螺紋連接的精度設(shè)計與檢測

螺紋連接的精度設(shè)計與檢測第一頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念螺紋結(jié)合的種類現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)品所使用的螺紋種類很多。從用途上可分為：緊固螺紋、傳動螺紋、管道螺紋以及特殊用途的螺紋；從形成螺紋所在表面的形狀可分為：圓柱螺紋和圓錐螺紋；從螺紋牙形(型)可分為：三角形、梯形、矩形．鋸齒形、圓弧形和雙圓弧形；此外，還有左旋與右旋，單線與多線，粗牙與細牙，米制和英制之分。螺紋的規(guī)格繁雜，有小到1mm以下的鐘表螺絲，大到1m以上建筑上使用的撐柱螺桿。要實現(xiàn)螺紋結(jié)合的互換性，必須統(tǒng)一螺紋的尺寸系列、牙形、幾何參數(shù)，統(tǒng)一螺紋的公差與配合，并制訂統(tǒng)一的檢測方法。第二頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念螺紋結(jié)合的使用性能

緊固螺紋的使用性能緊固螺紋是指通過螺紋旋合，依靠內(nèi)、外螺紋牙的一側(cè)表面相互接觸，并產(chǎn)生軸向鎖緊力來緊固和聯(lián)結(jié)零件的螺紋。這種螺紋的使用性能是要求螺紋具有旋合性和足夠的聯(lián)結(jié)強度：

旋合性是指用不大的力即可將內(nèi)、外螺紋自由旋合，這就要求螺紋結(jié)合具有間隙；

聯(lián)結(jié)強度是指內(nèi)、外螺紋旋合后承受載荷(橫向或軸向載荷，靜載荷或動載荷)的能力。緊固螺紋是各種螺紋中使用最普遍的一種，采用的多是三角形牙形的圓柱螺紋。第三頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念螺紋結(jié)合的使用性能

傳動螺紋的使用性能

傳動螺紋是指用于傳動螺桿與螺母聯(lián)結(jié)的螺紋，內(nèi)、外螺紋沿著螺旋面作相對運動，傳遞載荷和位移，故有傳力和傳遞位移兩種螺桿：傳力螺桿如千斤項的起重螺桿，壓力機和軋鋼機下壓裝置中的傳動螺扦，此種螺紋主要是用來傳遞載荷(扭矩和推力)。因此，其結(jié)合的使用性能主要要求具有足夠大的強度和一定的間隙，而對位移的準(zhǔn)確性沒有嚴(yán)格的要求；傳遞位移的螺桿，如機床進給機構(gòu)中的絲桿，量儀微調(diào)裝置中的測微絲桿，這種蝴紋主要是用來傳遞精確位移，因此其結(jié)合的使用性能是要求螺旋傳動的精度高、傳動靈活。所以螺紋結(jié)合應(yīng)具有保證間隙，用以貯存潤滑油，但是間隙又不能過大，以免螺旋副在反轉(zhuǎn)時產(chǎn)生晃動和空程誤差。傳動螺紋都用圓柱螺紋，其牙形有梯形、矩形、鋸齒形和雙圓弧形，也有三角形的。第四頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念螺紋結(jié)合的使用性能

管道螺紋的使用性能管道螺紋是指各種機械設(shè)備上的液壓、氣動、潤滑、冷卻等的管路系統(tǒng)中，管子與接頭、管子與機體聯(lián)接用的螺紋。由于管內(nèi)要通過氣體或液體，為了防止流體從螺紋結(jié)合的縫隙中滲漏，這種螺紋結(jié)合的使用性能要求具有密封性和一定的聯(lián)結(jié)強度。管道螺紋采用的多為三角形牙型的圓柱螺紋或圓錐螺紋。也有采用圓柱內(nèi)螺紋與圓錐外螺紋構(gòu)成的螺紋結(jié)合。第五頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念普通螺紋的幾何參數(shù)

螺紋的幾何參數(shù)取決于螺紋軸向剖面內(nèi)的基本牙型，見圖。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。該牙型是具有螺紋的基本尺寸（小寫字母為外螺紋的幾何參數(shù)，大寫字母為內(nèi)螺紋的幾何參數(shù)）。螺紋的主要參數(shù)有：第六頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念普通螺紋的幾何參數(shù)

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的直徑。相結(jié)合的內(nèi)、外螺紋的大徑基本尺寸相等，即D=d。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，普通螺紋大徑的基本尺寸為螺紋公稱直徑尺寸。第七頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念普通螺紋的幾何參數(shù)

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的直徑。相結(jié)合的內(nèi)、外螺紋的小徑基本尺寸相等，即D1=d1。

為了方便，與牙頂相切的假想圓柱的直徑又稱為頂徑，即內(nèi)螺紋的小徑和外螺紋的大徑。與牙底相切的假想圓柱的直徑又稱為底徑，即內(nèi)螺紋的大徑和外螺紋的小徑。第八頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念普通螺紋的幾何參數(shù)

中徑（D2，d2）中徑是指一個假想圓柱的直徑，該圓柱的母線通過螺紋牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方，該假想圓柱稱為中徑圓柱。相結(jié)合的普通螺紋，內(nèi)外螺紋的中徑公稱尺寸是相等的，并且與大徑（D，d）和原始三角形高度（H）之間有下列關(guān)系：

D2=d2=D-2×3H/8=d-2×3H/8注意：普通螺紋的中徑不是大徑和小徑的平均值。第九頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念普通螺紋的幾何參數(shù)

螺距（P）與導(dǎo)程（Pn）螺距是指相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。導(dǎo)程是指在同一條螺旋線上相鄰兩牙在中徑線上對應(yīng)兩點間的軸向距離。對單線（頭）螺紋，導(dǎo)程等于螺距；對多線（頭）螺紋，導(dǎo)程等于螺距與線數(shù)（n）的乘積：Pn=P×n。第十頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念普通螺紋的幾何參數(shù)

單一中徑（D2s，d2s

）

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。當(dāng)螺距沒有誤差時，螺紋的中徑就是螺紋的單一中徑。當(dāng)螺距有誤差時，螺紋的單一中徑與中徑是不相等的。

第十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念普通螺紋的幾何參數(shù)

牙型角（α）與牙型半角（α/2）牙型角是指在螺紋牙型上，兩相鄰牙側(cè)間的夾角，對于公制普通螺紋，牙型角α=60°牙型半角是指在螺紋牙型上牙側(cè)與螺紋軸線的垂直線間的夾角。普通螺紋的牙型半角為α/2=30°。第十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念普通螺紋的幾何參數(shù)

螺紋升角（φ）

螺紋升角是指在中徑圓柱上螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面之間的夾角。與螺距和中徑之間的關(guān)系有：

tanφ=nP/πd2

式中n為螺紋頭數(shù)。螺紋旋合長度（L）螺紋旋合長度是指兩個相互配合的螺紋沿螺紋軸線方向彼此旋合部分的長度。第十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念普通螺紋的幾何參數(shù)對互換性的影響

對普通螺紋互換性的主要要求是可旋合性和聯(lián)接的可靠性（有足夠的接觸面積，從而保證一定的聯(lián)接強度）。由于螺紋的大徑和小徑處均留有一定的間隙，一般不會影響其配合性質(zhì)。而內(nèi)外螺紋聯(lián)接就是依靠它們旋合以后牙側(cè)接觸的均勻性來實現(xiàn)的。因此，影響螺紋互換性的主要幾何參數(shù)有螺距、牙型半角和中徑。螺距誤差的對螺紋互換性的影響對于普通螺紋，螺距誤差會影響螺紋的旋合性和聯(lián)接強度。螺距誤差包括單個螺距誤差和螺距累積誤差。單個螺距誤差是指單個螺距的實際尺寸與其基本尺寸之代數(shù)差，與旋合長度無關(guān)；螺距累積誤差是指旋合長度內(nèi)，任意個螺距的實際尺寸與其基本尺寸之代數(shù)差，與旋合長度有關(guān)。第十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念普通螺紋的幾何參數(shù)對互換性的影響

其中累積誤差對螺紋互換性的影響更為明顯，為保證可旋合性，必須對旋合長度范圍內(nèi)的任意兩螺牙間螺距的最大累積偏差加以控制。螺距累積誤差對互換性的影響如圖7.2所示。假設(shè)內(nèi)螺紋具有理想的牙型，外螺紋的中徑及牙型半角與內(nèi)螺紋的相同，但外螺紋的螺距有誤差，并假設(shè)外螺紋的螺距比內(nèi)螺紋的螺距大。假定n個螺牙長度上，螺距累積誤差為△P∑。從圖7.2中可以看出，內(nèi)外螺紋的牙型將產(chǎn)生干涉，使得外螺紋不能自由旋入內(nèi)螺紋。第十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念普通螺紋的幾何參數(shù)對互換性的影響

為了使有螺距誤差的外螺紋仍能自由旋入標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)螺紋，在制造時可把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，可把內(nèi)螺紋的中徑加大一個數(shù)值），這個fp就是補償螺距誤差的影響而折算到中徑上的數(shù)值，被稱為螺距誤差中徑當(dāng)量。從圖7.2可得

fp=︱△P∑︱cotα/2第十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念普通螺紋的幾何參數(shù)對互換性的影響

牙型半角誤差對螺紋互換性的影響牙型半角誤差是指牙型半角的實際值與公稱值的代數(shù)差。是螺紋牙側(cè)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。為了便于分析，假設(shè)內(nèi)螺紋具有理想的牙型，外螺紋的中徑及螺距與內(nèi)螺紋的相同，而且都內(nèi)有誤差，僅外螺紋的牙型半角有誤差，這樣內(nèi)外螺紋旋合時牙側(cè)將產(chǎn)生干涉，如圖7.3所示。

為了消除干涉，可將牙型半角誤差轉(zhuǎn)變成中徑當(dāng)量，即把具有牙型半角誤差的外螺紋的中徑減小（當(dāng)內(nèi)螺紋的牙型半角有誤差時，把內(nèi)螺紋的實際中徑增加）。第十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-1螺紋結(jié)合互換性的基本概念普通螺紋的幾何參數(shù)對互換性的影響

中徑誤差的對螺紋互換性的影響螺紋中徑誤差是指中徑實際尺寸與基本中徑的代數(shù)差。內(nèi)外螺紋相互作用集中在牙型側(cè)面，內(nèi)外螺紋中徑的差異直接影響牙型側(cè)面的接觸狀態(tài)，對螺紋的旋合性和聯(lián)接強度有影響。假設(shè)其他參數(shù)處于理想狀態(tài)，外螺紋的中徑小于內(nèi)螺紋的中徑，就能保證內(nèi)外螺紋的旋合性；反之，就會產(chǎn)生干涉而難以旋合。但是，如果外螺紋的中徑過小，內(nèi)螺紋的中徑過大，則會削弱螺紋的聯(lián)接強度。為此，加工螺紋時應(yīng)當(dāng)對中徑誤差加以控制。第十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋的公差帶螺紋的公差帶是牙型公差帶，以基本牙型的輪廓為零線，沿著螺紋牙型的牙側(cè)、牙頂、牙底連續(xù)分布，并在垂直于螺紋軸線方向來計量大、中、小徑的偏差和公差，如圖7.5所示。公差帶由其相對于基本牙型的位置要素和大小因素兩部分組成。GB/T197-2003對其作了規(guī)定。第十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋的公差帶

普通螺紋中徑和頂徑的標(biāo)準(zhǔn)公差普通螺紋的公差按照GB/T197-2003《普通螺紋的公差》規(guī)定，考慮到中徑是決定螺紋配合性質(zhì)的主要尺寸，以及檢測方便，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了內(nèi)外螺紋的中徑公差（TD2、Td2）和頂徑公差（內(nèi)螺紋的小徑公差TD1和外螺紋的大徑公差Td1）。由于內(nèi)螺紋加工比較困難，因此在同一公差等級中，內(nèi)螺紋的中徑公差為外螺紋中徑公差的1.32倍。內(nèi)螺紋大徑D和外螺紋的小徑d1為限制尺寸，沒有規(guī)定具體的公差值，只規(guī)定了該內(nèi)外螺紋的實際輪廓不得超越基本偏差所規(guī)定的最大實體牙型，即應(yīng)保證旋合時不發(fā)生干涉。由于螺紋加工時，外螺紋中徑和內(nèi)螺紋的小徑、內(nèi)螺紋中徑和內(nèi)螺紋的大徑是同時由刀具切出的，其尺寸由刀具保證。故在正常情況下，外螺紋的小徑不會過小，內(nèi)螺紋的大徑不會過大，滿足了旋入性的要求。第二十頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋的公差帶

普通螺紋中徑和頂徑的標(biāo)準(zhǔn)公差第二十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋的公差帶

普通螺紋中徑和頂徑的標(biāo)準(zhǔn)公差第二十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋的公差帶

普通螺紋中徑和頂徑的基本偏差基本偏差是公差帶兩極限偏差中靠近零線最近的那個偏差。它確定公差帶相對于基本牙型的位置。標(biāo)準(zhǔn)對內(nèi)螺紋規(guī)定了兩種基本偏差，其代號為G和H。其大、中、小徑的基本偏差（下偏差EI）是相同的。標(biāo)準(zhǔn)對外螺紋規(guī)定了四種基本偏差，其代號為e、f、g和h。其中徑和大徑的基本偏差（上偏差es）是相同的。第二十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋的公差帶

普通螺紋中徑和頂徑的基本偏差第二十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋的公差帶

普通螺紋中徑和頂徑的基本偏差第二十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋的公差帶

螺紋旋合長度及精度等級為了滿足普通螺紋不同的使用性能要求，國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了不同公稱直徑和螺距對應(yīng)的旋合長度，分為短、中和長三種，分別用代號S、N和L表示，其數(shù)值見表7.5。在設(shè)計時一般采用中等旋合長度（N）第二十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋的公差帶

螺紋旋合長度及精度等級螺紋的精度不僅取決于螺紋直徑的公差等級，而且還與旋合長度有關(guān)。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。因而，同一公差等級的螺紋，若它們的旋合長度不同，在螺紋的精度等級也就不同。所以衡量螺紋精度應(yīng)包括旋合長度。第二十七頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋的公差帶

螺紋旋合長度及精度等級螺紋的精度等級的高低，反映了螺紋加工的難易程度。國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T197-2003按螺紋公差等級和旋合長度將螺紋精度等級分為精密級、中等級和粗糙級三種。同一精度等級，隨旋合長度的增加應(yīng)相應(yīng)降低螺紋的公差等級。一般情況下，S組應(yīng)比N組高一個公差等級，L組應(yīng)比N組低一個公差等級，因為S組的旋合長度短，螺紋的螺牙少，螺距累積誤差小，所以公差等級應(yīng)比同精度的N組高一級。第二十八頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋的公差帶

螺紋旋合長度及精度等級

第二十九頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合螺紋的標(biāo)記普通螺紋的完整標(biāo)記由螺紋代號M、公稱直徑、導(dǎo)程Ph（單線螺紋省略）、螺距值（粗牙螺紋省略）、中徑公差帶代號、頂徑公差帶代號、螺紋旋合長度（中等旋合長度省略）和旋向代號LH（右旋省略）等組成。例如：粗牙螺紋不標(biāo)注螺距；當(dāng)中徑、頂徑的公差帶相同時，合并標(biāo)注一個即可；中等旋合長度的代號“N”不需注出；缺省時為右旋螺紋；第三十頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋公差與配合的選擇

精度等級的選用普通螺紋的精度等級的選用：對于間隙較小，要求配合性質(zhì)穩(wěn)定，需保證一定的定心精度的精密聯(lián)接螺紋，應(yīng)采用精密級；對于一般用途的聯(lián)接螺紋采用中等級；不重要的以及制造較困難的螺紋采用粗糙級。實際選用時，還必須考慮螺紋的工作條件、尺寸的大小、工藝結(jié)構(gòu)、加工的難易程度等情況。例如：當(dāng)螺紋的承載較大，且為交變載荷或有較大的振動，則應(yīng)選擇精密級；對于小直徑的螺紋，為了保證聯(lián)接強度，也必須提高聯(lián)接精度。而對于加工難度較大，雖是一般要求，此時也需降低其聯(lián)接精度。第三十一頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋公差與配合的選擇

旋合長度的選用螺紋的旋合性受螺紋的半角誤差和螺距誤差的影響，短旋合長度的旋合性比長旋合長度的螺紋旋合性好，加工時容易保證精度。因此，對于同一使用要求，而旋合長度不同，螺紋的公差等級應(yīng)有所不同。對旋合長度的選擇，通常采用中等旋合長度，僅當(dāng)結(jié)構(gòu)和強度上有特殊要求時才可采用短旋合長度或長旋合長度。但是值得注意的是：應(yīng)盡量縮短旋合長度。第三十二頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋公差與配合的選擇

公差帶的確定螺紋的基本偏差根據(jù)螺紋結(jié)合的配合性質(zhì)和使用要求來確定。內(nèi)螺紋的基本偏差應(yīng)優(yōu)先選用H。由基本偏差和公差等級可以組成多種公差帶，在生產(chǎn)中為了減少刀具和量具的規(guī)格和數(shù)量，便于組織生產(chǎn)，對公差帶的種類加以了限制，國家標(biāo)準(zhǔn)推薦按照表7.6和表7.7選用。內(nèi)螺紋的小徑公差與中徑公差常采用相同的等級，也可隨螺紋的旋合長度的加長、縮短而降低或提高一級。外螺紋的大徑公差，在N組中與中徑公差采用相同的等級，在S組中比中徑公差低一級，在L組中比中徑公差高一級。螺紋公差帶選用的順序為：帶“﹡”的公差帶應(yīng)優(yōu)先選用，不帶“﹡”的公差帶其次，（）中的公差帶盡可能不用。大量生產(chǎn)的精制緊固螺紋，推薦采用帶方框的公差帶。第三十三頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋公差與配合的選擇

配合的選擇從原則上講，表7.6和表7.7所列的內(nèi)螺紋公差帶和外螺紋公差帶可以任意組合成各種配合。但是為了保證牙側(cè)有足夠的接觸高度，最好組成H/g，H/h和G/h的配合。選擇時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，并具有足夠的接觸高度和結(jié)合強度。通常采用最小間隙等于零的配合（H/h）（2）如需容易拆卸，可選用H/g、H/h或G/h組成較小間隙的配合（3）需要鍍層的螺紋，其基本偏差按所需鍍層厚度確定內(nèi)螺紋鍍層較難，涂鍍對象主要是外螺紋。如鍍層較薄時（厚度約5μm），內(nèi)螺紋選用6H，外螺紋選用6g；如鍍層較厚時（厚度約10μm），內(nèi)螺紋選用6H，外螺紋選用6e；如內(nèi)外螺紋均需得鍍層時，可選6G/6e。第三十四頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋公差與配合的選擇

配合的選擇（4）高溫工作的螺紋，可根據(jù)裝配時和工作時的溫度，來確定適當(dāng)?shù)拈g隙和相應(yīng)的基本偏差。留有間隙以防止螺紋卡死。當(dāng)溫度在450℃以下時，可用H/g組成配合；當(dāng)溫度在450℃以上時，可用H/e組成配合。如汽車上用的M14×1.25規(guī)格的火花塞。溫度相對較低時，可選基本偏差g。（5）對單件小批量生產(chǎn)的螺紋，可選用H/h組成的配合，以適應(yīng)手工擰緊和裝配速度不高等使用特性。對大批量生產(chǎn)的螺紋，為了螺紋裝拆方便，可選用H/g或G/h組成的配合。第三十五頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-2普通螺紋的公差與配合普通螺紋公差與配合的選擇

螺紋的表面粗糙度選擇螺紋牙側(cè)表面的粗糙度，主要按照螺紋的用途和中徑公差等級來確定，見表7.8。第三十六頁，共三十九頁，2022年，8月28日7-3普通螺紋的檢測螺紋的綜合檢驗

螺紋的綜合檢驗，可以用投影儀或