第九章螺纹结合的互换性

1、第九章第九章 常用结合件的公差与检测常用结合件的公差与检测 9 9. .2 2螺纹联接的公差与检测螺纹联接的公差与检测 其基本牙型是三角形其基本牙型是三角形 小间隙配合小间隙配合 其基本牙型有梯形、矩形、锯齿形其基本牙型有梯形、矩形、锯齿形 其基本牙型是三角形其基本牙型是三角形 要有一定的过盈要有一定的过盈 能自锁，用于联接能自锁，用于联接效率高，用于传动，无标准效率高，用于传动，无标准用于传动，应用普遍用于传动，应用普遍 单向大力传动单向大力传动 （螺旋千斤顶螺旋千斤顶） 适于管路联接适于管路联接 高温高压系统的高温高压系统的 管件联接管件联接 螺纹的形成：螺纹的形成：将一倾斜角为将一倾斜角

2、为 的的 直线绕在圆住体上便形成一条直线绕在圆住体上便形成一条螺螺 旋线旋线。如用平面图形三角形沿螺。如用平面图形三角形沿螺 旋线运动（运动时保持图形平面旋线运动（运动时保持图形平面 通过圆柱体的轴线）就得到三角通过圆柱体的轴线）就得到三角 形螺纹。形螺纹。 1）大径（）大径（D，d） 大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合 的假想圆柱的直径。国标规定，普通螺纹大径的的假想圆柱的直径。国标规定，普通螺纹大径的 基本尺寸为螺纹的公称直径尺寸。基本尺寸为螺纹的公称直径尺寸。 牙底牙底 牙底牙底 牙顶牙顶 牙顶牙顶 小径小径 大径大径 2）小径）小径 （d1，D

3、1） 小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合 的假想圆柱体的直径，称为小径。的假想圆柱体的直径，称为小径。 牙底牙底 牙底牙底 牙顶牙顶 牙顶牙顶 小径小径 大径大径 3）中径）中径 （d2，D2） 中径是指一个假想圆柱的直径，该圆柱的母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的线通过牙型上沟槽宽度等于螺距基本尺寸一半的 地方。地方。 外螺纹外螺纹内螺纹内螺纹 牙底牙底 牙底 牙顶牙顶 大径大径 D、d 小径小径D1、d1 中径中径D2、d2 4）牙型角与牙型半角）牙型角与牙型半角 （，/2/2） 牙型角是指在螺纹牙

4、型上，相邻两牙侧之间的夹角。牙型角是指在螺纹牙型上，相邻两牙侧之间的夹角。 普通螺纹的理论牙型角为普通螺纹的理论牙型角为60。牙型半角是指某一牙侧。牙型半角是指某一牙侧 与螺纹轴线的垂线之间的夹角。普通螺纹的牙型半角为与螺纹轴线的垂线之间的夹角。普通螺纹的牙型半角为 30。实际螺纹的牙型角正确并不一定说明牙型半角正实际螺纹的牙型角正确并不一定说明牙型半角正 确确。 /2 /2 5）螺距和导程螺距和导程 螺距：螺距：螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向 距离距离P P称为螺距。称为螺距。 导程：导程：同一条螺旋线上同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对

5、应两点之间相邻两牙在中径线上对应两点之间 的轴向距离的轴向距离P Ph h称为导程。称为导程。 单线螺纹：单线螺纹：P=PP=Ph h 多线螺纹：多线螺纹：P=PP=Ph h/n/n =导程导程 螺距螺距 螺距螺距 导程导程 螺距螺距= 导程导程 线数线数 6）螺纹升角螺纹升角：中径中径d2圆柱上，圆柱上， 螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线 的平面的夹角。的平面的夹角。 2 nP tg d 7）螺纹旋合长度）螺纹旋合长度 螺纹旋合长度是指两个互相配合的螺纹，沿螺纹轴螺纹旋合长度是指两个互相配合的螺纹，沿螺纹轴 线方向上相互旋合部分的长度。如下图所示。线方向上相互旋合部分

6、的长度。如下图所示。 旋合长度旋合长度L 螺纹联接要实现其互换性螺纹联接要实现其互换性,必须保证良好的必须保证良好的旋合性和旋合性和 一定的联接强度一定的联接强度。影响螺纹互换性的主要几何参数有。影响螺纹互换性的主要几何参数有 五个五个:大径、小径、中径、螺距和牙型半角大径、小径、中径、螺距和牙型半角。这几个参。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数在加工过程中不可避免地会产生一定的加工误差,不不 仅会影响螺纹的旋合性、接触高度、配合松紧、还会仅会影响螺纹的旋合性、接触高度、配合松紧、还会 影响联接的可靠性影响联接的可靠性,从而影响螺纹的互换性。从而影响螺纹的互换性。 内、外

7、螺纹加工后内、外螺纹加工后,外螺纹的大径和小径要分别小外螺纹的大径和小径要分别小 于内螺纹的大径和小径，才能于内螺纹的大径和小径，才能保证旋合性保证旋合性。 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联接强度。因此均，势必降低螺纹的配合均匀性和联接强度。因此对对 螺纹互换性影响较大的参数是中径、螺距和牙型半角螺纹互换性影响较大的参数是中径、螺距和牙型半角。 1中径偏差的影响中径偏差的影响 中径偏差是指中径的实际尺寸与基本尺寸之代

8、数差中径偏差是指中径的实际尺寸与基本尺寸之代数差。 就外螺纹而言就外螺纹而言，中径若比内螺纹大，必然影响旋合性；若过，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。小，则会使牙侧间的间隙增大，联接强度降低。 2 螺距偏差的影响螺距偏差的影响 螺距偏差可分为局部偏差和螺距累积偏差螺距偏差可分为局部偏差和螺距累积偏差 P两种。两种。 螺距的局部偏差螺距的局部偏差P在螺纹的全长上，任意在螺纹的全长上，任意 单个实际螺距对公称螺距的差值。单个实际螺距对公称螺距的差值。 螺距累积偏差螺距累积偏差P在规定长度内，任意个实在规定长度内，任意个实 际螺距对其公称值的最大差值

9、。际螺距对其公称值的最大差值。 前者与旋合长度无关，后者与旋合长度有关，前者与旋合长度无关，后者与旋合长度有关， 而且后者对螺纹的旋合性影响最大，因此必须加以而且后者对螺纹的旋合性影响最大，因此必须加以 限制。限制。 现假设内螺纹有理想的中径，半角，螺距，现假设内螺纹有理想的中径，半角，螺距， 而外螺纹有正螺距误差。而外螺纹有正螺距误差。 螺距偏差的中径当量螺距偏差的中径当量f fp p 当外螺纹有累积误差当外螺纹有累积误差P时，会造成理想内螺纹在时，会造成理想内螺纹在 牙侧部位发生干涉，则螺纹不能旋合。为保证旋合性，可牙侧部位发生干涉，则螺纹不能旋合。为保证旋合性，可 将外螺纹的中径减小将外

10、螺纹的中径减小fp，或将内螺纹增大一个数值，或将内螺纹增大一个数值fp，这，这 个个fp就是补偿螺距偏差折算到中径上的数值，称为就是补偿螺距偏差折算到中径上的数值，称为螺距偏螺距偏 差的中径当量差的中径当量。 螺距偏差的中径当量螺距偏差的中径当量 当当=60时：时： fp=1.732|P| mm P为螺距累积误差，之所以取绝对值，为螺距累积误差，之所以取绝对值， 是由于是由于P不论是正值或负值，影响旋合性的不论是正值或负值，影响旋合性的 性质不变，只是改变牙侧干涉的位置。性质不变，只是改变牙侧干涉的位置。 3 牙型半角偏差的影响牙型半角偏差的影响 螺纹的牙型角正确，牙型半角不一定正确螺纹的牙型

11、角正确，牙型半角不一定正确， 而牙型半角偏差直接影响螺纹的旋合性和牙侧接而牙型半角偏差直接影响螺纹的旋合性和牙侧接 触面积，因此，对其也应加以限制。设内螺纹具触面积，因此，对其也应加以限制。设内螺纹具 有理想牙形，外螺纹的中径和螺距与内螺纹相同，有理想牙形，外螺纹的中径和螺距与内螺纹相同， 仅有牙型半角偏差，阴影部分就是干涉部分。仅有牙型半角偏差，阴影部分就是干涉部分。 内外 0 2 0 2 内外 外螺纹：外螺纹：外螺纹存在牙型半角偏差时，必须将外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，从而螺纹牙型沿垂直螺纹轴线的方向下移，从而 使使外螺纹的中径减小一个数值外螺纹

12、的中径减小一个数值f/2。 内螺纹：内螺纹：内螺纹存在牙型半角偏差时，必须将内螺纹存在牙型半角偏差时，必须将内内 螺纹中径增大一个数值螺纹中径增大一个数值f/2， ，该值称为牙型半 该值称为牙型半 角偏差的中径当量。角偏差的中径当量。 螺纹作用中径和螺纹中径合格性的判断原则螺纹作用中径和螺纹中径合格性的判断原则 1螺纹中径（综合）公差螺纹中径（综合）公差 螺纹中径公差综合了螺纹中径加工误差，牙型半角螺纹中径公差综合了螺纹中径加工误差，牙型半角 偏差的中径补偿值和螺距误差的中径补偿值三项因素。对偏差的中径补偿值和螺距误差的中径补偿值三项因素。对 普通螺纹，不再给定螺距和牙型半角偏差的公差值，中径

13、普通螺纹，不再给定螺距和牙型半角偏差的公差值，中径 公差同时控制中径、螺距及牙型角三项参数的偏差。公差同时控制中径、螺距及牙型角三项参数的偏差。 2作用中径（作用中径（D2fe，d2fe） 作用中径作用中径在规定的旋合长度内，正好包容实际轮廓在规定的旋合长度内，正好包容实际轮廓 的一个理想螺纹的中径。的一个理想螺纹的中径。 螺纹作用中径和螺纹中径合格性的判断原则螺纹作用中径和螺纹中径合格性的判断原则 螺纹作用中径与单一中径螺纹作用中径与单一中径 作用中径可按下式计算：作用中径可按下式计算： 外螺纹：外螺纹： d2fe= d2a+（fp+ fa） 内螺纹：内螺纹： D2fe= D2a-（fp+

14、fa） 式中：式中： d2a 外螺纹的单一中径（代替实际中径）外螺纹的单一中径（代替实际中径） D2a内螺纹的单一中径（代替实际中径）内螺纹的单一中径（代替实际中径） 泰勒原则泰勒原则 3中径合格性的判断原则中径合格性的判断原则泰勒原则泰勒原则 泰勒原则泰勒原则实际螺纹作用中径应不超越最大实体实际螺纹作用中径应不超越最大实体 中径，实际螺纹的单一中径不超越最小实体中径。中径，实际螺纹的单一中径不超越最小实体中径。 用公式表示为：用公式表示为： 对外螺纹：对外螺纹： d2fed2max d2ad2min 即即 外螺纹中径最大极限尺寸控制作用中径，外螺外螺纹中径最大极限尺寸控制作用中径，外螺 纹中

15、径最小极限尺寸控制实际中径纹中径最小极限尺寸控制实际中径 。 对内螺纹：对内螺纹： D2feD2min D2aD2max 即即 内螺纹中径最小极限尺寸控制作用中径，内螺纹中径最小极限尺寸控制作用中径， 内螺纹中径最大极限尺寸控制实际中径内螺纹中径最大极限尺寸控制实际中径 10.3 普通螺纹公差普通螺纹公差 GBT 197-2003普通螺纹普通螺纹 公差公差 只对中径和顶径规定了公差只对中径和顶径规定了公差，而对底径，而对底径(内螺纹内螺纹 大径和外螺纹小径大径和外螺纹小径)没给公差，要求由加工的刀没给公差，要求由加工的刀 具控制。具控制。 在螺纹加工过程中，由于旋合长度的不同，在螺纹加工过程中

16、，由于旋合长度的不同， 加工难易程度也不同。通常短旋合长度容易加加工难易程度也不同。通常短旋合长度容易加 工和装配；长旋合长度加工较难保证精度，也工和装配；长旋合长度加工较难保证精度，也 难保证配合性质，因此，螺纹公差精度由难保证配合性质，因此，螺纹公差精度由公差公差 带带及及旋合长度旋合长度构成。构成。 普通螺纹公差带普通螺纹公差带 普通螺纹公差带是在通过螺纹轴线平面上沿普通螺纹公差带是在通过螺纹轴线平面上沿 基本牙型的牙侧、牙顶和牙底分布的牙型公差带，基本牙型的牙侧、牙顶和牙底分布的牙型公差带， 由由公差公差(公差带大小公差带大小)和和基本偏差基本偏差(公差带位置公差带位置)两两 个要素构

17、成，在垂直于螺纹轴线方向上计量其基个要素构成，在垂直于螺纹轴线方向上计量其基 本大、中、小径的极限偏差和公差。本大、中、小径的极限偏差和公差。 标准规定：公差带的代号为标准规定：公差带的代号为T；内螺纹的上、；内螺纹的上、 下偏差代号为下偏差代号为ES，EI；外螺纹的上、下偏差代；外螺纹的上、下偏差代 号为号为es，ei。 1.普通螺纹的公差普通螺纹的公差 普通螺纹公差带大小由公差值确定，而公普通螺纹公差带大小由公差值确定，而公 差值大小取决于公差等级和公称直径。内、外螺差值大小取决于公差等级和公称直径。内、外螺 纹的中径和顶径的公差等级如表纹的中径和顶径的公差等级如表9-10所示，所示，3

18、级公差值最小，精度最高；级公差值最小，精度最高；9级公差值最大，精级公差值最大，精 度最低，其中度最低，其中6级为基本级。级为基本级。 2.普通螺纹的基本偏差普通螺纹的基本偏差 普通螺纹公差带的位置由其基本偏差确定。基本偏普通螺纹公差带的位置由其基本偏差确定。基本偏 差为公差带两极限偏差中靠近零线的那个极限偏差，它差为公差带两极限偏差中靠近零线的那个极限偏差，它 确定了公差带相对基本牙型的位置。确定了公差带相对基本牙型的位置。 国标规定，内螺纹基本偏差是下偏差国标规定，内螺纹基本偏差是下偏差EI，有，有G、 H 两种基本偏差，见下图。两种基本偏差，见下图。 内螺纹的公差带位置内螺纹的公差带位置

19、 外螺纹基本偏差是上偏差外螺纹基本偏差是上偏差es，规定有，规定有h、g、 f和和e四种基本偏差，见下图：四种基本偏差，见下图： 螺纹的旋合长度与公差精度等级螺纹的旋合长度与公差精度等级 国标中对螺纹旋合长度规定了短旋合长度国标中对螺纹旋合长度规定了短旋合长度(S)、中、中 等旋合长度等旋合长度(N)和长旋合长度和长旋合长度(L)三组。三组。 国标按螺纹公差带和旋合长度规定了三种公差精度国标按螺纹公差带和旋合长度规定了三种公差精度 等级，从高到低分别为精密级、中等级和粗糙级。等级，从高到低分别为精密级、中等级和粗糙级。 精密级精密级：用于精密螺纹：用于精密螺纹 中等级中等级：广泛用于一般的螺纹。：广泛用于一般的螺纹。 粗糙级粗糙级：用于不重要的螺纹以及制造困难的螺纹：用于不重要的螺纹以及制造困难的螺纹 为了减少螺纹刀具和螺纹量规的规格和数量，必须为了减少螺纹刀具和螺纹量规的规格和数量，必须 对螺纹公差等级和基本偏差组合的种类加以限制。国标对螺纹公差等级和基本偏差组合的种类加以限制。国标 规定了普通螺纹的选用公差带如表规定了普通螺纹的选用公差带如表