第9章螺纹公差及检测

1第九章螺纹公差及检测第一节概述第二节普通螺纹公差及基本偏差第三节标准推荐的公差带及其选用第四节螺纹标记第五节梯形螺纹简述第六节螺纹检测2第一节概述一、螺纹的分类和使用要求在机械制造中，螺纹联接和传动的应用有很多，占有很重要的地位。根据其用途可分为三类:连接螺纹（紧固螺纹）传动螺纹紧密（密封）螺纹3１．连接螺纹通常也称紧固螺纹，主要用于连接和紧固各种机械零件。这类螺纹连接的使用要求是可旋合性(便于装配和拆换)和连接的可靠性。4２．传动螺纹这类螺纹通常用于传递运动或动力。这类螺纹连接的使用要求是传递动力的可靠性或传递位移的准确性。5３．紧密螺纹这类螺纹用于密封连接。这类螺纹的使用要求是结合紧密，不漏水、不漏气和不漏油。主要要求具有良好的旋合性及密封性.6二、螺纹部分术语及定义螺纹的几何参数取决于螺纹轴向剖面内的基本牙型。其基本牙型是将原始三角形(等边三角形)的顶部截去H/8和底部截去H/4所形成的内、外螺纹共有的理论牙型。该牙型是具有螺纹的基本尺寸。1．基本牙型72．螺距(P)与导程(Ph)螺距是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。导程是指在同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。Ph=nP3．原始三角形高度H是指原始三角形顶点到底边的垂直距离，2/3PH84．牙型高度5H/8是指在原始三角形削去顶部（H/8）和底部（2H/8）后的高度，即等于牙顶高3H/8与牙底高2H/8之和。5．大径(D，d)大径是指与内螺纹牙底或外螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径。相结合的内、外螺纹的大径基本尺寸相等，即D=d。内螺纹的大径D又称“底径”,外螺纹的大径d又称“顶径”。普通螺纹的螺纹公称直径尺寸即为大径尺寸。96.小径(D1，d1)小径是指与内螺纹牙顶或外螺纹牙底相切的假想圆柱的直径。相结合的内、外螺纹的小径基本尺寸相等,即D１=d1。内螺纹的小径D1又称顶径,外螺纹的小径d1又称底径。7.外螺纹最大小径d3max如图9-4所示，它应小于螺纹环规通端的最小小径。以保证通端螺纹环规能通过。108.中径(D２，d２)中径是指一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线通过螺纹牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方，此假想圆柱称为中径圆柱。中径圆柱的母线称为中径线，其轴线即为螺纹轴线,相结合的内、外螺纹中径的基本尺寸相等，即D２=d２。119．单一中径(D2s，d2s)单一中径是指一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线通过牙型上沟槽宽度等于螺距基本尺寸一半地方的直径。用以表示螺纹中径的实际尺寸（图9-2），当螺距有误差时，单一中径和中径是不相等的。1210．牙型角α与牙型半角（α/2）牙型角是指在通过螺纹轴线剖面内的螺纹牙型上相邻两牙侧间的夹角。公制普通螺纹的牙型角α=60°；牙侧角是指在螺纹牙型上牙侧与螺纹轴线的垂直线间的夹角。牙型左、右对称的牙侧角称为牙型半角，普通螺纹的牙型半角为30°。1311．螺纹旋合长度两个相互配合的螺纹沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度。12．螺纹最大实体牙型由设计牙型和各直径的基本偏差和公差所决定的最大实体状态下的螺纹牙型（材料最多状态下）。对于普通外螺纹，它是基本牙型的三个基本直径分别减去基本偏差（上偏差es）后所形成的牙型。对于普通内螺纹，它是基本牙型的三个基本直径分别加上基本偏差（下偏差EI）后所形成的牙型。1413．螺纹最小实体牙型由设计牙型和各直径的基本偏差和公差所决定的最小实体状态下的螺纹牙型（材料最少状态下）。对于普通外螺纹，它是在最大实体牙型的顶径和中径上分别减去它们的顶径公差和中径公差后所形成的牙型。对于普通内螺纹，它是在最大实体牙型的顶径和中径上分别加上它们的顶径公差和中径公差后所形成的牙型。15螺距偏差可分为单个螺距偏差和螺距累积偏差两种。单个螺距偏差：是指单个螺距的实际值与其基本值之代数差，它与旋合长度无关。螺距累积偏差：是指在规定的螺纹长度内，任意两同名牙侧与中径线交点间的实际轴向距离与其基本值的最大差值，它与旋合长度有关。螺距累积偏差对互换性的影响更为明显。14．螺距误差中径当量螺距累积偏差对旋合性的影响示例L理论=nPL实际=nP1ΔPΣFp∑/2内螺纹外螺纹如图所示，假设内螺纹具有基本牙型，仅与存在螺距偏差的外螺纹结合。外螺纹n个螺距的累积误差为ΔPΣ(μm)。内、外螺纹牙侧产生干涉而不能旋合。为防止干涉，使具有ΔPΣ的外螺纹旋入理想的内螺纹,就必须使外螺纹的中径减小一个数值fp∑(μm)。同理，假设外螺纹具有基本牙型，与仅存在螺距偏差的内螺纹与其结合。设在n个螺牙的旋合长度内，内螺纹存在ΔPΣ。为保证旋合性，就必须将内螺纹中径增大一个数值。就是为补偿螺距累积误差而折算到中径上的数值，称为螺距误差的中径当量。两种情况下的当量计算公式为：17PfP732.1PfPf1815．牙侧角误差中径当量牙型半角偏差是指牙型半角的实际值对公称值的代数差，是螺纹牙侧相对于螺纹轴线的位置误差。对螺纹的旋合性和连接强度均有影响。19外螺纹：外螺纹存在牙型半角偏差时，必须将外螺纹牙型沿垂直螺纹轴线的方向下移，从而使外螺纹的中径减小一个数值fα/2。内螺纹：内螺纹存在牙型半角偏差时，必须将内螺纹中径增大一个数值fα/2，该值称为牙型半角偏差的中径当量。20)(2291.0)(244.022mPfmPf例如对牙型半角为30°的普通外螺纹，当牙型半角误差为负时，牙型半角误差的中径当量按下式9-2计算。例如对牙型半角为30°的普通外螺纹，当牙型半角误差为正时，牙型半角误差的中径当量按下式9-3计算。式中P为基本螺距，单位为mm，单位为分。2222f2f15．牙侧角误差中径当量2116.作用中径作用中径：在旋合时，在旋合长度内实际起作用的中径。作用中径的度量：在规定的旋合长度内，恰好包容实际外（内）螺纹的一个理想内（外）螺纹的中径称为外（内）螺纹作用中径d2m（D2m），它可以表达为：外螺纹：内螺纹：2/22ffddpsm2/22ffDDpsm22螺纹中径合格性判断原则由于作用中径的存在以及螺纹中径公差的综合性，因此中径合格与否是衡量螺纹互换性的主要依据。判断中径的合格性应遵循泰勒原则:实际螺纹的作用中径不允许超出最大实体牙型的中径，任何部位的单一中径不允许超出最小实体牙型的中径。用表达式即为：外螺纹：内螺纹：max222dddMMSmmin222dddLMSsmin222DDDMMSmmax222DDDLMSs23螺纹连接要实现其互换性,必须保证良好的旋合性和一定的连接强度。影响螺纹互换性的主要几何参数有五个:大径、小径、中径、螺距和牙型半角。这几个参数在加工过程中不可避免地会产生一定的加工误差,不仅会影响螺纹的旋合性、接触高度、配合松紧、还会影响连接的可靠性,从而影响螺纹的互换性。24内、外螺纹加工后,外螺纹的大径和小径要分别小于内螺纹的大径和小径，才能保证旋合性。由于螺纹旋合后主要是依靠螺牙侧面工作，如果内、外螺纹的牙侧接触不均匀，就会造成负荷分布不均，势必降低螺纹的配合均匀性和连接强度。因此对螺纹互换性影响较大的参数是中径、螺距和牙型半角。25影响螺纹互换性的参数有：中径、螺距和牙型半角公差原则1、对精密螺纹（如丝杠、螺纹量规、测微螺纹等），为满足其功能要求，应对螺距、半角和中径分别规定较严的公差，即按独立原则对待。其中螺距误差常体现为多个螺距的螺距累积误差。2、对紧固联结用的普通螺纹，主要要求保证可旋合性和一定的连接强度，故应采用相关原则中的包容原则来处理，即只规定中径公差，而螺距和半角误差都由中径公差来综合控制。螺纹中径——主要参数，限制其尺寸误差螺距误差和半角误差——螺牙和螺牙间的形位误差26一、螺纹公差公差等级公差带的大小由公差值确定，并按公差值的大小分为若干等级。国标规定的螺纹公差等级见教材P178表9-1。3-9级，其中3级公差值最小，准确度最高；9级公差值最大，准确度最低。普通螺纹国家标准GB/T197-2003规定了螺纹大、中、小径公差带。第二节普通螺纹公差及基本偏差27螺纹中径和顶径30基本偏差是指螺纹公差带相对于基本牙型的距离，它决定了螺纹公差带的位置。基本牙型是在通过螺纹轴线的剖面内，作为螺纹设计依据的理想牙型。国标规定内螺纹的下偏差（EI）和外螺纹的上偏差（es）为基本偏差。对内螺纹规定代号为G和H的两种基本偏差；对外螺纹规定代号为e、f、g、h四种基本偏差。基本偏差31内螺纹公差带32外螺纹公差带返回34螺纹公差带是由公差等级和基本偏差组成。螺纹公差带代号由表示公差等级的数字和基本偏差的字母代号组成。例如6H,5g等。第三节标准推荐的公差带及其选用35螺纹公差带的选用在生产中为了减少刀具、量具的规格种类，国家标准中规定了既能满足当前需要，而数量又有限的常用公差带，同时还规定了优先、其次和尽可能不用的选用顺次。除有特殊需要外，一般不应选择标准规定以外的公差带。36螺纹常用公差带表9-9表9-1037螺纹等级国标将螺纹分为精密、中等和粗糙3个等级。精密级用于要求配合性质变动较小的精密螺纹；中等级用于一般用途。粗糙级用于对精度要求不高或制造比较困难的场合。38螺纹旋合长度螺纹结合的精度不仅与螺纹公差带大小有关，还与螺纹的旋合长度有关。旋合长度愈长，螺距的累积误差愈大，较难旋合，且加工长螺纹比短螺纹难以保证精度。因此对不同的旋合长度规定不同大小的公差带，旋合长度是螺纹精度设计中必须考虑的因素。39螺纹旋合长度国标中规定了不同直径和螺距所对应的旋合长度，分为短（S）、中（N）、长（L）三种旋合长度。9-840螺纹公差带的选择配合的选用：理论上，表9-9、9-10中的内外螺纹可以构成各种配合，但从保证足够的接触高度出发，最好选用H/g、H/h、G/h的配合，对公称直径小于和等于1.4mm的螺纹，应选用5H/6h，4H/6h或更精密的配合。表面粗糙度：国标有普通螺纹的表面粗糙度推荐值。一般情况下，选用中等精度、中等旋合长度的公差带，即内螺纹公差带常选6H、外螺纹公差带6h、6g应用较广。41第四节螺纹标记完整的螺纹标记由螺纹代号（含螺纹公称直径、螺距、旋向）、螺纹公差等级代号（按中径、顶径顺序）和螺纹旋合长度组成，中间用“—”隔开。举例：外螺纹：M20—5g6g—S内螺纹：M20×1.5左—6H内外螺纹配合时：M20×2—6H/5g6g—S包含螺纹线数：M14XPh6P2(threestarts)—7H—L—LH43第五节梯形螺纹简述国家标准规定的梯形螺纹是由原始三角形截去顶部和底部所形成，其原始三角形为顶角等于30°的等腰三角形。为了保证梯形螺纹传动的灵活性，必须使内、外螺纹配合后在大径和小径间留有一个保证间隙ac，为此，分别在内、外螺纹的牙底上，由基本牙型让出一个大小等于ac的间隙，如图9-5所示。标准对内螺纹的大径D4、中径D2和小径D1只规定了一种基本偏差H（下偏差）其值为零；对外螺纹的中径d2规定了h，e和c三种基本偏差，对大径d和小径d3规定了一种基本偏差h，其中h的基本偏差（上偏差）为零，e和c的基本偏差（上偏差）为负。机床中的传动丝杠和螺母就是采用的梯形螺纹。其特点是精度要求高，特别是对螺距公差（或螺旋线公差）的要求。按JB/T2886-1992规定，丝杠及螺母的精度分为6级，是：4，5，6，7，8，9，精度依秩降低。其所规定的公差（或极限偏差）项目，除螺距公差、牙型半角极限偏差、大径和中径以及小径公差外，还增加了丝杠螺旋线公差（只用于4，5和6级的高精度丝杠），丝杠全长上中径尺寸变动量公差和丝杠中径跳动公差。471、综合检验第六节螺纹检测螺纹的检测方法分为综合检验和单项(分项)测量两类。对大量生产的用于紧固联结的普通螺纹，只要求保证可旋合性及一定的连接强度，其螺距误差及半角误差是由中径公差综合控制，不单独规定公差。检测时按泰勒原则用螺纹量规(综合极限量规)来检验。综合检验时，