螺纹精度与检测

螺纹加工产生的误差不可避免，误差过大将直接影响螺纹的正常联接与互换性，误差过小使得螺纹加工成本上升。分析导致误差的因素和实现互换的条件，并对误差加以规范与限制，是设计人员必须考虑的问题。本章介绍影响螺纹互换性的因素和实现互换的条件，介绍螺纹公差与配合的国家标准及选用，并对螺纹检测作简单介绍。第1节螺纹的基础知识1．螺纹的种类见表10-1根据用途，可分为联接螺纹和传动螺纹。根据基本牙型，可分为三角螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和矩形螺纹等。2．螺纹的主要几何参数在螺纹轴切面内，按规定的削平高度截去原始三角形的顶、底部形成螺纹牙型称为基本牙型，尺寸称为公称尺寸。图10-1螺纹的主要参数有：牙型、公称直径、螺距、线数和旋向等。具体定义及代号见表10-2图10-1普通螺纹的公称尺寸螺表10-2普通螺纹的基本几何参数图10-3单一中径图10-2螺纹旋合长度3．普通螺纹的标记完整标记：由3部分组成，各部分间用“—”隔开：螺纹代号：牙型代号公称直径×螺距（导程）旋向螺纹公差代号：中、顶径公差带代号旋合长度：旋合长度代号M14×2（P6）LH-6H7H-L左旋内螺蚊、中径、小径公差带长旋合长度普通螺纹公称直径细牙：螺距2、导程6、线数3●在零件图上标注在大径引出的尺寸线上M10-6g普通螺纹公称直径粗牙[不注]右旋[不注]外螺纹，中径、大径公差带中等旋合长度（不注）●装配图上，公差带代号用斜线分开，分子为内螺纹、分母为外螺纹公差带代号M20×2左-6H/5g6g内螺纹中径、小径公差带均为6H外螺纹中径公差带5g、大径公差带6g左旋第2节影响螺纹互换性的因素及中径合格性判断条件1．影响螺纹互换性的因素保证螺纹互换性的基本要求是：螺纹应具有良好的可旋合性和联接的可靠性。影响螺纹互换性的因素有：螺纹的大径、中径、小径、螺距和牙型半角等处的误差。∵内、外螺纹在中径处旋合，而大径和小径处留有间隙一般不会影响配合性质∴影响螺纹互换性的主要因素是：中径误差、螺距误差和牙型半角误差。●中径误差：指实际中径与理论中径之差。若内螺纹中径过小、外螺纹中径过大，影响旋合性；反之，将影响联接强度。●螺距误差：指实际螺距与理论螺距之差，包括螺距单个误差和螺距累积误差P∑。P∑与旋合长度有关，是主要影响因素，会导致内外螺纹在旋合时发生干涉。螺距误差的中径当量fp：fp=1.732|P∑|(mm)（10-1）假设中径及牙型角均无误差，内螺纹是理想牙型。外螺纹出现累积误差P∑产生干涉无法旋合，相当于外螺纹中径增大。为使产生螺距累积误差的外螺纹旋入理想的内螺纹，应把外螺纹中径减少一个fp数值。推导见P211★内容●牙型半角误差：指实际牙型半角与理论牙型半角之差。如果牙型半角产生误差，内外螺纹旋合时就会发生干涉。半角误差的中径当量f/2f/2=0.073P(µm)（10-2）式中：P为螺距（mm），Δ为左半角误差（′），Δ为右半角误差（′）；K1、K2为系数，如表10-4所示。假设中径及牙型角均无误差，内螺纹是理想牙型。外螺纹产生半角误差使产生干涉无法旋合，相当于外螺纹中径增大为使产生半角误差的外螺纹旋入理想的内螺纹，应把外螺纹中径减少一个f/2数值。推导见P211★内容12||||22KK左右2．作用中径（D2作用、d2作用）指在规定的旋合长度内，恰好包容实际螺纹的一个假想螺纹的中径。是在螺距误差、牙型半角误差综合影响下形成的实际中径，是螺纹旋合时起作用的中径。●假设内螺纹为理想牙型，当产生了螺距误差、牙型半角误差的外螺纹与其旋合时，使旋合变紧，其效果好像是外螺纹增大了。这个增大的中径就是与内螺纹旋合时起作用的中径，它等于外螺纹的单一中径与螺距、牙型半角误差在中径上的当量之和，即d2作用=d2单一+(fp+f/2)(mm)（10-3）●同理，假设外螺纹为理想牙型，当与产生螺距误差、牙型半角误差的内螺纹旋合时，使旋合也变紧，其效果好像是内螺纹减小了。减小的中径就是与外螺纹旋合时起作用的中径。它等于内螺纹的单一中径与螺距、牙型半角误差在中径上的当量之差，即D2作用=D2单一−(fp+f/2)(mm)（10-4）●显然，为了使内、外螺纹能够自由旋合，应保证D2作用≥d2作用例10-1:已知某螺纹M24×2—6g，加工后测得实际中径d2a=22.521，螺距累积误差ΔP∑=+0.05牙型半角误差试求其作用中径。解：见P2043．中径合格性判断条件国标规定了内外螺纹的中径公差TD2、Td2，综合控制实际中径、螺距误差、牙型半角误差的综合作用。中径公差值见表10-6从保证螺纹联接的可靠性出发，螺纹中径的合格性条件应遵循泰勒原则（包容要求）：螺纹的作用中径不能超越最大实体中径，任意位置的实际中径（单一中径）不能超越最小实体中径。对外螺纹，应满足：d2作用≤d2maxd2单一≥d2min（10-5）对内螺纹，应满足：D2作用≥D2minD2单一≤D2max（10-6）图10-4合格性条件示意图第3节螺纹的公差带螺纹公差带由公差等级（大小）基本偏差（位置）决定。以基本牙型轮廓为零线，沿牙侧、牙顶、牙底分布，中、顶径偏差在垂直于螺纹轴线的方向计量。1．螺纹的公差等级国标规定螺纹中径、顶径的公差等级见表10-5各级公差值见表10-6、10-7螺纹的基本偏差：指公差带两极限偏差中靠近零线的那个偏差，它确定了公差带相对基本牙型的位置。由于螺纹联接的配合性质只能是间隙配合，故内螺纹的基本偏差是下偏差（EI）外螺纹的基本偏差是上偏差（es）国标规定：内螺纹2种，代号为G、H外螺纹4种，代号为e、f、g、h见图10-5（a）、（b）（c）、（d）普通螺纹的基本偏差值见表10-7（图10-5内、外螺纹的基本偏差例10-2：（查表练习）求出M20—6H/5g6g普通内外螺纹的中径、大径和小径的基本尺寸，极限偏差和极限尺寸。解：见P2063．螺纹的旋合长度公差等级一定时，旋合长度越长加工时产生的螺距累积误差和牙型半角误差越大，精度越低。因此螺纹精度与螺纹的旋合长度有关。国标规定了长、中、短3种旋合长度，分别用代号L、N、S表示。数值见表10-8一般情况下选用中等旋合长度N，只有当结构或强度上需要时，才用短旋合长度S或长旋合长度L例10-3：已知螺纹尺寸M24×2—6g，测得实际大径d=23.850，试判断螺纹中径、顶径是否合格并查出所需旋合长度的范围。（单位：mm）解：见P207图10-6例10-3螺纹中径、顶径合格性判断4．螺纹的配合精度等级及应用根据螺纹连接的要求，国标按螺纹的公差等级和旋合长度对螺纹规定了3种配合精度等级，分别为精密级、中等级及粗糙级。同一精度等级，旋合长度增加，公差等级相应降低。应用范围如下：●精密级：用于精密连接螺纹，要求配合性质稳定、配合间隙变动较小、需要保证一定定心精度的螺纹连接，如飞机零件上螺纹可用内螺纹4H、5H与外螺纹4h相配合；●中等级：用于一般的螺纹连接；●粗糙级：用于对精度要求不高或制造较困难的螺纹连接，如深盲孔攻丝或热轧棒上的螺纹。5．螺纹配合的选用为减少刀具、量具规格及数量，提高经济效益国标规定内螺纹11个选用公差带外螺纹13个选用公差带见表10-9、10-10选用范围如下：●间隙为零的配合H/h：用于内外螺纹具有较高的同轴度并有足够的接触高度和结合强度的场合。●较小间隙的配合H/g或G/h：用于要保证间隙，需要拆卸方便的螺纹。●小间隙配合H、G与e、f、g：①用于需要镀层的螺纹，②用于高温条件下工作的螺纹。第4节螺纹精度检测螺纹的检测方法可分为综合检测和单项检测两类。1．综合检测是同时测量螺纹多个参数的方法。如用螺纹量规检验加工的螺纹是否合格。螺纹量规分塞规和环规塞规用于检验内螺纹环规（或卡规）用于检验外螺纹图10-7螺纹量规1）螺纹量规上分出通端和止端●通端用来检验螺纹的作用中径(同时控制底径)，控制其不得超出最大实体牙型中径。具有完整牙型(螺纹长度＞旋合长度80%以上)。检测时能与被测螺纹自由旋合，表示工件作用中径未超出最大实体牙型。●止端用来检验螺纹的实际中径，控制其不得超出最小牙型中径。做成短牙型(螺纹长度只有2～3.5牙，为消除螺距误差和牙型半角误差的影响)。2）用光滑极限量规检验螺纹顶径内螺纹小径外螺纹大径（1）对外螺纹的检验通端用来控制外螺纹的作用中径环规小径的最大极限尺寸止端用来控制单一中径的最小极限尺寸光滑极限量规检验大径图10-8示为用螺纹环规和光滑极限量规检验外螺纹的情况。图10-8用螺纹环规检验中径(左端)、用光滑极限量规检验大径(右端)（1）对内螺纹的检验通端用来控制内螺纹的作用中径塞规大径的最小极限尺寸止端用来控制单一中径的最大极限尺寸光滑极限量规检验小径图10-9示为用螺纹塞规和光滑极限量规检验内螺纹的情况。图10-9用螺纹塞规检验中径(左端)、用光滑极限量规检验小径(右端)