第9章-螺纹公差及检测(新)

互换性与技术测量第九章—螺纹公差及检测主要内容第九章螺纹公差及检测

1．概述

2．普通螺纹的公差及基本偏差；

3.标准推荐的公差带及其选用；

4.螺纹标记；

6．螺纹检测。

第9章螺纹公差及检测学习指导

本章学习目的是了解普通螺纹互换性的特点及其公差标准的应用。学习要求是了解普通螺纹主要几何误差对互换性的影响；建立螺纹作用中径的概念；通过对螺纹公差带分布的分析，掌握普通螺纹公差与配合的特点及螺纹精度的选择；掌握螺纹的标记和标注方法。了解梯形螺纹的公差与配合；了解螺纹测量方式和方法。第9章螺纹公差及检测9.1概述

9.1.1螺纹分类及使用要求螺纹结合是机械制造和仪器制造中应用很广泛的结合形式。螺纹按其用途可分为三类，其使用要求如下：1、普通(紧固)螺纹

通常也称紧固螺纹，如公制普通螺纹等，主要用于联接和紧固各种机械零件（例如用螺钉将轴承端盖固定在箱体上）。这类螺纹联接的使用要求是可旋合性(便于装配和拆换)和联接的可靠性。

螺纹按其用途可分为三类，其使用要求如下：2．传动螺纹

这类螺纹通常用于传递运动或动力（例如普通车床进给机构中的丝杠螺母副和滚动螺旋传动的滚珠丝杠副）。传动螺纹都采用圆柱螺纹结合。如梯型螺纹、丝杆等。螺纹联接的使用要求是传递动力的可靠性或传递位移的准确性。9.1概述

9.1.1螺纹分类及使用要求螺纹按其用途可分为三类，其使用要求如下：3．紧密螺纹

这类螺纹用于密封联接。主要用于使两个零件紧密连接而无泄漏的结合，如管螺纹。对这类螺纹的使用要求是结合紧密，结合具有过盈，以保证密封性和一定的连接强度。达到不漏水、不漏气和不漏油的密封要求。紧密螺纹多为三角形牙型的圆锥螺纹。9.1概述

9.1.1螺纹分类及使用要求基本牙型螺距P原始三角形高度H大径D或d小径D1或d1中径D2或d2单一中径牙型角α和

牙型半角α/2螺纹旋合长度D1(d1)30°60°P/2P/4P/8H/8HH/4D2(d2)D(d)螺纹轴线P9.1概述

9.1.2螺纹部分术语及定义基本牙型：

螺纹的外观形状。有三角形、矩形、梯形等多种形式，以三角型为主。在原始三角形中去掉顶部H/8，去掉底部H/4所形成的内、外螺纹共有的理论牙型，也是螺纹设计牙型的基础。螺距P：相邻螺牙在中径处沿轴向距离。同一螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离称为导程Ph，对多头螺纹Ph=nP(n-头数)，单头：P=Ph原始三角形高度H：

原始三角形顶点到底边的垂直距离，H=3P/2牙型高度5H/8

=牙顶高3H/8+牙底高2H/89.1概述

9.1.2螺纹部分术语及定义大径d或D：与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱面的直径。国家标准规定：公制普通螺纹大径的基本尺寸为螺纹公称直径。大径是外螺纹的顶径D或内螺纹底径d。（螺纹基本大径）小径d1或D1：与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱面的直径。小径是外螺纹的底径D1或内螺纹顶径d1。（螺纹基本小径）中径d2或D2：一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。若在基本牙型上该圆柱的母线正好通过牙型上沟槽和凸起宽度相等，且等于P/2时，此时的中径称基本中径。9.1概述

9.1.2螺纹部分术语及定义单一中径：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地方。当螺距无误差时，螺纹中径就是螺纹单一中径。当螺距有误差时，单一中径与中径不相等。牙型角和牙型半角/2：在螺纹牙型上，两相邻牙侧间的夹角称为牙型角。公制普通螺纹的牙型角=60，牙型半角/2=30（牙侧与垂直于螺纹轴线的垂线间夹角）。螺纹旋合长度：两相配合螺纹，沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度。9.1概述

9.1.2螺纹部分术语及定义螺纹最大实体牙型：

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。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分别加上它们的顶径公差和中径公差后所形成的牙型。9.1概述

9.1.2螺纹部分术语及定义螺距误差中径当量：

将螺距误差换算成中径的数值。在普通螺纹结合中，未单独规定螺距公差来限制螺距误差，而是将螺距误差换算成在中径上的影响量，即螺距误差中径当量，用规定中径公差来间接地限制螺距误差。对牙型角=60的普通螺纹，螺距累积误差的中径当量为：

fp=1.732P（m）

式中：P-----螺距累积误差，单位为m9.1概述

9.1.2螺纹部分术语及定义牙侧角误差中径当量：

将牙侧角误差换算成中径的数值。在普通螺纹中，未单独规定牙侧角公差（即牙型半角的公差）来限制牙侧角的误差，而是将牙侧角误差换算成在中径上的影响量，即牙侧角误差中径当量，用规定中径公差来间接地限制牙侧角误差。对牙型半角为30的普通外螺纹：

当牙型半角误差/2为负时，牙侧角误差中径当量：

fα/2=0.44P/2（m）

当牙型半角误差/2为正时，牙侧角误差中径当量：

fα/2=0.291P/2（m）9.1概述

9.1.2螺纹部分术语及定义作用中径：

在规定旋合长度上，恰好包容实际螺纹的一个假想螺纹的中径。这个假想螺纹具有理想的螺距、半角以及牙型高度。并在牙顶处和牙底处留有间隙，以保证包容时与实际螺纹的大、小径不发生干涉。9.1概述

9.1.2螺纹部分术语及定义

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。普通螺纹精度不高，主要作用是连接与传动，影响互换性的主要因素有大径、小径、中径、螺距和牙型半角五个指标。螺距误差主要影响可旋合性、可连接性、可靠性(紧固)、传动精度(传动螺纹)和螺牙侧面负荷均匀性等螺纹性能；牙型半角误差主要影响可旋入性；中径误差影响可旋入性，连接紧密性，可靠性。螺纹旋合时主要表现在中径d2的配合精度上，故常把螺距误差Δp和牙型半角误差Δ(/2)的影响折合在中径上。螺纹互换性和配合性质主要取决中径。9.1概述

9.1.3螺纹几何参数偏差对互换性的影响半角误差对螺距可旋合性的影响

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。普通螺纹精度不高，主要作用是连接与传动，影响互换性的主要因素有大径、小径、中径、螺距和牙型半角五个指标。螺距误差主要影响可旋合性、可连接性、可靠性(紧固)、传动精度(传动螺纹)和螺牙侧面负荷均匀性等螺纹性能；牙型半角误差主要影响可旋入性；中径误差影响可旋入性，连接紧密性，可靠性。螺纹旋合时主要表现在中径d2的配合精度上，故常把螺距误差Δp和牙型半角误差Δ(/2)的影响折合在中径上。螺纹互换性和配合性质主要取决中径。9.1概述

9.1.3螺纹几何参数偏差对互换性的影响大径、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。螺纹的大径和小径处均留有空隙，一般不会影响配合性质。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。9.1概述

9.1.3螺纹几何参数偏差对互换性的影响内、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。螺纹中径偏差对互换性的影响：

中径偏差是指中径实际尺寸(以单一中径体现)与基本中径尺寸之代数差。假设螺纹其它参数处于理想状态，若外螺纹的中径偏差小于内螺纹的中径偏差，就能保证内外螺纹的旋合性；反之，就会产生干涉而难以旋合。但是，若外螺纹的中径过小，内螺纹的中径过大，则会削弱其联结强度。所以要规定螺纹中径公差来保障螺纹的互换性。9.1概述

9.1.3螺纹几何参数偏差对互换性的影响螺距偏差对互换性的影响：

螺距偏差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尺寸之代数差，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。9.1概述

9.1.3螺纹几何参数偏差对互换性的影响L理论=nPL实际=nP1ΔPΣfp/2内螺纹外螺纹d2d2’9.1概述

9.1.3螺纹几何参数偏差对互换性的影响为了使螺距有偏差的外螺纹可自由旋入标准的内螺纹，在制造中应将外螺纹实际中径减少一个数值fp（或将标准内螺纹中径加大一个数值fp），以防止螺纹旋合干涉。9.1概述

9.1.3螺纹几何参数偏差对互换性的影响数值fp就是补偿螺距偏差的影响而折算到中径上的数值。称为螺距误差中径当量：

fp=Pctg（/2）

对于普通螺纹，牙型半角/2=30，

fp=1.732P

式中P为螺距累积误差，它之所以取绝对值，是由于P不论取正值或负值，对螺纹旋合性的影响性质不变，只是改变牙侧干涉的位置。P应是在旋合长度内最大的螺距累积偏差值，而该值并非一定就出现在最大旋合长度位置上。9.1概述

9.1.3螺纹几何参数偏差对互换性的影响牙型半角偏差对互换性的影响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。对螺纹的旋合性和联接强度均有影响。左、右牙型半角偏差不同图示1—内螺纹，2--外螺纹，

3—中径减小后的外螺纹9.1概述

9.1.3螺纹几何参数偏差对互换性的影响牙型半角偏差对互换性的影响外螺纹：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。fα/2就是补偿螺纹牙型半角偏差的影响而折算到中径上的数值。称为牙侧角误差中径当量：

fα/2=0.073P(K11/2+K22/2)

(式中各项定义见P190所注)9.1概述

9.1.3螺纹几何参数偏差对互换性的影响总结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。影响互换性的主要因素有大径、小径、中径、螺距和牙型半角五个指标。螺纹大径和小径处均留有空隙，一般不会影响配合性质。螺纹旋合后主要依靠螺牙侧面工作，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。螺纹旋合时主要表现在中径d2的配合精度上，故常把螺距累积误差和牙测角误差的影响折合在中径上。螺纹互换性和配合性质主要取决中径。9.1概述

9.1.3螺纹几何参数偏差对互换性的影响

由上节我们看到，在普通螺纹中，对螺距和牙型半角误差不单独规定公差，而是将它们折算到中径上来控制。即用螺纹中径公差综合控制中径、螺距和牙型半角等几何要素的误差。在普通螺纹中，只须规定大径、中径和小径的公差。由于外螺纹和内螺纹的底径（d1和D）是在加工时和中径一起由刀具切出，其尺寸由刀具保证，因此不规定公差。螺纹公差中，只规定了外螺纹的大径d、中径d2和内螺纹的小径D1、中径D2的公差等级和公差。9.2普通螺纹公差及基本偏差

9.2.1螺纹公差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螺纹公差等级(摘自GB/T197—2003)由P180表9-4、9-5可看到，同一公差等级中，内螺纹中径公差比外螺纹中径公差大32%左右，原因是内螺纹加工比外螺纹困难。9.2普通螺纹公差及基本偏差

9.2.1螺纹公差不同公差等级螺纹公差值计算公式上表中：P和d的单位为mm，d为该螺纹直径尺寸段的几何平均值直径公差（m）计算公式Td

k1(180P2/3-3.15P-1/2)Td2

k190P0.4d0.1TD1

k1(433P-190P1.22)当P=0.2—0.8时

k1230P0.7当P1时TD2

k2Td2公差等级3456789系数k10.50.630.811.251.62系数k20.851.061.321.72.129.2普通螺纹公差及基本偏差

9.2.1螺纹公差零件的尺寸公差可由公差带表示，公差带有两个参数：一是公差带的大小（即宽度）；二是公差带相对于零线的位置。国标已将它们标准化，形成标准公差和基本偏差两个系列。国家标准GB/T197—2003《普通螺纹公差》对螺纹大径、中径和小径规定了相同的基本偏差。螺纹的基本牙型是计算螺纹偏差的基准，内、外螺纹公差带相对基本牙型位置由其基本偏差决定（如同圆柱体尺寸O线位置一样）。9.2普通螺纹公差及基本偏差

9.2.1螺纹公差对于外螺纹基本偏差为上偏差es，下偏差ei=es-T在普通螺纹标准中，对外螺纹规定了四种公差带位置，其基本偏差分别为e、f、g、h。h的基本偏差为零，e、f、g的基本偏差为负值。（等同基轴制）9.2普通螺纹公差及基本偏差

9.2.1螺纹公差普通外螺纹公差带位置示意图外螺纹公差带位置e基本牙型esdd2es/2d1d3maxTTd2/2Td/2eifg0h基本牙型Td/2Td2/2d3maxd1d2d0ei=－Tes=0T外螺纹最大小径d3max：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。9.2普通螺纹公差及基本偏差

9.2.1螺纹公差对于内螺纹：基本偏差为下偏差EI，上偏差ES=EI+T在普通螺纹标准中，对内螺纹规定了两种公差带位置，其基本偏差分别为G、H。H的基本偏差为零，G的基本偏差为正值。（等同基孔制）9.2普通螺纹公差及基本偏差

9.2.1螺纹的基本偏差普通内螺纹公差带位置示意图内螺纹公差带位置0D2D1D基本牙型GEIESTTD2/2TD1/2EI/2ES=TDD2D1基本牙型HTD2/2TD1/2EI=0T9.2普通螺纹公差及基本偏差

9.2.1螺纹的基本偏差9.2普通螺纹公差及基本偏差

9.2.1螺纹的基本偏差普通螺纹基本偏差和顶径公差零件的公差带由标准公差和基本偏差所决定。按螺纹不同的公差带位置（G、H、e、f、g、h）以及不同的公差等级（39级）可组成各种不同的公差带。根据使用场合，螺纹分成三个精度等级：精密级：用于精密螺纹中等级：用于一般用途粗糙级：用于制造螺纹比较困难或对精度要求不高的场合国标对螺纹的旋合长度进行了规定，分为短旋合长度S、中旋合长度N、长旋合长度L三组，一般情况下应采用中旋合长度N。标准推荐的公差带及其选用9.3标准推荐的公差带及其选用在螺纹生产中，为了减少螺纹刀具和量规的品种及规格，提高经济效益，国标GB/T197-2003规定了内、外螺纹的选用公差带，见P183表9-9、表9-10。表中所列的内、外螺纹公差带分成推荐使用、优先选用、常用和一般尽可能不用几个级别在实际中选用。螺纹公差带的确定：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。标准推荐的公差带及其选用9.3标准推荐的公差带及其选用普通螺纹推荐公差带9.3标准推荐的公差带及其选用为考虑不同旋合长度对螺距累积误差有不同的影响，标准中，同一精度不同旋合长度的螺纹中径采用不同的公差等级（从表9-9可见）。理论上，标准中所列内、外螺纹的各种公差带可以任意组成各种配合。但从保证足够的接触高度出发，完工后的螺纹最好选用H/g（间隙）、H/h（零间隙）、G/h（间隙）的配合。对于直径小于等于1.4mm的螺纹副(d(D)≤1.4mm)，应采用5H/6h、4H/6h或更精密的配合,以保证足够接触高度。标准推荐的公差带及其选用9.3标准推荐的公差带及其选用螺纹完整标记由螺纹代号M、公称直径值、导程代号Ph（单线螺纹可省略）、螺距值、中径公差带代号、顶径公差带代号、旋合长度代号和螺纹旋向代号LH（右旋省略）所组成。M6×0.75–5h6h–S–LH螺纹代号公称直径单线螺纹螺距中径公差带代号顶径公差带代号短旋合长度左旋螺纹9.4螺纹标记标记说明：螺纹代号：粗牙普通螺纹用“M”及公称直径表示，细牙普通螺纹应加注螺距，用“×”连接；螺纹公差带代号：包括中径公差带代号和顶径公差带代号。若两者代号相同，只标注一个代号。若两者代号不同，则前者为中径公差带代号，后者为顶径公差带代号；旋合长度代号：可标注旋合长度代号，也可直接标注旋合长度数值。当采用中等旋合长度时，“N”省略不标；在下列情况下，中等精度螺纹不标注其公差带代号：内螺纹：公称直径D≤1.4mm，公差带代号为5H；公称直径D≥1.6mm,公差带代号为6H；对螺距为0.2mm的螺纹，其公差等级为4级。外螺纹：公称直径d≤1.4mm，公差带代号为6h；公称直径d≥1.6mm,公差带代号为6g。内、外螺纹配合标记：内螺纹公差带代号在前，外螺纹公差带代号在后，中间用斜线分开。9.4螺纹标记标注举例：M20—5g6g—S

表示普通外螺纹、公称直径20mm、粗牙螺纹、中径公差带5g、顶径公差带6g、旋合长度为短旋合长度S、右旋螺纹M10×1.5—6H—LH

表示普通内螺纹、公称直径10mm、细牙螺纹、螺纹螺距为1.5mm、中径和顶径公差带6H、旋合长度为中等N、左旋螺纹

M20×2—6H/5g6g—S

表示公差带为6H的内螺纹与公差带为5g6g的外螺纹组成的配合。普通细牙螺纹，公称直径20mm、螺纹螺距2mm、旋合长度为短旋合长度S、右旋螺纹9.4螺纹标记1．作用中径的概念

螺纹的作用中径是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。该假想螺纹具有理想的螺距、牙型半角和牙型高度，并在牙顶和牙底留有间隙，以保证不与实际螺纹的大小径发生干涉。作用中径是螺纹的作用尺寸，它是综合的，包括了中径、牙型半角和螺距等螺纹各主要参数的影响。

d2(D2)作用=d2(D2)实际(fα/2+fp)

在实际中，常使用螺纹量规来体现螺纹中径的合格性，如验收时，通规通过、止规通不过为合格。9.6螺纹测量2.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。即：

外螺纹

d2作用≤d2maxd2单一≥d2min

内螺纹

D2作用≥D2max

D2单一≤D2min9.6螺纹测量例题已知：螺纹尺寸和公差要求为M24X2--6g，加工后测量得：

实际大径da=23.850mm,

实际中径d2a=22.521mm，

螺距累积偏差P=+0.05mm，

牙型半角偏差分别为：/2（左）=+20‘，

/2（右）=-25‘，

已知该螺纹理论中径d2=22.701mm，

试求顶径和中径是否合格，查出所需旋合长度的范围。

解：（1）由国标GB/T197-2003普通螺纹中径

顶径公差表，可查得：

中径es=-38m，Td2=170m

大径es=-38m，Td=280m例题（2）判断大径的合格性

dmax=d+es=24mm-0.038mm=23.962mm

dmin=dmax-Td=23.962mm-0.28mm=23.682mm

因dmax>da=23.850mm>dmin，故大径合格。（3）判断中径的合格性

d2max=d2+es=22.701mm-0.038mm=22.663mm

d2min=d2max-Td2=22.663mm-0.17mm=22.493mm

d2m=d2a+(fp+fa/2)

式中

d2a=22.521mm

fp=1.732P=(1.732X0.05)mm=0.087mm

fα/2=0.073P(K11/2+K22/2)

=[0.073X2X(2X20+3X25)]m

=16.8m=0.017mm

则d2作用=22.521mm+（0.087+0.017）mm=22.625mm例题按极限尺寸判断原则（泰勒原则）

d2作用=22.625mm<22.663mm=d2max

d2a=22.521mm>22.493mm=d2min

故中径合格。（4）根据该螺纹尺寸表d=24mm，螺距P=2mm，查国标GB/T197-2003螺纹旋合长度，可得：

采用中等旋合长度为8.5mm25mm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。9.6螺纹测量

9.6.1综合测量环规检验外螺纹图示通端螺纹环规止端螺纹