zml-第六章第二讲螺纹件的互换性

§6

滚动轴承、键和螺纹的互换性主讲：赵明利12按照尺寸精度和旋转精度可以分为：

0、6（6x）、5、4、2

GB/T307.3-2005低高内容回顾：滚动轴承的公差等级及应用尺寸公差：轴承内径d、外径D和宽度B等的尺寸公差；旋转精度：轴承内外圈作相对运动时跳动的程度。(包括轴承内、外圈的径向跳动、端面跳动及滚道的侧向摆动等）一般零件基孔制的基准孔位置轴承内圈与轴颈的配合：基孔制一般零件基轴制的基准轴位置轴承外圈与壳体孔配合：基轴制0+-基本尺寸065420+-基本尺寸H0+-基本尺寸h0+-基本尺寸06542内容回顾：轴承内圈与轴颈配合的特殊性φ55j6φ100H7

在装配图上，不用标注轴承的公差等级代号，只需标注与之相配合的轴承座及轴颈的公差等级代号。4内容回顾：在装配图上的标注Φ100H7（）+0.0350A0.015A0.0061.63.2+0.012Φ55j6（）-0.0070.0040.01AA0.631.25在零件图上，应标注以下参数：A、尺寸公差B、形状公差C、位置公差D、表面粗糙度5内容回顾：在零件图上的标注§6.4螺纹结合的互换性6了解螺纹结合的种类、基本牙型及主要几何参数，螺纹几何参数对互换性的影响；掌握作用尺寸中径、及螺纹中径公差的合格性条件；学会螺纹结合的标注及精度设计；了解螺纹的公差带、基本偏差及公差带与配合的选用；掌握螺纹精度概念及图样上的标注；

基本要求7掌握作用中径、及螺纹中径合格性判定；掌握螺纹精度概念及图样上的标注。

学习重点与难点8GB192-81：《普通螺纹基本牙型》GB2515-81：《普通螺纹术语》GB197-81：《普通螺纹公差与配合》JB2886－92：《机床梯形螺纹丝杠、螺母技术条件》9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、传动螺纹和紧密螺纹。10

一、螺纹的分类和使用要求

普通螺纹

通常也称紧固螺纹，主要用于联接和紧固各种机械零件。如用螺栓和螺母连接并紧固两个联轴节套；使用要求：良好的旋合性（内、外螺纹的旋入性及配合性质）和一定的连接强度。11

传动螺纹这类螺纹通常用于传递运动或动力，如机床传动丝杠和测量仪微螺杆上的螺纹。使用要求：传递动力的可靠性、传递位移的准确性和具有一定的间隙性。12

紧密螺纹

这类螺纹用于使两个零件精密连接而无泄漏的结合中，如管螺纹。使用要求：结合应具有一定的过盈，以保证不漏水、不漏气和不漏油。13

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。该牙型具有螺纹的基本尺寸。14

二、普通螺纹的主要几何参数1、普通螺纹基本牙型152、牙顶、牙底和牙侧牙顶：在螺纹凸起的顶部，连接相邻两牙侧的螺纹表面；牙底：在螺纹沟槽的底部，连接相邻两牙侧的螺纹表面；牙侧：牙顶和牙底之间的螺纹表面。16

3、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。内螺纹的大径D又称"底径",外螺纹的大径d又称"顶径"。普通螺纹大径的基本尺寸为螺纹公称直径尺寸。17

4、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或圆锥的直径。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"。18

5、中径(D２，d２)

中径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,相结合的内、外螺纹中径的基本尺寸相等，即D２=d２。19

6、单一中径(D2单一，d2单一)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。20

D2、d2

D2单一、

d2单一中径线单一中径线实际牙型D2、d2

≠D2单一、

d2单一217、螺距(P)、导程(L)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：同一螺旋线上的相邻两牙在中径线对应点间的轴向距离。22﹡螺距和导程的关系

单线螺纹：P=L螺距

=导程

多线螺纹：

P=L/n螺距导程23

8、牙型角、牙型半角与牙侧角牙型角是在螺纹牙形上，两相邻牙侧间的夹角；牙型半角是牙型角的一半，普通螺纹的牙型半角为30；牙侧角是指在螺纹牙型上牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角。24

9、螺纹旋合长度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。2510、螺纹接触高度指两个相互配合螺纹的牙顶在垂直于螺纹轴线方向上的距离。普通螺纹接触高度的基本尺寸等于5H/8。26内容回顾：平键公差带图+0-bh8H9D10h8N9JS9h8P9P9键宽公差带轴槽公差带轮毂公差带较松键联结一般键联结较紧键联结270.02A50-0.20Φ58r6（）Ⓔ+0.060+0.041A3.23.212.51.616N9（）0-0.0431、标注槽深d-t及公差2、标注槽宽b及公差3、标注对称度公差4、标注表面粗糙度28内容回顾：键槽轴的标注1、标注轮毂深d+t1及公差2、标注槽宽b及公差3、标注对称度公差4、标注表面粗糙度29Ø58H7E3.2

3.212.562.3

+0.20A16JS90.021.6MA内容回顾：键槽轮毂的标注b)小径定心

a)大径定心c)键宽定心30内容回顾：花键定心方式(三种）

螺纹联接要实现其互换性,必须保证良好的旋合性和一定的联接强度。前者指公称直径和螺距基本尺寸分别相同的内、外螺纹能自由旋入，并获得规定的配合性质；后者指内、外螺纹的牙侧彼此能够接触均匀，具有足够的承载能力。31

三、螺纹几何参数误差对互换性的影响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、还会影响联接的可靠性,从而影响螺纹的互换性。32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。而过小的话则接触高度减小，影响连接强度。33

三、螺纹几何参数误差对互换性的影响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联接强度。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。34

三、螺纹几何参数误差对互换性的影响1、中径偏差对螺纹互换性的影响中径偏差是指中径的实际尺寸(以单一中径体现)与基本尺寸之代数差。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。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。35

2、螺距误差对互换性的影响

螺距误差可分为单个螺距偏差和螺距累积误差两种。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。螺距累积误差：是指在规定的螺纹旋合长度内，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。螺距累积误差对互换性的影响更为明显。36假设内螺纹具有基本牙型，与仅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，为使具有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)。37

2、螺距误差对互换性的影响

L理论=nPL实际=nP1ΔPΣfp/2螺距累积误差对旋合性的影响示例内螺纹外螺纹38同理，假设外螺纹具有基本牙型，与仅存在螺距误差的内螺纹相结合。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：39

2、螺距误差对互换性的影响

对于60°牙形角的普通螺纹3.牙侧角误差对互换性的影响

牙侧角误差是指牙侧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。对螺纹的旋合性和联接强度均有影响。牙侧角偏差对旋合性的影响如图所示。4041

3.牙侧角误差对互换性的影响内螺纹;2.外螺纹;3.中径减小后的外螺纹外螺纹：外螺纹存在牙侧角偏差时，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。内螺纹：内螺纹存在牙侧角偏差时，必须将内螺纹中径增大一个数值Fα，该值称为牙型半角偏差的中径当量。423.牙侧角误差对互换性的影响

f

=0.073P（K1〡△1〡+K2〡△2〡)(um)Δ1、Δ2>0(+)<0(－)

外K1

、K223

内K1

、K232右牙侧角误差，(秒)

左牙侧角误差，(秒)

螺距，mm系数K1、K2：4344

四、单一中径与中径之间的数量关系五、保证螺纹互换性的条件45

中径公差对于普通螺纹，影响其互换性的主要参数是中径、螺距和牙侧角。由于螺距偏差和牙侧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侧角公差，而仅规定一项中径公差，用以控制中径本身的尺寸偏差、螺距偏差和牙型半角偏差的综合影响。46

作用中径

作用中径（d2m，D2m）：旋合时，在旋合长度内实际起作用的中径。螺纹实际中径与螺距误差、牙侧角误差的中径补偿值所综合形成的尺寸。即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。它可以表达为：外螺纹：内螺纹：47孔的体外作用尺寸Dfe：在配合的全长上，与实际孔内接的最大理想轴的尺寸。轴的体外作用尺寸dfe：在配合的全长上，与实际轴外接的最小理想孔的尺寸。48

回忆：体外作用尺寸内接的最大理想轴外接的最小理想孔Dfe实际孔dfe实际轴Dfe=Da-Δdfe=da+Δ49单一中径作用中径中径b)小径定心

a)大径定心c)键宽定心50内容回顾：花键定心方式(三种）

影响螺纹互换性的主要参数有大径、小径、中径、螺距和牙侧角。但由于螺纹旋合后主要接触面是牙侧，牙顶与牙底一般不接触，因此大径、小径对互换性的影响较小。51

重点内容回顾良好的旋合性一定接触强度普通螺纹互换性中径螺距对螺纹互换性影响较大的参数牙侧角L理论=nPL实际=nP1ΔPΣfp/2螺距累积误差对旋合性的影响内螺纹外螺纹52螺距误差中径当量:

重点内容回顾53牙侧角误差对互换性的影响

f

=0.073P（K1〡△1〡+K2〡△2〡)(um)

重点内容回顾

中径公差考虑到作用中径的存在，可以不单独规定螺距公差和牙侧角公差，而仅规定一项中径公差，用以控制中径本身的尺寸偏差、螺距偏差和牙侧角偏差的综合影响。54

重点内容回顾

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。表达式为：外螺纹：内螺纹：55

螺纹中径合格性判断原则d2minTd2d2maxd2md2单一fpfαTD2D2单一D2mFpFαD2，d2D2maxD2min内螺纹外螺纹螺纹中径合格性判断56外螺纹：内螺纹：六、普通螺纹公差与配合57螺纹公差带是沿基本牙型的牙侧、牙顶和牙底分布的牙型公差带，它由相对于基本牙型的位置和大小等两个要素构成，在垂直于螺纹轴线的方向测量。1、

螺纹公差带582.公差带的大小和公差等级公差带的大小由公差值确定，表示螺纹中径和顶径尺寸的允许变动量。而公差值则取决于螺纹公称直径和螺距基本尺寸的大小及中径和顶径公差等级的高低。GB197-2003对螺纹中径和顶径分别规定了几个公差等级。59螺纹直径公差等级内螺纹小径D14、5、6、7、8内螺纹中径D24、5、6、7、8外螺纹大径d4、6、8外螺纹中径d23、4、5、6、7、8、9普通螺纹的公差等级60各公差等级中3级最高，9级最低，6级为基本级；国家标准对内、外螺纹底径没有规定公差，仅对内螺纹规定底径的最小极限尺寸，使之大于外螺纹大径的最大极限尺寸，外螺纹底径的最大极限尺寸，小于内螺纹小径的最小极限尺寸。这样保证了内、外螺纹的大径间和小径间不会产生干涉，以满足旋入性的要求。613.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）为基本偏差。规定：内螺纹基本偏差代号：H和G；外螺纹基本偏差代号：e、f、g、h。62螺纹中径和顶径的基本偏差630D2D1D基本牙型GEIESTTD2/2TD1/2EI/2ES=TDD2D1基本牙型HTD2/2TD1/2EI=0T内螺纹公差带位置64基本牙型esdd2es/2d1d1maxTTd2/2Td/2eiefg0h基本牙型Td/2Td2/2d1maxd1d2d0ei=－Tes=0T外螺纹公差带位置

654.螺纹公差等级与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。66

六、普通螺纹公差与配合4.螺纹公差等级与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。设计时一般采用N组。对于调整用的螺纹，可根据调整行程的长短选取旋合长度；对铝合金等轻金属零件的螺纹，为保证机械强度，可选用L组，对于受力不大且受空间位置限制的螺纹，可用S组。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。675.螺纹精度设计结合精度的确定：精密级——用于精密联结螺纹，配合性质稳定，保证定位精度。如飞机零件：4H5H内螺纹和4h外螺纹。中等级——用于一般用途联结。粗糙级——用于要求不高及制造困难的螺纹，如较深的盲孔中的螺纹。旋合长度的确定：一般多用N组。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。68普通螺纹推荐公差带

螺纹公差带与配合的选择（同表6-19）695.螺纹精度设计螺纹公差带与配合的选择配合的选用：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。对成批大量生产，可选用H/g或G/h；对单件小批生产，选H/h。外螺纹需要涂镀时，镀厚为10μm时选g，镀厚为20μm时选f，镀厚为30μm时选e；内外螺纹均需涂镀时，采用G/e或G/f。705.螺纹精度设计螺纹的表面粗糙度工件螺纹中径公差等级4，56，78，9Ra允许值螺栓、螺钉、螺母1.63.23.2～6.3轴及套筒上螺纹0.8～1.61.63.2715.螺纹精度设计完整的螺纹标记由螺纹代号（含螺纹公称直径、导程、螺距）、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：M20×1.5-6H-LH

内外螺纹配合时：M20×2—6H/5g6g—S72七、普通螺纹的标注例M40×Ph14×P7(twostarts)-5g6g–s–LH

螺距P=7um,导程=14线数=2中径公差带代号顶径公差带代号短旋合长度普通螺纹大径d＝40mm外螺纹提醒：螺纹公差带代号与尺寸公差带代号相反！公差带代号5g?73七、普通螺纹的标注旋向标准规定，在下列情况下，最常用的中等公差精度的螺纹可以不标注公差带代号：1公称直径D≤1.4mm的5H、D≥1.6mm的6H和螺距P=0.2mm公差等级为4级的内螺纹；2公称直径d≤1.4mm的6h和d≥1.6mm的6g的外螺纹。74§6.5螺纹测量751综合测量2单项测量用螺纹量规检验螺纹属于综合测量。在成批生产中，普通螺纹均采用综合量法。综合测量是根据前面介绍的螺纹中径合格性的准则（泰勒原则），使用螺纹量规（综合极限量规）进行测量。螺纹量规分为“通规”和“止规”，检验时，“通规”能顺利与工件旋合，“止规”不能旋合或不完全旋合，则螺纹为合格。反之，“通规”不能旋合，则说明螺母过小，螺栓过大，螺纹应返修。当“止规”能通过工件，则表示螺母过大，螺栓过小，螺纹是废品。76螺纹测量：1综合测量塞规检验内螺纹D2maxD2minD1minDminD1max止端螺纹塞规通端螺纹塞规通端光滑塞规止端光滑塞规77光滑塞规用来检验内螺纹小径的极限尺寸，与用塞规检验光滑圆孔内径一样；通端螺纹塞规用来控制内螺纹的作用中径及大径的最小尺寸，止端螺纹塞规用来控制内螺纹的实际中径。通端螺纹环规止端螺纹环规d2maxd2mind1maxdmaxdmin通端光滑卡规环规检验外螺纹78光滑卡规用来检验外螺纹大径的极限尺寸，与用卡规检验光滑圆柱体直径一样；通端螺纹环规用来控制外螺纹的作用中径及小径的最大尺寸，止端螺纹环规用来控制外螺纹的实际中径。止端光滑卡规79螺纹环规螺纹塞规

对大尺寸普通螺纹、精密螺纹和传动螺纹，除了可旋合性和联接可靠以外，还有其它精度和功能要求，生产中一般都采用单项测量。单项测量螺纹的方法很多，最典型的是用万能工具显微镜测量螺纹的中径、螺距和牙型半角。用工具显微镜将被测螺纹的牙型轮廓放大成像，按被测螺纹的影像，测量其螺距、牙型半角和中径，因此该法又称为影像法。在实际生产中，测量外螺纹中径多用三针量法，该方法简单，测量精度高，应用广泛。80螺纹测量：2单项测量1.三针法测量外螺纹单一中径81普通螺纹的单项测量2.用螺纹千分尺测量外螺纹中径82普通螺纹的单项测量3.影像法测量螺纹各几何参数

影像法测量螺纹是指用工具显微镜将被测螺纹的牙型轮廓放大成像，按被测螺纹的影像来测量其螺距、牙侧角和中径，也可测量其大径和小径。83普通螺纹的单项测量例：有一螺栓M24×2—6h，中径基本尺寸d2=22.701mm，测得其单一中径d2单一=22.5mm，螺距累积误差△P=+35μm，牙侧角误差△α（左）=-30′，△α（右）=+65′，试判断其合格性。解：1）查表6-17得，中径上偏差

es=0；

查表6-16得，中径公差

Td2=170μm；查表6-13得，公称中径d2=22.701mm经计算可得外螺纹中径极限尺寸

d2max=22.701mm，

d2min=22.531mm

84

2）计算螺距累积偏差和牙侧角误差的中径当量及作用中径为

fP=1.732×△P=1.732×35μm=0.061mmfa=0.073×P×（K1×︱△α1︱+K2×︱△α2︱）=0.073×2×（3×︱-30︱+2×65）μm=0.032mm

所以，作用中径d2m=d2S+（fp+fa）=22.5+0.061+0.032=22.593mm3）判断合格性

d2m=22.593mm＜d2max=22.701mm，

d2S=22.5mm＜d2min=22.531mm，

故该螺