互换性及测量技术-15 普通螺纹结合的互换性

1、 第九章第九章 螺纹公差及检测螺纹公差及检测 一、概述一、概述 二、二、 螺纹几何参数误差对互换性的影响螺纹几何参数误差对互换性的影响 一、概一、概 述述 一、概一、概 述述1.螺纹的种类及使用要求螺纹的种类及使用要求 ：通常称为紧固螺纹，牙型为三角形，有粗牙通常称为紧固螺纹，牙型为三角形，有粗牙和细牙螺纹之分，主要用于联接或紧固各种机械和细牙螺纹之分，主要用于联接或紧固各种机械零件。零件。l普通螺纹普通螺纹l传动螺纹传动螺纹 ：有梯形、锯齿形、矩形及三角形等几种牙形，有梯形、锯齿形、矩形及三角形等几种牙形，主要用于传递动力、运动或精确位移。主要用于传递动力、运动或精确位移。 l紧密螺纹紧密螺

2、纹：又称密封螺纹，主要用于水、油、气的密封。又称密封螺纹，主要用于水、油、气的密封。这类螺纹结合应具有一定的过盈，以保证具有足这类螺纹结合应具有一定的过盈，以保证具有足够的联接强度和密封性。够的联接强度和密封性。 要求良好的旋合性及足够的要求良好的旋合性及足够的联接强度联接强度 要求传递动力和运动的可靠性、准确性，螺要求传递动力和运动的可靠性、准确性，螺纹牙侧接触均匀性和耐磨性等纹牙侧接触均匀性和耐磨性等 一、概一、概 述述 2.普通普通螺纹的基本几何参数螺纹的基本几何参数 l 基本牙型基本牙型在原始三角形中削去顶在原始三角形中削去顶部（部（H/8）和底部（）和底部（H/4）所）所形成的。形成

3、的。l牙型高度牙型高度削去顶部和底部后的削去顶部和底部后的高度，即牙顶高（高度，即牙顶高（3H/8）与牙底（与牙底（2H/8)高之和。高之和。 一、概一、概 述述 2.普通普通螺纹的基本几何参数螺纹的基本几何参数 l大径（大径（D D 或或d d）与外螺纹牙顶或内螺与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的圆柱面的纹牙底相重合的圆柱面的直径。直径。国家标准规定大径的国家标准规定大径的基本尺寸作为螺纹的公称基本尺寸作为螺纹的公称直径直径 。 一、概一、概 述述 2.普通普通螺纹的基本几何参数螺纹的基本几何参数 l小径小径 （D D1 1或或d d1 1）与外螺纹牙底或内螺与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的圆

4、柱面的纹牙顶相重合的圆柱面的直径。直径。 小径与公称直径的关系：小径与公称直径的关系：D1=D-25/8H =D-1.082532PD10.85D 一、概一、概 述述 2.普通普通螺纹的基本几何参数螺纹的基本几何参数 l中径中径 （D D2 2或或d d2 2）中径是一个假想圆柱中径是一个假想圆柱面的直径，该圆柱面的母面的直径，该圆柱面的母线通过牙型上沟槽宽度和线通过牙型上沟槽宽度和凸起宽度相等的地方凸起宽度相等的地方H/2H/2处。处。作用：作用：用来确定螺纹用来确定螺纹的配合性质。的配合性质。 一、概一、概 述述 2.普通普通螺纹的基本几何参数螺纹的基本几何参数 普通螺纹的大径、中径和小径

5、普通螺纹的大径、中径和小径 在同一结合中内、外螺纹的大径、小径、中径的基本尺寸对应相在同一结合中内、外螺纹的大径、小径、中径的基本尺寸对应相等等 一、概一、概 述述 2.普通普通螺纹的基本几何参数螺纹的基本几何参数 l 螺距（螺距（P P）相邻两牙在中径线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。对应两点间的轴向距离。 同一条螺旋线上相邻同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两两牙在中径线上对应两点间的轴向距离点间的轴向距离。 多线螺纹多线螺纹 L L= = n Pn P l 导程（导程（L L） 一、概一、概 述述 2.普通普通螺纹的基本几何参数螺纹的基本几何参数 l 牙型角牙型角() ()

6、l 牙型半角牙型半角 （/2)/2)l 牙侧角（牙侧角（ 1、 2）是螺纹轴向剖面内，螺纹牙型两侧边的夹角。是螺纹轴向剖面内，螺纹牙型两侧边的夹角。/2是指牙侧与螺纹轴线的夹角是指牙侧与螺纹轴线的夹角。1、 2是指在螺纹牙型上，某一牙侧与螺纹轴线的垂线之间是指在螺纹牙型上，某一牙侧与螺纹轴线的垂线之间的夹角。的夹角。 对于普通螺纹，在理论上：对于普通螺纹，在理论上： =60，/2=30， 1= 2=30 一、概一、概 述述 2.普通普通螺纹的基本几何参数螺纹的基本几何参数 l 螺纹接触高度（螺纹接触高度（h）两个互相配合螺纹，牙型重合部分在垂直于螺纹轴线方向的距两个互相配合螺纹，牙型重合部分在

7、垂直于螺纹轴线方向的距离。离。 h = 5/8 H l 螺纹旋合长度（螺纹旋合长度（L)两个相配合螺纹沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度。两个相配合螺纹沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度。 一、概一、概 述述 2.普通普通螺纹的基本几何参数螺纹的基本几何参数 l单一中径（单一中径（D D2a2a或或d d2a2a）一个假想圆柱面的直径，该圆柱面的母线通过牙型上沟一个假想圆柱面的直径，该圆柱面的母线通过牙型上沟槽宽度等于螺距基本尺寸一半的地方槽宽度等于螺距基本尺寸一半的地方 P/2P/2处。在实际螺纹上处。在实际螺纹上可以测得，代表螺纹中径的实际尺寸。可以测得，代表螺纹中径的实际尺寸。 没有螺距误差

8、时，单一中经与中径的数值相等；有螺距没有螺距误差时，单一中经与中径的数值相等；有螺距误差的螺纹，其单一中径与中径数值不相等。误差的螺纹，其单一中径与中径数值不相等。单一中径代表螺纹中径的实际尺寸，螺纹单项测量中所单一中径代表螺纹中径的实际尺寸，螺纹单项测量中所测得的中径尺寸一般为单一中径尺寸。测得的中径尺寸一般为单一中径尺寸。 一、概述一、概述 2.普通普通螺纹的基本几何参数螺纹的基本几何参数 二、二、普通螺纹几何参数对互换性的影响普通螺纹几何参数对互换性的影响 1. 普通螺纹联结的互换性要求普通螺纹联结的互换性要求不经任何选择和修配，且无须特别施加不经任何选择和修配，且无须特别施加外力，内、

9、外螺纹件在装配时就能在给外力，内、外螺纹件在装配时就能在给定的轴向长度内全部自由地旋合。定的轴向长度内全部自由地旋合。内（或外）螺纹旋入外（或内）螺纹后，内（或外）螺纹旋入外（或内）螺纹后，在旋合长度上接触应均匀紧密，且在长在旋合长度上接触应均匀紧密，且在长期使用中有足够的结合力。期使用中有足够的结合力。 l可旋入可旋入(合合)性：性：l联结可靠性：联结可靠性： 影响螺纹互换性的几何参数有五个：螺纹的影响螺纹互换性的几何参数有五个：螺纹的大径、中径、小径、螺距和牙型半角。大径、中径、小径、螺距和牙型半角。 影响螺纹互换性的主要因素是影响螺纹互换性的主要因素是螺距误差螺距误差、牙型牙型半角误差半

10、角误差和和中径偏差中径偏差。 二、二、普通螺纹几何参数对互换性的影响普通螺纹几何参数对互换性的影响 1、螺纹大、小径误差对互换性的影响、螺纹大、小径误差对互换性的影响二、二、普通螺纹几何参数对互换性的影响普通螺纹几何参数对互换性的影响 对外螺纹的小径处，要限制对外螺纹的小径处，要限制最小的圆弧半径最小的圆弧半径，其目的是为，其目的是为了减小应力集中。了减小应力集中。外螺纹大径外螺纹大径和和内螺纹小径内螺纹小径由于是螺纹的顶径，对螺纹联接由于是螺纹的顶径，对螺纹联接强度的影响较大，（外螺纹的大径尺寸过小，内螺纹的小强度的影响较大，（外螺纹的大径尺寸过小，内螺纹的小径尺寸过大，会影响联接强度；外螺

11、纹大径过大，内螺纹径尺寸过大，会影响联接强度；外螺纹大径过大，内螺纹小径过小，会发生干涉）故标准规定了公差。小径过小，会发生干涉）故标准规定了公差。外螺纹的小径外螺纹的小径只规定了最大的小径，对只规定了最大的小径，对内螺纹大径内螺纹大径只规定只规定了最小的大径，目的是为了消除结合时可能产生的干涉。了最小的大径，目的是为了消除结合时可能产生的干涉。 2.螺距误差的影响螺距误差的影响 单个螺距的实际尺寸与基本尺寸的代数差，与单个螺距的实际尺寸与基本尺寸的代数差，与旋合长度无关旋合长度无关 。指旋合长度内任意个螺距的实际尺寸与基本尺指旋合长度内任意个螺距的实际尺寸与基本尺寸的代数差，与旋合长度有关寸

12、的代数差，与旋合长度有关 。是主要影响因。是主要影响因素，使内外螺纹无法旋合。素，使内外螺纹无法旋合。l局部误差局部误差l累积误差累积误差 二、二、普通螺纹几何参数对互换性的影响普通螺纹几何参数对互换性的影响 螺距误差使内外螺纹的结合发生干涉，影响旋合性，并螺距误差使内外螺纹的结合发生干涉，影响旋合性，并且在螺纹旋合长度内使实际接触的牙数减少，影响螺纹连接且在螺纹旋合长度内使实际接触的牙数减少，影响螺纹连接的可靠性。的可靠性。二、二、普通螺纹几何参数对互换性的影响普通螺纹几何参数对互换性的影响 2.螺距误差的影响螺距误差的影响 图图 螺距误差对互换性的影响螺距误差对互换性的影响2螺距偏差的影响

13、（螺距偏差的影响（2）：）： n如图所示如图所示，假设内螺纹具有基本牙型假设内螺纹具有基本牙型，仅与存在螺距偏差的外螺仅与存在螺距偏差的外螺纹结合纹结合。外螺纹外螺纹N个螺距的累积误差为个螺距的累积误差为P(m)。内、外螺纹牙。内、外螺纹牙侧产生干涉而不能旋合。为防止干涉，为使具有侧产生干涉而不能旋合。为防止干涉，为使具有P的外螺纹旋的外螺纹旋入理想的内螺纹入理想的内螺纹,就就必须使外螺纹的中径减小一个螺距误差中径必须使外螺纹的中径减小一个螺距误差中径补偿值补偿值fp (m)。二、二、普通螺纹几何参数对互换性的影响普通螺纹几何参数对互换性的影响 2. 螺距误差的影响螺距误差的影响 L理论=n

14、PL实际=n P1Pfp/2 螺距累积偏差对旋合性的影响示例螺距累积偏差对旋合性的影响示例内螺纹外螺纹螺距累积偏差对旋合性的影响示例螺距累积偏差对旋合性的影响示例n同理同理，假设外螺纹具有基本牙型假设外螺纹具有基本牙型，与，与仅存在螺距偏差的内仅存在螺距偏差的内螺纹与其结合螺纹与其结合。设。设在在N个螺牙的旋合长度内个螺牙的旋合长度内，内螺纹存在内螺纹存在P。为保证旋合性为保证旋合性，就就必须将内螺纹中径增大一个数值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就是为补偿螺距累积误差而折算到中径上的数值，称为称为螺距误差的中径当量螺距误差的中径当量。两种情况下

15、的当量计算公式为。两种情况下的当量计算公式为：PfP732. 1 螺距累积偏差对旋合性的影响示例螺距累积偏差对旋合性的影响示例PfP732. 1Fp 3.牙型半角误差的影响牙型半角误差的影响 牙型角本身不准确或者牙型牙型角本身不准确或者牙型角的平分线出现倾斜都会产生牙型角的平分线出现倾斜都会产生牙型半角误差。半角误差。 使内外螺纹结合时产生干涉，使内外螺纹结合时产生干涉，影响旋合性，并使接触面积减小，影响旋合性，并使接触面积减小，磨损加快，降低连接的可靠性。磨损加快，降低连接的可靠性。 牙型半角误差：牙型半角的实际值与公称值之间牙型半角误差：牙型半角的实际值与公称值之间的差值。的差值。二、二、

16、普通螺纹几何参数对互换性的影响普通螺纹几何参数对互换性的影响 3.牙型半角误差的影响牙型半角误差的影响 假设内螺纹具有理假设内螺纹具有理想牙型，与其相配合的想牙型，与其相配合的外螺纹仅有牙型半角误外螺纹仅有牙型半角误差，当左、右牙型半角差，当左、右牙型半角不相等时，就会在大径不相等时，就会在大径或小径处的牙侧产生干或小径处的牙侧产生干涉。涉。 二、二、普通螺纹几何参数对互换性的影响普通螺纹几何参数对互换性的影响 螺纹牙型半角偏差螺纹牙型半角偏差为实际牙型半角与理论牙型半角之差，为实际牙型半角与理论牙型半角之差，它是牙侧相对于螺纹轴线的位置偏差。它是牙侧相对于螺纹轴线的位置偏差。 （1 1）当外

17、螺纹的左、右牙型半角相等，但小于内螺纹牙当外螺纹的左、右牙型半角相等，但小于内螺纹牙型半角，牙型半角偏差型半角，牙型半角偏差a/2=a/2a/2=a/2（外）（外）-a/2-a/2（内）（内）000，则在其，则在其牙根部分的牙侧有干涉现象。牙根部分的牙侧有干涉现象。 （3)3)当外螺纹的左、右牙型半角偏差不相同，两侧干涉当外螺纹的左、右牙型半角偏差不相同，两侧干涉区的干涉量也不相同。区的干涉量也不相同。 3.牙型半角误差的影响牙型半角误差的影响 图图 牙型半角偏差对旋合性的影响牙型半角偏差对旋合性的影响n外螺纹：外螺纹存在牙型半角偏差时外螺纹：外螺纹存在牙型半角偏差时，必须将外螺纹牙必须将外螺

18、纹牙型沿垂直螺纹轴线的方向下移型沿垂直螺纹轴线的方向下移，从而使从而使外螺纹的中径减外螺纹的中径减小一个数值小一个数值f/2。n内螺纹：内螺纹存在牙型半角偏差时内螺纹：内螺纹存在牙型半角偏差时，必须将必须将内螺纹中内螺纹中径增大一个数值径增大一个数值F/2。n该值称为该值称为牙型半角偏差（牙测角）的中径当量牙型半角偏差（牙测角）的中径当量 f/2 / F/2 二、二、普通螺纹几何参数对互换性的影响普通螺纹几何参数对互换性的影响 3.牙型半角误差的影响牙型半角误差的影响 3.牙型半角误差的影响牙型半角误差的影响 二、二、普通螺纹几何参数对互换性的影响普通螺纹几何参数对互换性的影响 / 21122

19、f0.073()P KK外螺纹外螺纹/211220.073()FP KK内螺纹内螺纹 式中：式中： P 螺距，螺距，mm 1、1 左右牙侧角误差（左右牙侧角误差（） 1 = 1-30 ， 2 = 2-30 K1、k2 左右牙侧角误差系数左右牙侧角误差系数 外螺纹：外螺纹：1 、1 0，K1、K2取取2 1 、1 0 ，K1、K2取取3 内螺纹：内螺纹：1 、1 0，K1、K2取取3 1 、1 0 ，K1、K2取取2 4.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其基本尺寸之间的差值。中径偏差是指中径的实际尺寸与其基本尺寸之间的差值。 中径偏差直接影响螺纹的旋合性和联接强度。中径

20、偏差直接影响螺纹的旋合性和联接强度。 为了保证螺纹联接的旋合性和可靠性要对中径规定合适的公为了保证螺纹联接的旋合性和可靠性要对中径规定合适的公差。差。 中径是影响螺纹结合互换性的主要参数。中径是影响螺纹结合互换性的主要参数。 内外螺纹的结合位置除与牙型角和螺距有关外，更重要的还内外螺纹的结合位置除与牙型角和螺距有关外，更重要的还与螺纹中径有关。与螺纹中径有关。 螺距、牙型半角误差可换算成螺纹中径的当量值来处理。螺距、牙型半角误差可换算成螺纹中径的当量值来处理。二、二、普通螺纹几何参数对互换性的影响普通螺纹几何参数对互换性的影响 三、保证螺纹互换性的条件三、保证螺纹互换性的条件 1、作用中径、作

21、用中径 在旋合时，在旋合长度内实际起作用的中径。在旋合时，在旋合长度内实际起作用的中径。实际加工螺纹时，往往同时存在螺距误差、牙型半实际加工螺纹时，往往同时存在螺距误差、牙型半角误差和中径偏差，这三种误差的综合结果可以用作用角误差和中径偏差，这三种误差的综合结果可以用作用中径来表示。中径来表示。 外螺纹的作用中径比单一中径大；外螺纹的作用中径比单一中径大； 内螺纹的作用中径比单一中径小。内螺纹的作用中径比单一中径小。 三、保证螺纹互换性的条件三、保证螺纹互换性的条件 1、作用中径、作用中径 在规定的旋合长度内，恰好包容实际外（内）螺纹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

22、）螺纹的中径称为外（内）螺纹作用的一个理想内（外）螺纹的中径称为外（内）螺纹作用中径中径d2m（D2m）。它可以表达为：）。它可以表达为：D2M=D2a - FP -F/2内螺纹：内螺纹：d2m=d2a + fp + f/2外螺纹外螺纹：螺纹的单一中径螺纹的单一中径螺纹的作用中径螺纹的作用中径 比较比较 中径、单一中径、作用中径中径、单一中径、作用中径 1、作用中径、作用中径国标中没有单独规定螺距和牙型半角公差，仅用内、国标中没有单独规定螺距和牙型半角公差，仅用内、外螺纹的中径公差综合控制实际中径、螺距和牙型半角三外螺纹的中径公差综合控制实际中径、螺距和牙型半角三项误差，因而中径公差是衡量螺纹

23、互换性的重要指标项误差，因而中径公差是衡量螺纹互换性的重要指标 。要保证内外螺纹的旋合性，必须满足要保证内外螺纹的旋合性，必须满足 D2作用作用 d2作用作用 三、保证螺纹互换性的条件三、保证螺纹互换性的条件 2、泰勒原则、泰勒原则 判断螺纹中径合格性应遵循泰勒原则。判断螺纹中径合格性应遵循泰勒原则。 任何部位的单一中径不允许超越其最小实体牙型任何部位的单一中径不允许超越其最小实体牙型的中径，以保证联接强度。的中径，以保证联接强度。 即实际螺纹的作用中径不允许超越其最大实体牙即实际螺纹的作用中径不允许超越其最大实体牙型的中径，以保证旋合性；型的中径，以保证旋合性；三、保证螺纹互换性的条件三、保证螺纹互换性的条件 d2minTd2d2maxd2md2sfpF/2TD2D2sD2mfpF/2D2，d2D2maxD2min内螺纹外螺纹 螺纹中径合格性判断示例螺纹中径合格性判断示例基本牙型基本牙型内螺纹牙型内螺纹牙型外螺纹牙型外螺纹牙型 实际螺纹的作用中径不能超出最大实体牙型的中径实际螺纹的作用中径不能超出最大实体牙型的中径（d2max，D2max），而实际螺纹上任一部位的单一中），而实际螺纹上任一部位的单一中径不能超出最小实体牙型的中径（径不能超出最小实体牙型的中径（d