zml-第六章第二講螺紋件的互換性

§6

滾動軸承、鍵和螺紋的互換性主講：趙明利12按照尺寸精度和旋轉精度可以分為：

0、6（6x）、5、4、2

GB/T307.3-2005低高內(nèi)容回顧：滾動軸承的公差等級及應用尺寸公差：軸承內(nèi)徑d、外徑D和寬度B等的尺寸公差；旋轉精度：軸承內(nèi)外圈作相對運動時跳動的程度。(包括軸承內(nèi)、外圈的徑向跳動、端面跳動及滾道的側向擺動等）一般零件基孔制的基準孔位置軸承內(nèi)圈與軸頸的配合：基孔制一般零件基軸制的基準軸位置軸承外圈與殼體孔配合：基軸制0+-基本尺寸065420+-基本尺寸H0+-基本尺寸h0+-基本尺寸06542內(nèi)容回顧：軸承內(nèi)圈與軸頸配合的特殊性φ55j6φ100H7

在裝配圖上，不用標注軸承的公差等級代號，只需標注與之相配合的軸承座及軸頸的公差等級代號。4內(nèi)容回顧：在裝配圖上的標注Φ100H7（）+0.0350A0.015A0.0061.63.2+0.012Φ55j6（）-0.0070.0040.01AA0.631.25在零件圖上，應標注以下參數(shù)：A、尺寸公差B、形狀公差C、位置公差D、表面粗糙度5內(nèi)容回顧：在零件圖上的標注§6.4螺紋結合的互換性6了解螺紋結合的種類、基本牙型及主要幾何參數(shù)，螺紋幾何參數(shù)對互換性的影響；掌握作用尺寸中徑、及螺紋中徑公差的合格性條件；學會螺紋結合的標注及精度設計；了解螺紋的公差帶、基本偏差及公差帶與配合的選用；掌握螺紋精度概念及圖樣上的標注；

基本要求7掌握作用中徑、及螺紋中徑合格性判定；掌握螺紋精度概念及圖樣上的標注。

學習重點與難點8GB192-81：《普通螺紋基本牙型》GB2515-81：《普通螺紋術語》GB197-81：《普通螺紋公差與配合》JB2886－92：《機床梯形螺紋絲杠、螺母技術條件》9在機械制造中，螺紋聯(lián)接和傳動的應用有很多，占有很重要的地位。根據(jù)其用途可分為三類:普通螺紋、傳動螺紋和緊密螺紋。10

一、螺紋的分類和使用要求

普通螺紋

通常也稱緊固螺紋，主要用于聯(lián)接和緊固各種機械零件。如用螺栓和螺母連接并緊固兩個聯(lián)軸節(jié)套；使用要求：良好的旋合性（內(nèi)、外螺紋的旋入性及配合性質(zhì)）和一定的連接強度。11

傳動螺紋這類螺紋通常用于傳遞運動或動力，如機床傳動絲杠和測量儀微螺桿上的螺紋。使用要求：傳遞動力的可靠性、傳遞位移的準確性和具有一定的間隙性。12

緊密螺紋

這類螺紋用于使兩個零件精密連接而無泄漏的結合中，如管螺紋。使用要求：結合應具有一定的過盈，以保證不漏水、不漏氣和不漏油。13

螺紋的幾何參數(shù)取決于螺紋軸向剖面內(nèi)的基本牙型。其基本牙型是將原始三角形(等邊三角形)的頂部截去H/8和底部截去H/4所形成的內(nèi)、外螺紋共有的理論牙型。該牙型具有螺紋的基本尺寸。14

二、普通螺紋的主要幾何參數(shù)1、普通螺紋基本牙型152、牙頂、牙底和牙側牙頂：在螺紋凸起的頂部，連接相鄰兩牙側的螺紋表面；牙底：在螺紋溝槽的底部，連接相鄰兩牙側的螺紋表面；牙側：牙頂和牙底之間的螺紋表面。16

3、大徑(D,d)大徑是指與內(nèi)螺紋牙底或外螺紋牙頂相切的假想圓柱或圓錐的直徑。相結合的內(nèi)、外螺紋的大徑基本尺寸相等，即D=d。內(nèi)螺紋的大徑D又稱"底徑",外螺紋的大徑d又稱"頂徑"。普通螺紋大徑的基本尺寸為螺紋公稱直徑尺寸。17

4、小徑(D1，d1)

小徑是指與內(nèi)螺紋牙頂或外螺紋牙底相切的假想圓柱或圓錐的直徑。相結合的內(nèi)、外螺紋的小徑基本尺寸相等,即D１=d1。內(nèi)螺紋的小徑D1又稱"頂徑",外螺紋的小徑d1又稱"底徑"。18

5、中徑(D２，d２)

中徑是指一個假想圓柱或圓錐的直徑，該圓柱或圓錐的母線通過螺紋牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方，此假想圓柱稱為中徑圓柱。中徑圓柱的母線稱為中徑線，其軸線即為螺紋軸線,相結合的內(nèi)、外螺紋中徑的基本尺寸相等，即D２=d２。19

6、單一中徑(D2單一，d2單一)單一中徑是指一個假想圓柱的直徑，該圓柱的母線通過牙型上溝槽寬度等于螺距基本尺寸一半地方的直徑。20

D2、d2

D2單一、

d2單一中徑線單一中徑線實際牙型D2、d2

≠D2單一、

d2單一217、螺距(P)、導程(L)螺距：是指相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。導程：同一螺旋線上的相鄰兩牙在中徑線對應點間的軸向距離。22﹡螺距和導程的關系

單線螺紋：P=L螺距

=導程

多線螺紋：

P=L/n螺距導程23

8、牙型角、牙型半角與牙側角牙型角是在螺紋牙形上，兩相鄰牙側間的夾角；牙型半角是牙型角的一半，普通螺紋的牙型半角為30；牙側角是指在螺紋牙型上牙側與螺紋軸線的垂線間的夾角。24

9、螺紋旋合長度螺紋旋合長度是指內(nèi)外螺紋旋合時螺旋面接觸部分的軸向長度。2510、螺紋接觸高度指兩個相互配合螺紋的牙頂在垂直于螺紋軸線方向上的距離。普通螺紋接觸高度的基本尺寸等于5H/8。26內(nèi)容回顧：平鍵公差帶圖+0-bh8H9D10h8N9JS9h8P9P9鍵寬公差帶軸槽公差帶輪轂公差帶較松鍵聯(lián)結一般鍵聯(lián)結較緊鍵聯(lián)結270.02A50-0.20Φ58r6（）?+0.060+0.041A3.23.212.51.616N9（）0-0.0431、標注槽深d-t及公差2、標注槽寬b及公差3、標注對稱度公差4、標注表面粗糙度28內(nèi)容回顧：鍵槽軸的標注1、標注輪轂深d+t1及公差2、標注槽寬b及公差3、標注對稱度公差4、標注表面粗糙度29?58H7E3.2

3.212.562.3

+0.20A16JS90.021.6MA內(nèi)容回顧：鍵槽輪轂的標注b)小徑定心

a)大徑定心c)鍵寬定心30內(nèi)容回顧：花鍵定心方式(三種）

螺紋聯(lián)接要實現(xiàn)其互換性,必須保證良好的旋合性和一定的聯(lián)接強度。前者指公稱直徑和螺距基本尺寸分別相同的內(nèi)、外螺紋能自由旋入，并獲得規(guī)定的配合性質(zhì)；后者指內(nèi)、外螺紋的牙側彼此能夠接觸均勻，具有足夠的承載能力。31

三、螺紋幾何參數(shù)誤差對互換性的影響影響螺紋互換性的主要幾何參數(shù)有五個:大徑、小徑、中徑、螺距和牙型半角。這幾個參數(shù)在加工過程中不可避免地會產(chǎn)生一定的加工誤差,不僅會影響螺紋的旋合性、接觸高度、配合松緊、還會影響聯(lián)接的可靠性,從而影響螺紋的互換性。32內(nèi)、外螺紋加工后,外螺紋的大徑和小徑要分別小于內(nèi)螺紋的大徑和小徑，才能保證旋合性。而過小的話則接觸高度減小，影響連接強度。33

三、螺紋幾何參數(shù)誤差對互換性的影響由于螺紋旋合后主要是依靠螺牙側面工作，如果內(nèi)、外螺紋的牙側接觸不均勻，就會造成負荷分布不均，勢必降低螺紋的配合均勻性和聯(lián)接強度。因此對螺紋互換性影響較大的參數(shù)是中徑、螺距和牙型半角。34

三、螺紋幾何參數(shù)誤差對互換性的影響1、中徑偏差對螺紋互換性的影響中徑偏差是指中徑的實際尺寸(以單一中徑體現(xiàn))與基本尺寸之代數(shù)差。就外螺紋而言，中徑若比內(nèi)螺紋大，必然影響旋合性；若過小，則會使牙側間的間隙增大，聯(lián)接強度降低。要控制螺紋的中徑偏差。國標中規(guī)定了普通螺紋的中徑公差。35

2、螺距誤差對互換性的影響

螺距誤差可分為單個螺距偏差和螺距累積誤差兩種。單個螺距偏差：是指單個螺距的實際值與其基本值之代數(shù)差，它與旋合長度無關。螺距累積誤差：是指在規(guī)定的螺紋旋合長度內(nèi)，任意兩同名牙側與中徑線交點間的實際軸向距離與其基本值的最大差值，它與旋合長度有關。螺距累積誤差對互換性的影響更為明顯。36假設內(nèi)螺紋具有基本牙型，與僅存在螺距偏差的外螺紋結合。外螺紋N個螺距的累積誤差為ΔPΣ(μm)。內(nèi)、外螺紋牙側產(chǎn)生干涉而不能旋合。為防止干涉，為使具有ΔPΣ的外螺紋旋入理想的內(nèi)螺紋,就必須使外螺紋的中徑減小一個數(shù)值fp(μm)。37

2、螺距誤差對互換性的影響

L理論=nPL實際=nP1ΔPΣfp/2螺距累積誤差對旋合性的影響示例內(nèi)螺紋外螺紋38同理，假設外螺紋具有基本牙型，與僅存在螺距誤差的內(nèi)螺紋相結合。設在N個螺牙的旋合長度內(nèi)，內(nèi)螺紋存在ΔPΣ。為保證旋合性，就必須將內(nèi)螺紋中徑增大一個數(shù)值Fp。Fp就是為補償螺距累積誤差而折算到中徑上的數(shù)值，稱為螺距誤差的中徑當量。兩種情況下的當量計算公式為：39

2、螺距誤差對互換性的影響

對于60°牙形角的普通螺紋3.牙側角誤差對互換性的影響

牙側角誤差是指牙側角的實際值對公稱值的代數(shù)差，是螺紋牙側相對于螺紋軸線的位置誤差。對螺紋的旋合性和聯(lián)接強度均有影響。牙側角偏差對旋合性的影響如圖所示。4041

3.牙側角誤差對互換性的影響內(nèi)螺紋;2.外螺紋;3.中徑減小后的外螺紋外螺紋：外螺紋存在牙側角偏差時，必須將外螺紋牙型沿垂直螺紋軸線的方向下移，從而使外螺紋的中徑減小一個數(shù)值fα。內(nèi)螺紋：內(nèi)螺紋存在牙側角偏差時，必須將內(nèi)螺紋中徑增大一個數(shù)值Fα，該值稱為牙型半角偏差的中徑當量。423.牙側角誤差對互換性的影響

f

=0.073P（K1〡△1〡+K2〡△2〡)(um)Δ1、Δ2>0(+)<0(－)

外K1

、K223

內(nèi)K1

、K232右牙側角誤差，(秒)

左牙側角誤差，(秒)

螺距，mm系數(shù)K1、K2：4344

四、單一中徑與中徑之間的數(shù)量關系五、保證螺紋互換性的條件45

中徑公差對于普通螺紋，影響其互換性的主要參數(shù)是中徑、螺距和牙側角。由于螺距偏差和牙側角偏差對螺紋互換性的影響均可以折算成中徑當量，并與中徑尺寸偏差形成作用中徑?？紤]到作用中徑的存在，可以不單獨規(guī)定螺距公差和牙側角公差，而僅規(guī)定一項中徑公差，用以控制中徑本身的尺寸偏差、螺距偏差和牙型半角偏差的綜合影響。46

作用中徑

作用中徑（d2m，D2m）：旋合時，在旋合長度內(nèi)實際起作用的中徑。螺紋實際中徑與螺距誤差、牙側角誤差的中徑補償值所綜合形成的尺寸。即在規(guī)定的旋合長度內(nèi)，恰好包容實際螺紋的一個假想螺紋的中徑。它可以表達為：外螺紋：內(nèi)螺紋：47孔的體外作用尺寸Dfe：在配合的全長上，與實際孔內(nèi)接的最大理想軸的尺寸。軸的體外作用尺寸dfe：在配合的全長上，與實際軸外接的最小理想孔的尺寸。48

回憶：體外作用尺寸內(nèi)接的最大理想軸外接的最小理想孔Dfe實際孔dfe實際軸Dfe=Da-Δdfe=da+Δ49單一中徑作用中徑中徑b)小徑定心

a)大徑定心c)鍵寬定心50內(nèi)容回顧：花鍵定心方式(三種）

影響螺紋互換性的主要參數(shù)有大徑、小徑、中徑、螺距和牙側角。但由于螺紋旋合后主要接觸面是牙側，牙頂與牙底一般不接觸，因此大徑、小徑對互換性的影響較小。51

重點內(nèi)容回顧良好的旋合性一定接觸強度普通螺紋互換性中徑螺距對螺紋互換性影響較大的參數(shù)牙側角L理論=nPL實際=nP1ΔPΣfp/2螺距累積誤差對旋合性的影響內(nèi)螺紋外螺紋52螺距誤差中徑當量:

重點內(nèi)容回顧53牙側角誤差對互換性的影響

f

=0.073P（K1〡△1〡+K2〡△2〡)(um)

重點內(nèi)容回顧

中徑公差考慮到作用中徑的存在，可以不單獨規(guī)定螺距公差和牙側角公差，而僅規(guī)定一項中徑公差，用以控制中徑本身的尺寸偏差、螺距偏差和牙側角偏差的綜合影響。54

重點內(nèi)容回顧

由于作用中徑的存在以及螺紋中徑公差的綜合性，因此中徑合格與否是衡量螺紋互換性的主要依據(jù)。判斷中徑的合格性應遵循泰勒原則:實際螺紋的作用中徑不允許超出最大實體牙型的中徑，任何部位的單一中徑不允許超出最小實體牙型的中徑。表達式為：外螺紋：內(nèi)螺紋：55

螺紋中徑合格性判斷原則d2minTd2d2maxd2md2單一fpfαTD2D2單一D2mFpFαD2，d2D2maxD2min內(nèi)螺紋外螺紋螺紋中徑合格性判斷56外螺紋：內(nèi)螺紋：六、普通螺紋公差與配合57螺紋公差帶是沿基本牙型的牙側、牙頂和牙底分布的牙型公差帶，它由相對于基本牙型的位置和大小等兩個要素構成，在垂直于螺紋軸線的方向測量。1、

螺紋公差帶582.公差帶的大小和公差等級公差帶的大小由公差值確定，表示螺紋中徑和頂徑尺寸的允許變動量。而公差值則取決于螺紋公稱直徑和螺距基本尺寸的大小及中徑和頂徑公差等級的高低。GB197-2003對螺紋中徑和頂徑分別規(guī)定了幾個公差等級。59螺紋直徑公差等級內(nèi)螺紋小徑D14、5、6、7、8內(nèi)螺紋中徑D24、5、6、7、8外螺紋大徑d4、6、8外螺紋中徑d23、4、5、6、7、8、9普通螺紋的公差等級60各公差等級中3級最高，9級最低，6級為基本級；國家標準對內(nèi)、外螺紋底徑?jīng)]有規(guī)定公差，僅對內(nèi)螺紋規(guī)定底徑的最小極限尺寸，使之大于外螺紋大徑的最大極限尺寸，外螺紋底徑的最大極限尺寸，小于內(nèi)螺紋小徑的最小極限尺寸。這樣保證了內(nèi)、外螺紋的大徑間和小徑間不會產(chǎn)生干涉，以滿足旋入性的要求。613.公差帶的位置和基本偏差公差帶的位置是指公差帶相對與基本牙型的距離，該距離由基本偏差決定。規(guī)定內(nèi)螺紋的下偏差（EI）和外螺紋的上偏差（es）為基本偏差。規(guī)定：內(nèi)螺紋基本偏差代號：H和G；外螺紋基本偏差代號：e、f、g、h。62螺紋中徑和頂徑的基本偏差630D2D1D基本牙型GEIESTTD2/2TD1/2EI/2ES=TDD2D1基本牙型HTD2/2TD1/2EI=0T內(nèi)螺紋公差帶位置64基本牙型esdd2es/2d1d1maxTTd2/2Td/2eiefg0h基本牙型Td/2Td2/2d1maxd1d2d0ei=－Tes=0T外螺紋公差帶位置

654.螺紋公差等級與旋合長度螺紋結合的精度不僅與螺紋公差帶大小有關，還與螺紋的旋合長度有關。旋合長度愈長，螺距的累積誤差愈大，較難旋合，且加工長螺紋比短螺紋難以保證精度。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計中必須考慮的因素。66

六、普通螺紋公差與配合4.螺紋公差等級與旋合長度國標中規(guī)定了不同直徑和螺距所對應的旋合長度，分為短（S）、中（N）、長（L）三種旋合長度。設計時一般采用N組。對于調(diào)整用的螺紋，可根據(jù)調(diào)整行程的長短選取旋合長度；對鋁合金等輕金屬零件的螺紋，為保證機械強度，可選用L組，對于受力不大且受空間位置限制的螺紋，可用S組。國標按螺紋公差等級和旋合長度規(guī)定了三種類型的公差帶，分別是精密級、中等級和粗糙級，代表著不同的加工難度。675.螺紋精度設計結合精度的確定：精密級——用于精密聯(lián)結螺紋，配合性質(zhì)穩(wěn)定，保證定位精度。如飛機零件：4H5H內(nèi)螺紋和4h外螺紋。中等級——用于一般用途聯(lián)結。粗糙級——用于要求不高及制造困難的螺紋，如較深的盲孔中的螺紋。旋合長度的確定：一般多用N組。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，與普通尺寸標注有差別。68普通螺紋推薦公差帶

螺紋公差帶與配合的選擇（同表6-19）695.螺紋精度設計螺紋公差帶與配合的選擇配合的選用：理論上，表中的內(nèi)外螺紋可以構成各種配合，但從保證足夠的接觸高度出發(fā)，最好選用H/g、H/h、G/h的配合。對成批大量生產(chǎn)，可選用H/g或G/h；對單件小批生產(chǎn)，選H/h。外螺紋需要涂鍍時，鍍厚為10μm時選g，鍍厚為20μm時選f，鍍厚為30μm時選e；內(nèi)外螺紋均需涂鍍時，采用G/e或G/f。705.螺紋精度設計螺紋的表面粗糙度工件螺紋中徑公差等級4，56，78，9Ra允許值螺栓、螺釘、螺母1.63.23.2～6.3軸及套筒上螺紋0.8～1.61.63.2715.螺紋精度設計完整的螺紋標記由螺紋代號（含螺紋公稱直徑、導程、螺距）、螺紋公差等級代號（按中徑、頂徑順序）和螺紋旋合長度組成，中間用“——”隔開。舉例：

外螺紋：M20—5g6g—S

內(nèi)螺紋：M20×1.5-6H-LH

內(nèi)外螺紋配合時：M20×2—6H/5g6g—S72七、普通螺紋的標注例M40×Ph14×P7(twostarts)-5g6g–s–LH

螺距P=7um,導程=14線數(shù)=2中徑公差帶代號頂徑公差帶代號短旋合長度普通螺紋大徑d＝40mm外螺紋提醒：螺紋公差帶代號與尺寸公差帶代號相反！公差帶代號5g?73七、普通螺紋的標注旋向標準規(guī)定，在下列情況下，最常用的中等公差精度的螺紋可以不標注公差帶代號：1公稱直徑D≤1.4mm的5H、D≥1.6mm的6H和螺距P=0.2mm公差等級為4級的內(nèi)螺紋；2公稱直徑d≤1.4mm的6h和d≥1.6mm的6g的外螺紋。74§6.5螺紋測量751綜合測量2單項測量用螺紋量規(guī)檢驗螺紋屬于綜合測量。在成批生產(chǎn)中，普通螺紋均采用綜合量法。綜合測量是根據(jù)前面介紹的螺紋中徑合格性的準則（泰勒原則），使用螺紋量規(guī)（綜合極限量規(guī)）進行測量。螺紋量規(guī)分為“通規(guī)”和“止規(guī)”，檢驗時，“通規(guī)”能順利與工件旋合，“止規(guī)”不能旋合或不完全旋合，則螺紋為合格。反之，“通規(guī)”不能旋合，則說明螺母過小，螺栓過大，螺紋應返修。當“止規(guī)”能通過工件，則表示螺母過大，螺栓過小，螺紋是廢品。76螺紋測量：1綜合測量塞規(guī)檢驗內(nèi)螺紋D2maxD2minD1minDminD1max止端螺紋塞規(guī)通端螺紋塞規(guī)通端光滑塞規(guī)止端光滑塞規(guī)77光滑塞規(guī)用來檢驗內(nèi)螺紋小徑的極限尺寸，與用塞規(guī)檢驗光滑圓孔內(nèi)徑一樣；通端螺紋塞規(guī)用來控制內(nèi)螺紋的作用中徑及大徑的最小尺寸，止端螺紋塞規(guī)用來控制內(nèi)螺紋的實際中徑。通端螺紋環(huán)規(guī)止端螺紋環(huán)規(guī)d2maxd2mind1maxdmaxdmin通端光滑卡規(guī)環(huán)規(guī)檢驗外螺紋78光滑卡規(guī)用來檢驗外螺紋大徑的極限尺寸，與用卡規(guī)檢驗光滑圓柱體直徑一樣；通端螺紋環(huán)規(guī)用來控制外螺紋的作用中徑及小徑的最大尺寸，止端螺紋環(huán)規(guī)用來控制外螺紋的實際中徑。止端光滑卡規(guī)79螺紋環(huán)規(guī)螺紋塞規(guī)

對大尺寸普通螺紋、精密螺紋和傳動螺紋，除了可旋合性和聯(lián)接可靠以外，還有其它精度和功能要求，生產(chǎn)中一般都采用單項測量。單項測量螺紋的方法很多，最典型的是用萬能工具顯微鏡測量螺紋的中徑、螺距和牙型半角。用工具顯微鏡將被測螺紋的牙型輪廓放大成像，按被測螺紋的影像，測量其螺距、牙型半角和中徑，因此該法又稱為影像法。在實際生產(chǎn)中，測量外螺紋中徑多用三針量法，該方法簡單，測量精度高，應用廣泛。80螺紋測量：2單項測量1.三針法測量外螺紋單一中徑81普通螺紋的單項測量2.用螺紋千分尺測量外螺紋中徑82普通螺紋的單項測量3.影像法測量螺紋各幾何參數(shù)

影像法測量螺紋是指用工具顯微鏡將被測螺紋的牙型輪廓放大成像，按被測螺紋的影像來測量其螺距、牙側角和中徑，也可測量其大徑和小徑。83普通螺紋的單項測量例：有一螺栓M24×2—6h，中徑基本尺寸d2=22.701mm，測得其單一中徑d2單一=22.5mm，螺距累積誤差△P=+35μm，牙側角誤差△α（左）=-30′，△α（右）=+65′，試判斷其合格性。解：1）查表6-17得，中徑上偏差

es=0；

查表6-16得，中徑公差

Td2=170μm；查表6-13得，公稱中徑d2=22.701mm經(jīng)計算可得外螺紋中徑極限尺寸

d2max=22.701mm，

d2min=22.531mm

84

2）計算螺距累積偏差和牙側角誤差的中徑當量及作用中徑為

fP=1.732×△P=1.732×35μm=0.061mmfa=0.073×P×（K1×︱△α1︱+K2×︱△α2︱）=0.073×2×（3×︱-30︱+2×65）μm=0.032mm

所以，作用中徑d2m=d2S+（fp+fa）=22.5+0.061+0.032=22.593mm3）判斷合格性

d2m=22.593mm＜d2max=22.701mm，

d2S=22.5mm＜d2min=22.531mm，

故該螺