)面的接觸狀態(tài)。 假設(shè)其他參數(shù)處于理想狀態(tài)，若外螺紋的中徑大于內(nèi)螺紋的中徑，內(nèi)外螺紋就會產(chǎn)生干涉，難以旋合；若外螺紋

6、的中徑小于內(nèi)螺紋的中徑，又會使螺紋結(jié)合過松，影響連接的可靠性。因此，加工螺紋牙型時，應(yīng)當(dāng)對中徑誤差加以控制。2.螺紋幾何參數(shù)對互換性的影響2）. 螺距誤差對互換性的影響螺距誤差對互換性的影響螺距誤差單個螺距誤差 又稱為局部誤差，是指單個螺距的實際尺寸與其基本尺寸之差，它與旋合長度無關(guān)螺距累積誤差 是指在規(guī)定的螺紋長度內(nèi)，任意兩同名牙側(cè)與中徑線交點間的實際軸向距離與其基本值之差的最大絕對值，它與旋合長度有關(guān)，對互換性的影響更為明顯 螺距誤差主要影響螺紋的旋合性和連接強(qiáng)度。 假定內(nèi)螺紋具有基本牙型，外螺紋的中徑及牙型半角與內(nèi)螺紋相同，但外螺紋的螺距有誤差，且外螺紋的螺距比內(nèi)螺紋的螺距大。假定在n個

7、螺牙長度上，螺距累積誤差為P，則內(nèi)外螺紋的牙型將發(fā)生干涉（如圖7-5（a）所示交叉剖面線部分），從而無法旋合。 為使內(nèi)外螺紋能夠旋合，可將外螺紋的中徑減小一個數(shù)值fP（當(dāng)內(nèi)螺紋的螺距有誤差時，可將內(nèi)螺紋的中徑加大一個數(shù)值fP）。這個fP值是為補償螺距累積誤差的影響而折算到中徑上的數(shù)值，稱為螺距誤差中徑當(dāng)量。（a） （b）圖6-5 螺距累積誤差對互換性的影響 由圖6-5（b）所示幾何關(guān)系可知： 對于普通螺紋，其牙型角60，則fP1.732P。Pcot2fP3） . 牙型半角誤差對互換性的影響牙型半角誤差對互換性的影響 牙型半角誤差是指實際牙型半角與理論牙型半角之差，它也會影響螺紋的旋合性和連接強(qiáng)

8、度。 假設(shè)內(nèi)螺紋具有基本牙型，外螺紋的中徑及螺距與內(nèi)螺紋相同，且都沒有誤差，但外螺紋的牙型半角有誤差，內(nèi)外螺紋旋合時，在牙側(cè)將會產(chǎn)生干涉，難以旋合，如圖6-6所示。 （a） （b）圖6-6 牙型半角誤差對互換性的影響外螺紋的牙型半角小于內(nèi)螺紋的牙型半角外螺紋的牙型半角大于內(nèi)螺紋的牙型半角 為使內(nèi)外螺紋能夠旋合，應(yīng)將外螺紋的實際中徑減小一個數(shù)值f/2（當(dāng)內(nèi)螺紋牙型半角有誤差時，可將內(nèi)螺紋的實際中徑增加一個數(shù)值f/2）。這個f/2值是為補償牙型半角誤差的影響而折算到中徑上的數(shù)值，稱為牙型半角誤差中徑當(dāng)量。 f/2與左、右牙型半角誤差的關(guān)系為：式中： 、 左、右牙型半角誤差（）； K1、K2系數(shù)，對

9、外螺紋，當(dāng)牙型半角誤差為正值 時，K1（或K2）取2，當(dāng)牙型半角誤差為負(fù)值時，K1 （或K2）取3；對內(nèi)螺紋，當(dāng)牙型半角誤差為正值時， K1（或K2）取3，當(dāng)牙型半角誤差為負(fù)值時，K1（或K2）取2。 212212/2120.07322fP KK（）3. 螺紋中徑合格性判斷原則螺紋中徑合格性判斷原則 對內(nèi)螺紋，當(dāng)有P和/2后，只能與一個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，這個減小了的假想中徑稱為內(nèi)螺紋的作用中徑D2m，它是與外螺紋旋合時起作用的中徑，其值為： D2mD2a（fPf/2） 對外螺紋，當(dāng)有P和/2后，只能與一個中徑較大的內(nèi)螺紋旋合，其效果相當(dāng)于外螺紋的中徑增大了，

10、這個增大了的假想中徑稱為外螺紋的作用中徑d2m，它是與內(nèi)螺紋旋合時起作用的中徑，其值為： d2md2a（fPf/2） 根據(jù)以上分析可知，螺紋中徑是衡量螺紋互換性的主要參數(shù)。螺紋中徑合格性判斷原則：實際螺紋的作用中徑不能超出最大實體牙型的中徑，實際螺紋上任意位置的實際中徑（單一中徑）不能超出最小實體牙型的中徑，即：對內(nèi)螺紋 D2mD2min，D2aD2max對外螺紋 d2md2max，d2ad2min 有一內(nèi)螺紋M20-7H，測得其實際中徑D2a = 18.61mm,螺距累積誤差P = 40 m,實際牙型半角/2(左)=3030,/2(右) 2910，問此內(nèi)螺紋的中徑是否合格？查表得6-8，M2

11、07H得螺距P = 2.5mm，中徑D2 18.376mm， 查表得6-10，中徑公差TD2 = 0.280mm，查表得6-11，中徑下偏差EI = 0，中徑的極限尺寸D2max= 18.656mm，D2min = 18.376mm內(nèi)螺紋的作用中徑： D2m = D2a ( fp + f/2)fp = 1.732 |P| = 1.732 40 = 69.28 m = 0.06928mmf/2 = 0.073p(K1|1/2| + K2 |2/2|= 0.0732.5 (3 30 + 2 50) = 34.675mD2m = 18.61 0.06928 0.035 = 18.506 mm根據(jù)中徑

12、合格性判斷原則： D2a 18.61 mm D2min = 18.376mm D2a D2min 內(nèi)螺紋的中徑合格。課堂練習(xí)課堂練習(xí)6.3.2 普通螺紋的公差與配合普通螺紋的公差與配合一、一、 普通螺紋的公差帶普通螺紋的公差帶 普通螺紋公差帶與尺寸公差帶一樣，其大小由公差等級決定，位置由基本偏差決定。普通螺紋公差帶以基本牙型為零線，沿著螺紋牙型的牙側(cè)、牙頂和牙底分布，并在垂直于螺紋軸線的方向上計量。 普通螺紋中，為了滿足互換性的要求，只需規(guī)定大徑、小徑和中徑公差。而螺紋底徑是在加工時與中徑一起由刀具切出的，其尺寸由刀具保證，因此，國標(biāo)沒有規(guī)定底徑公差，只規(guī)定內(nèi)外螺紋牙底的實際輪廓不能超出基本偏

13、差所確定的最大實體牙型，以保證旋合時不會發(fā)生干涉。這樣，在普通螺紋國家標(biāo)準(zhǔn)中，只規(guī)定了內(nèi)螺紋的小徑D1、中徑D2和外螺紋的大徑d、中徑d2的公差。 螺紋的公差等級如表6-9所示。其中，3級精度最高，9級精度最低，6級為基本級。內(nèi)外螺紋的頂徑公差值TD1、Td和中徑公差值TD2、Td2參見課本表6-10和表6-11。 1公差等級公差等級表6-9 螺紋的公差等級 內(nèi)外螺紋公差帶的位置如圖6-7所示。對內(nèi)螺紋，基本偏差為下極限偏差EI；對外螺紋，基本偏差為上極限偏差es。 2基本偏差基本偏差（a） （b）（c） （d） 圖6-7 內(nèi)外螺紋公差帶 普通螺紋國家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定，內(nèi)螺紋有兩種公差帶位置，其基本

14、偏差分別為G、H；外螺紋有四種公差帶位置，其基本偏差分別為e、f、g、h。選擇基本偏差主要依據(jù)螺紋表面涂鍍層的厚度及螺紋件的裝配間隙。二、二、 普通螺紋旋合長度和公差精度普通螺紋旋合長度和公差精度 為滿足普通螺紋不同使用性能的要求，國家標(biāo)準(zhǔn)將螺紋的旋合長度分為了短旋合長度組S、中等旋合長度組N和長旋合長度組L三組。 設(shè)計時，一般選擇中等旋合長度組N，只有當(dāng)結(jié)構(gòu)或強(qiáng)度上需要時，才選用短旋合長度組S或長旋合長度組L。在滿足使用要求的前提下，應(yīng)盡可能縮短旋合長度。因為旋合長度較長時，不僅結(jié)構(gòu)笨重，加工困難，而且由于螺距累積誤差增大，會降低承載能力，造成螺牙強(qiáng)度和密封性下降。 1旋合長度旋合長度 螺紋

15、公差精度由螺紋公差等級和旋合長度兩個因素決定。當(dāng)公差等級一定時，旋合長度越長，加工時產(chǎn)生的螺距累積誤差和牙型半角誤差就可能越大，以同樣的中徑公差值加工就越困難。 2公差精度公差精度 螺紋公差精度等級的高低，反映螺紋加工的難易程度。國標(biāo)規(guī)定了精密、中等和粗糙三種公差精度等級。其中，精密級主要用于精密螺紋；中等級主要用于一般用途螺紋；粗糙級主要用于制造螺紋有困難的場合。 實際選用時，還必須考慮螺紋的工作條件、尺寸大小、工藝結(jié)構(gòu)及加工的難易程度等因素。例如，當(dāng)螺紋承載較大，且為交變載荷或有較大振動時，應(yīng)選用精密級；對于小直徑螺紋，為保證連接強(qiáng)度，應(yīng)提高其公差精度。6.3.3 普通螺紋標(biāo)記普通螺紋標(biāo)記

16、 完整的螺紋標(biāo)記由螺紋特征代號、尺寸代號、公差帶代號及其他有必要進(jìn)一步說明的個別信息組成。 普通螺紋的特征代號用字母“M”表示。 1特征代號特征代號 單線螺紋的尺寸代號為“公稱直徑螺距”，公稱直徑和螺距數(shù)值的單位為毫米（mm）。對粗牙螺紋，可以省略標(biāo)注其螺距項。例如，公稱直徑為8 mm、螺距為1 mm的單線細(xì)牙螺紋標(biāo)記為M81；公稱直徑為8 mm、螺距為1.25 mm的單線粗牙螺紋標(biāo)記為M8。 2尺寸代號尺寸代號 多線螺紋的尺寸代號為“公稱直徑Ph（導(dǎo)程）P（螺距）”，公稱直徑、導(dǎo)程和螺距數(shù)值的單位為毫米（mm）。如果要進(jìn)一步表明螺紋的線數(shù)，可在后面增加括號說明（使用英語進(jìn)行說明，例如，雙線為

17、two starts；三線為three starts）。例如，公稱直徑為16 mm、螺距為1.5 mm、導(dǎo)程為3 mm的雙線螺紋標(biāo)記為M16Ph3P1.5或M16Ph3P1.5（two starts）。 普通螺紋的公差帶代號包含中徑公差帶代號和頂徑公差帶代號。中徑公差帶代號在前，頂徑公差帶代號在后。各直徑的公差帶代號由表示公差等級的數(shù)值和表示公差帶位置的字母（內(nèi)螺紋用大寫字母；外螺紋用小寫字母）組成。如果中徑公差帶代號和頂徑公差帶代號相同，則應(yīng)只標(biāo)注一個公差帶代號。螺紋尺寸代號與公差帶間用“”號分開。 3公差帶代號公差帶代號 例如，中徑公差帶為5g、頂徑公差帶為6g的外螺紋標(biāo)記為M1015g6

18、g；中徑公差帶和頂徑公差帶都為6H的粗牙內(nèi)螺紋標(biāo)記為M106H。 在下列情況下，中等公差精度螺紋不標(biāo)注其公差帶代號： 對內(nèi)螺紋，公差帶為5H，公稱直徑小于和等于1.4 mm時；公差帶為6H，公稱直徑大于和等于1.6 mm時。 對外螺紋，公差帶為6h，公稱直徑小于和等于1.4 mm時；公差帶為6g，公稱直徑大于和等于1.6 mm時。 內(nèi)外螺紋配合時，內(nèi)螺紋公差帶代號在前，外螺紋公差帶代號在后，中間用斜線分開。例如，公差帶為6H的內(nèi)螺紋與公差帶為5g6g的外螺紋組成的配合標(biāo)記為M202-6H/5g6g。 對短旋合長度組和長旋合長度組的螺紋，應(yīng)在公差帶代號后分別標(biāo)注“S”和“L”代號。旋合長度代號與

19、公差帶間用“”分開。中等旋合長度組螺紋不標(biāo)注旋合長度代號N。例如，短旋合長度的內(nèi)螺紋標(biāo)記為M2025HS；長旋合長度的內(nèi)外螺紋標(biāo)記為M67H/7g6gL。 4旋合長度和旋向代號旋合長度和旋向代號 對左旋螺紋，應(yīng)在旋合長度代號之后標(biāo)注“LH”代號。旋合長度代號與旋向代號間用“”分開。右旋螺紋不標(biāo)注旋向代號。例如，左旋螺紋M60.755h6hSLH。 課堂練習(xí)課堂練習(xí) (1) M20-5H： (2) M16-5H6H-L：(3) M3016H/5g6g： (4) M20-5h6h-S： (1) M20-5H：普通內(nèi)螺紋，公稱直徑為20mm，中徑和頂徑公差帶代號均為5H。(2) M16-5H6H-L

20、：普通內(nèi)螺紋，公稱直徑為16mm,中徑公差帶代號為5H，頂徑公差帶代號為6H，長旋合長度。 (3) M3016H/5g6g：公稱直徑為30mm，螺距為1mm的普通內(nèi)、外螺紋配合。內(nèi)螺紋的中徑與頂徑公差帶代號為6H；外螺紋的中徑公差帶代號為5g，頂徑公差帶代號為6g。(4) M20-5h6h-S：普通外螺紋，公稱直徑為20mm，中徑 公差帶代號為5h，頂徑公差帶代號為6h，短旋合長度。6.3.4 普通螺紋公差帶與配合的選擇普通螺紋公差帶與配合的選擇 1螺紋公差等級與旋合長度螺紋公差等級與旋合長度 螺紋結(jié)合的精度不僅與螺紋公差帶大小有關(guān)，還與螺紋結(jié)合的精度不僅與螺紋公差帶大小有關(guān)，還與螺紋的旋合長

21、度有關(guān)。因此對不同的旋合長度規(guī)定不同螺紋的旋合長度有關(guān)。因此對不同的旋合長度規(guī)定不同大小的公差帶，旋合長度是螺紋精度設(shè)計中必須考慮的大小的公差帶，旋合長度是螺紋精度設(shè)計中必須考慮的因素。因素。 國標(biāo)中規(guī)定了不同直徑和螺距所對應(yīng)的旋合長度，國標(biāo)中規(guī)定了不同直徑和螺距所對應(yīng)的旋合長度，分為分為短（短（S S）、中（）、中（N N）、長（）、長（L L）三種旋合長度）三種旋合長度。 國標(biāo)按螺紋公差等級和旋合長度規(guī)定了三種類型的公國標(biāo)按螺紋公差等級和旋合長度規(guī)定了三種類型的公差帶，分別是差帶，分別是精密級、中等級和粗糙級精密級、中等級和粗糙級，代表著不同的，代表著不同的加工難度加工難度。 結(jié)合精度的確

22、定：結(jié)合精度的確定： 精密級精密級用于精密聯(lián)結(jié)螺紋。用于精密聯(lián)結(jié)螺紋。 中等級中等級用于一般用途聯(lián)結(jié)。用于一般用途聯(lián)結(jié)。 粗糙級粗糙級用于要求不高及制造困難的螺紋。用于要求不高及制造困難的螺紋。 旋合長度的確定：旋合長度的確定：一般多用一般多用N N組。根據(jù)公稱直徑和螺距選擇。組。根據(jù)公稱直徑和螺距選擇。公差帶的確定：是螺紋公差等級和基本偏差的組合。表示方法是公差等級后加上基本偏差代號。 如外螺紋：6f；內(nèi)螺紋：6H。與普通尺寸標(biāo)注有差別。6.3.4 普通螺紋公差帶與配合的選擇普通螺紋公差帶與配合的選擇 2公差帶的選擇公差帶的選擇o公差帶的大小和公差等級：公差帶的大小和公差等級：公差帶的大小由

23、公差值確定，公差帶的大小由公差值確定，表示螺紋中徑尺寸的允許變動量。其中表示螺紋中徑尺寸的允許變動量。其中6 6級為基本級。級為基本級。 o公差帶的位置和基本偏差公差帶的位置和基本偏差 : :公差帶的位置是指公差帶相對公差帶的位置是指公差帶相對于基本牙型的距離，該距離由基本偏差決定。規(guī)定于基本牙型的距離，該距離由基本偏差決定。規(guī)定內(nèi)螺紋內(nèi)螺紋的下偏差（的下偏差（EIEI）和和外螺紋的上偏差（外螺紋的上偏差（eses）為基本偏差。為基本偏差。對對內(nèi)螺紋規(guī)定代號為內(nèi)螺紋規(guī)定代號為H H和和G G的兩種基本偏差的兩種基本偏差，如圖，如圖7-57-5所示；所示；對對外螺紋規(guī)定代號為外螺紋規(guī)定代號為e

24、e、f f、g g、h h四種基本偏差四種基本偏差，如圖，如圖7-67-6所示所示. . 內(nèi)螺紋 外螺紋配合的選用：配合的選用：理論上，表中的內(nèi)外螺紋可以構(gòu)成各種配合，但從理論上，表中的內(nèi)外螺紋可以構(gòu)成各種配合，但從保證足夠的接觸強(qiáng)度出發(fā)，保證足夠的接觸強(qiáng)度出發(fā)，最好選用最好選用H/gH/g、H/hH/h、G/hG/h的配合。的配合。 一般情況下，一般情況下，選用中等精度、中等旋合長度的公差帶，即內(nèi)螺選用中等精度、中等旋合長度的公差帶，即內(nèi)螺紋公差帶常選紋公差帶常選6H6H、外螺紋公差帶、外螺紋公差帶6h6h、6g6g應(yīng)用較廣。應(yīng)用較廣。表面粗糙度：表面粗糙度：國標(biāo)有普通螺紋的表面粗糙度推薦值

25、。國標(biāo)有普通螺紋的表面粗糙度推薦值。 查表寫出查表寫出M202-6H/5g6g的大、中、小徑尺寸，中徑和頂徑的上的大、中、小徑尺寸，中徑和頂徑的上下偏差和公差。下偏差和公差。M202 6H/5g6g大徑D、d：20mm中徑D2，d2：18.701mm小徑D1，d1：17.335mm內(nèi)螺紋：因為中徑和頂徑公差帶代號均為6H，查表得基本偏差為EI = 0 內(nèi)螺紋中徑公差TD2 =0.212mm 中徑下偏差EI 0 所以內(nèi)螺紋中徑上偏差ES =EI +TD2 = 0 +0.212 = +0.212mm 內(nèi)螺紋頂徑公差TD1 = 0.375 mm 頂徑下偏差EI = 0 所以內(nèi)螺紋頂徑D1上偏差 0.375 mm + 0 = +0.375mm外螺紋：因為中徑公差帶代號為5g，查表得中徑的基本偏差為上偏差es = - 0