螺纹结合的精度设计

1、课题三课题三 典型结合和传动的典型结合和传动的 精度设计精度设计 螺纹结合的精度设计螺纹结合的精度设计 一螺纹的种类和使用要求一螺纹的种类和使用要求 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:普通螺纹、普通螺纹、 传动螺纹和紧密螺纹传动螺纹和紧密螺纹 普通螺纹：普通螺纹： n通常也称紧固螺纹，主要用于联接和 紧固各种机械零件。这类螺纹联接的 使用要求是可旋合性可旋合性(便于装配和拆换) 和联接的可靠性联接的可靠性。 传动螺纹：传动螺纹： n这类螺纹通常用于传递运动或动力。 螺纹联接的使用要求是传递动力的可传递动力的可 靠性或传递位移的准确性靠性或传递

2、位移的准确性。 紧密螺纹：紧密螺纹： n这类螺纹用于密封联接。螺纹的使 用要求是结合紧密，不漏水、不漏 气和不漏油。 二普通螺纹的主要几何参数二普通螺纹的主要几何参数 n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。 普通螺纹基本牙型： 1大径大径(D，d)： 是指与内螺纹牙底或外螺纹牙顶 相切的假想圆柱或圆锥的直径。相结 合的内、外螺纹的大径基本尺寸相等， 即D =d 。 n内螺纹的大径D又称底径底径,外螺纹的 大径d又称顶径顶径。普通螺纹大径的基大径

3、的基 本尺寸为螺纹公称直径尺寸本尺寸为螺纹公称直径尺寸。 小径小径(D1，d1)： 是指与内螺纹牙顶或外螺纹牙底 相切的假想圆柱或圆锥的直径。相结 合的内、外螺纹的小径基本尺寸相等, 即D=d1。 n内螺纹的小径D1又称顶径顶径,外螺纹的 小径d1又称底径底径。 中径中径(D ， ，d )： ： 是指一个假想圆柱或圆锥的直径， 该圆柱或圆锥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,相相 结合的内、外螺纹中径的基本尺寸相结合的内、外螺纹中径的基本尺寸相 等等，即即D =d。 4螺距螺距(P)： 是指相邻两牙在中径线上

4、对应 两点间的轴向距离。 5单一中径单一中径(D2s，d2s)： n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。用用 以表示螺纹中径的实际尺寸。以表示螺纹中径的实际尺寸。 牙型半角（牙型半角（/2）：）： 是指在螺纹牙型上牙侧 与螺纹轴线的垂直线间的夹角。 普通螺纹的牙型半角为30。 螺纹旋合长度：螺纹旋合长度： n螺纹旋合长度是指内外螺纹旋合时螺 旋面接触部分的轴向长度轴向长度。普通螺纹 的公称直径系列及各参数的基本尺寸 如教材P176示。 三螺纹几何参数偏差对互换性的影响：三螺纹几何参数偏差对互换性的影响： n螺纹联接要实现其互换性,必

5、须保证良 好的旋合性和一定的联接强度。影响 螺纹互换性的主要几何参数有五个:大大 径、小径、中径、螺距和牙型半角径、小径、中径、螺距和牙型半角。 这几个参数在加工过程中不通可避免 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、 还会影响联接的可靠性,从而影响螺纹 的互换性。 三螺纹几何参数偏差对互换性的影响：三螺纹几何参数偏差对互换性的影响： n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。 三螺纹几何参数偏差对互换性的影响：三螺纹几何参数偏差对互换性的影响： n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

6、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联接强度。 因此对螺纹互换性影响较大的参数是对螺纹互换性影响较大的参数是 中径、螺距和牙型半角。中径、螺距和牙型半角。 1中径偏差的影响：中径偏差的影响： n中径偏差是指中径的实际尺寸中径偏差是指中径的实际尺寸(以单一以单一 中径体现中径体现)与基本尺寸之代数差与基本尺寸之代数差。 n就外螺纹而言，中径若比内螺纹大，必 然影响旋合性；若过小，则会使牙侧间 的间隙增大，联接强度降低。 n要控制螺纹的中径偏差。国标中规定了 普通螺纹的中径公差。参见教材P172表 10-5 2螺距偏差的影响（螺距偏差的影响（1）： n螺距偏差可分为单个螺距偏差

7、和螺距累积偏 差两种。 n单个螺距偏差：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。 n螺距累积偏差：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。 2螺距偏差的影响（螺距偏差的影响（2）： n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P(m)。内、 外螺纹牙侧产生干涉而不能旋合。为防 止干涉，为使具有P的外螺纹旋入理 想的内螺纹,就必须使外螺纹的中径减必须使外螺纹的中径减 小一个数值小一个数值f

8、p (m)。 L理论=nP L实际=nP1 P Fp/2 螺距累积偏差对旋合性的影响示例（1）： 内螺纹 外螺纹 螺距累积偏差对旋合性的影响示例（2）： 2螺距偏差的影响（螺距偏差的影响（3）： n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P。为 保证旋合性，就必须将内螺纹中径增大一 个数值fp。fp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： Pf P 732. 1 3牙型半角偏差的影响（牙型半角偏差的影响（1）：）： n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

9、螺纹牙侧相对于螺 纹轴线的位置误差。对螺纹的旋合性和 联接强度均有影响。牙型半角偏差对旋 合性的影响如图所示。 牙型半角偏差对旋合性影响示例：牙型半角偏差对旋合性影响示例： 3牙型半角偏差的影响（牙型半角偏差的影响（1）：）： n外螺纹：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f/2。 n内螺纹：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f/2，该 值称为牙型半角偏差的中径当量。 牙型 半角偏差的计算公式如教材P169示。 4普通螺纹实现互换性的条件普通螺纹实现互换性的条件 作用中径： n作用中径：作

10、用中径：在旋合时，在旋合长度内实 际起作用的中径。 n作用中径的度量：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： n外螺纹： n内螺纹： 2/22 ffdd psm 2/22 ffDD psm 中径公差： n对于普通螺纹，影响其互换性的主要参数是 中径、螺距和牙型半角中径、螺距和牙型半角。由于螺距偏差和牙 型半角偏差对螺纹互换性的影响均可以折算 成中径当量，并与中径尺寸偏差形成作用中 径。考虑到作用中径的存在，可以不单独规 定螺距公差和牙型半角公差，而仅规定一项 中径公差，用以控制中径本

11、身的尺寸偏差、 螺距偏差和牙型半角偏差的综合影响。 螺纹中径合格性判断原则： n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: n实际螺纹的作用中径不允许超出最大实体牙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最小实体牙型的中径。用表达式即为： n外螺纹： n内螺纹： max222 ddd MMSm min222 ddd LMSs min222 DDD MMSm max222 DDD LMSs d2minTd2 d2max

12、 d2m d2s fp F/2 TD2 D2s D2m fp F/2 D2，d2 D2max D2min 内螺纹 外 螺 纹 螺纹中径合格性判断示例： 四、普通螺纹的精度设计四、普通螺纹的精度设计 1、螺纹公差带、螺纹公差带 : n公差带的大小和公差等级：公差带的大小和公差等级：公差带的大小由 公差值确定，表示螺纹中径尺寸的允许变动 量。内外螺纹中径的公差等级见教材P172表 10-5。其中6级为基本级。级为基本级。 n公差带的位置和基本偏差公差带的位置和基本偏差 :公差带的位置是 指公差带相对与基本牙型的距离，该距离由 基本偏差决定。规定内螺纹的下偏差（EI） 和外螺纹的上偏差（es）为基本

13、偏差。对内对内 螺纹规定代号为螺纹规定代号为H和和G的两种基本偏差的两种基本偏差；对对 外螺纹规定代号为外螺纹规定代号为e、f、g、h四种基本偏差四种基本偏差。 基本偏差值见教材P174表10-7。 螺纹中径和顶径的基本偏差： 2、螺纹公差等级与旋合长度、螺纹公差等级与旋合长度(1)： n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。 2、螺纹公差等级与旋合长度、螺纹公差等级与旋合长度(2)： n国标中规定

14、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。见教材P175表 10-9 n国标按螺纹公差等级和旋合长度规定了 三种类型的公差带，分别是精密级、中 等级和粗糙级，代表着不同的加工难度。 见教材P174表10-8。 3、螺纹精度设计、螺纹精度设计(1)： n结合精度的确定：结合精度的确定： n精密级用于精密联结螺纹。 n中等级用于一般用途联结。 n粗糙级用于要求不高及制造困难的螺纹。 n旋合长度的确定：旋合长度的确定：一般多用N组。根据公称 直径和螺距选择。见教材P175表10-9 n公差带的确定：公差带的确定：是螺纹公差等级和基本偏差 的组合。表示方法是公差等级后加上基本偏 差代号。如外螺纹：6f；内螺纹：6H。与普 通尺寸标注有差别。具体选用见教材P174表 10-8。 3、螺纹精度设计、螺纹精度设计(1)： n配合的选用：配合的选用：理论上，表中的内外螺纹可以 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。 n表面粗糙度：表面粗糙度：国标有普通螺纹的表面粗糙度 推荐值。 n一般