第7章 螺纹、键和花键及圆锥的公差配合

第7章螺纹、键和花键及圆锥的公差配合7.1螺纹结合的公差配合7.2键和花键结合的公差配合7.3圆锥的公差配合7.1螺纹结合的公差配合螺纹结合在机械制造和仪器制造中使用非常广泛，按其用途可分为3类1紧固螺纹用于紧固和连接零件，如公制普通螺纹等2传动螺纹用于传递动力或精确的位移，如丝杠等3紧密螺纹用于密封的螺纹结合，如连接管道用的螺纹下一页返回7.1螺纹结合的公差配合7.1.1普通螺纹的基本牙型和主要几何参数普通螺纹的基本牙型如图7-1所示，它是在高为H的等边三角形(即原始三角形)上截去其顶部(H/8)和底部(H/4)而形成的普通螺纹的主要几何参数有以下内容上一页下一页返回7.1螺纹结合的公差配合1.大径(D或d)2.小径(D2或d2)3.中径(D3或d3)4单一中径(D2s或d2s，如图7-2所示5.螺距(P)和导程(L)6.牙型角(a)和牙型半角(a/2)7.螺纹旋合长度螺纹旋合长度是指两个相互配合的螺纹沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度8.螺纹升角螺纹升角是指在中径圆柱上!螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角上一页下一页返回7.1螺纹结合的公差配合7.1.2普通螺纹几何参数对互换性的影响影响螺纹互换性的几何参数有5个：大径，中径，小径，螺距和牙型半角.其中主要因素是中径误差，螺距误差和牙型半角误差.1螺纹中径误差对互换性的影响2螺距误差对互换性的影响螺距误差分为两种，一种是局部单个的螺距误差(△P)另一种是螺距累积误差(△P∑)累计与旋合长度有关，是螺纹使用的主要影响因素，如图7-3所示上一页下一页返回7.1螺纹结合的公差配合3牙型半角误差对互换性的影响牙型半角误差等于实际牙型半角与理论牙型半角之差.它是螺纹牙侧相对于螺纹轴线的方向误差，它对螺纹的旋合性和连接强度均有影响.螺纹牙型半角误差分两种，一种是螺纹的左，右牙型半角不相等.车削螺纹时，若车刀未装正，会造成这种结果.另一种是螺纹的左，右牙型半角相等，但不等于30这是螺纹加工刀具的角度不等于60所致，如图7-4所示上一页下一页返回7.1螺纹结合的公差配合4保证普通螺纹互换性条件当普通螺纹没有螺距误差和牙型半角误差时，内，外螺纹旋合时起作用的中径便是螺纹的实际中径但当螺纹存在误差时，如外螺纹有牙型半角误差时，只能与一个中径较大的内螺纹旋合，其效果相当于外螺纹的中径增大，即相当于外螺纹在旋合中真正起作用的中径比实际中径增大了一个fa/2值；另外，当该外螺纹同时又存在螺距累积误差时，该外螺纹真正起作用的中径又比原来增大了一个fp值，即对于外螺纹而言，这个增大了的假想中径叫做外螺纹的作用中径d2m它等于外螺纹的实际中径与螺距误差及牙型半角误差的中径补偿值之和上一页下一页返回7.1螺纹结合的公差配合7.1.3普通螺纹的公差与配合1螺纹公差在普通螺纹中，对螺距和牙型半角不单独规定公差，而是用中径公差来综合地控制中径，螺距，半角等几何要素的误差这样，在普通螺纹中，为了满足互换性的要求，就只需规定大径，中径和小径公差.又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，因此也不规定公差.这样在螺纹公差标准中，就只规定了d，d2和D2，D1的公差.其各自的公差等级如表7-1所示，公差值如表7-2和表7-3所示上一页下一页返回7.1螺纹结合的公差配合2螺纹基本偏差内，外螺纹公差带的位置如图7-5所示螺纹的基本牙型是计算螺纹偏差的基准，内，外螺纹的公差带相对于基本牙型的位置与圆柱体的公差带位置一样，由基本偏差来确定对于外螺纹，基本偏差是上偏差(es)对于内螺纹，基本偏差是下偏差(EI)3螺纹的选用公差带与公差的组合用标准规定的各种基本偏差，顶径公差和中径公差可以组成很多种公差带.若不加以限制就会使螺纹公差带种类繁多，给生产带来困难.因此，标准规定了数量有限的螺纹常用公差带，如表7-4，表7-5所示上一页返回图7-1普通螺纹的基本牙型返回图7-2单一中径返回图7-3螺距误差返回图7-4半角误差对螺纹旋合性的影响返回表7-1螺纹的公差等级返回表7-2普通螺纹中径公差(1)下一页返回表7-2普通螺纹中径公差(2)上一页返回表7-3普通螺纹的基本偏差和顶径公差返回图7-5内，外螺纹的基本偏差(1)下一页返回图7-5内，外螺纹的基本偏差(2)上一页返回表7-4内螺纹选用公差带返回表7-5外螺纹选用公差带返回7.2键和花键结合的公差配合键连接和花键连接是一种可拆连接，广泛用于轴和轴上传动(如齿轮，带轮，链轮，联轴器等)之间的连接，以传递扭矩，也可用作轴上动件的导向，如变速箱中变速齿轮花键孔与花键轴的连接如图7-6所示.键又称单键，可分为平键，半圆键和楔形键等几种.其中平键应用最为广泛，平键的剖面尺寸如图7-7所示花键可分为矩形花键和渐开花键等.本章只讨论平键和矩形花键的互换性下一页返回7.2键和花键结合的公差配合7.2.1平键连接的公差与配合平键连接通过键的侧面分别与轴槽和轮毂槽的侧面相互接触来传递运动和扭矩.因此，键宽和键槽宽b是决定配合性质的主要互换性参数，是配合尺寸，应规定较小的公差；而键的高度h和长度L以及轴槽深度t和轮毂槽深度t1均为非配合尺寸，应给予较大的公差.键结合的性质表现为与键槽宽的配合，因为键由型钢制成，是标准件，所以键连接采用基轴制配合.在设计平键连接时，当轴径d确定后，根据d就可确定平键的规格参数，如表7-6和表7-7所示上一页下一页返回7.2键和花键结合的公差配合国家标准GB/T1059-1979<<平键，键和键槽的剖面尺寸>>对键宽规定了一种公差带H9，键宽与键槽宽b的公差带如图7-8所示.对轴和轮毂宽各规定了3种公差带，从而构成3种不同性质的配合.根据不同的使用要求，键与槽宽可以采用不同的配合，分为较松连接，一般连接和较紧连接3种连接，以满足各种用途的需要.各种配合的配合性质和适用场合如表7-8所示上一页下一页返回7.2键和花键结合的公差配合为了保证键和键槽的侧面具有足够的接触面积和避免装配困难，国家标准对键和键槽的形位公差作了以下规定(1)由于键槽的实际中心平面在径向产生偏移和轴向产生倾斜，造成了键槽的对称度误差，应分别规定轴槽和轮毂槽对轴线的对称度公差.对称度公差等级按国家标准GB/T1184-1996选取，一般取7~9级(2)当平键的键长L与键宽b之比大于或等于8时，应规定键宽b的两工作侧面在长度上的平行度要求.当b≤6mm时，公差等级取7级；当b≥8~36mm时，公差等级取6级，当b≥40mm时，公差等级取5级上一页下一页返回7.2键和花键结合的公差配合键和键槽配合面的表面粗糙度参数值Ra

一般1.6~6.3μm非配合面的Ra

值取12.5μm键槽尺寸和形位公差图样标注如图7-9所示，图7-9(a)为轴键槽，图7-9(b)为轮毂键槽上一页下一页返回7.2键和花键结合的公差配合7.2.2矩形花键的主要参数和定心方式花键连接是通过花键孔和花键轴作为连接件以传递扭矩和轴向移动的，与平键连接相比，具有定心精度高，导向性好等优点国家标准GB/T1144-2001<<矩形花键尺寸，公差和检验>>规定矩形花键的主要参数为大径D，小径d，键宽和键槽宽b，如图7-10所示为了便于加工和量测，键数规定为偶数，有6，8，10共3种.按承载能力不同，矩形花键可分为中，轻两个系列.中系列的键高尺寸较大，承载能力强；轻系列的键高尺寸较小，承载能力较低.矩形花键的尺寸系列如表7-9所示上一页下一页返回7.2键和花键结合的公差配合7.2.3矩形花键的公差与配合1.小径d定心国家标准规定采用小径d定心2.内，外花键的尺寸公差和配合选用矩形花键配合的精度，按其使用要求分为一般用和精密传动两种.精密级用于机床变速箱中，其定心精度要求高或传递扭矩较大；一般适用于汽车，拖拉机的变速箱中.内，外花键的尺寸公差带和装配形式如表7-10所示上一页下一页返回7.2键和花键结合的公差配合3.矩形花键的形位公差和表面粗糙度由于矩形花键连接表面复杂，键长与键宽比值较大，形位误差对花键连接的装配性能和传递扭矩与运动的性能影响很大，是影响连接质量的重要因素，因此必须对其加以控制国家标准对矩形花键的形位公差作了以下规定：(1)为了保证定心表面的配合性质，内，外花键小径(定心直径)的尺寸公差和形位公差的关系必须采用包容要求(2)在大批量生产时，采用花键综合量规来检验矩形花键，因此对键宽需要遵守最大实体要求.对键和键槽只需要规定位置度公差，位置度公差如表7-11所示，图样标注如图7-11所示上一页下一页返回7.2键和花键结合的公差配合(3)在单件，小批量生产时，对键(键槽)宽规定对称度公差和等分度公差，并遵守独立原则，两者同值，对称度公差如表7-12所示，图样标注如图7-12所示(4)对于较大的花键，国家标准未作规定，可根据产品性能自行规定键(键槽)侧对小径d轴线的平行度公差通常，键(键槽)侧对轴线的平行度误差包括在对称度公差之内，若花键长度较长，可单独规定键侧对小径轴线的平行度公差矩形花键各结合面的表面粗糙度推荐值如表7-13所示4矩形花键的标注方式矩形花键的标注代号按顺序表示为键数N，小径d，大径D，键(键槽)宽B，其各自的公差带代号或配合代号标注于各基本尺寸之后上一页返回图7-6平键连接返回图7-7平键的剖面尺寸返回表7-6平键和键槽剖面尺寸及键槽极限偏差(摘录)返回表7-7平键极限偏差(摘录)返回图7-8键宽与键槽宽T的公差带返回表7-8键与键槽的配合返回图7-9键槽尺寸标注和公差标注返回图7-10矩形花键的主要尺寸返回表7-9矩形花键的尺寸系列(摘自GB/T1144-2001)返回表7-10内，外花键的尺寸公差带和装配形式(摘自GB/T1144-2001)返回表7-11矩形花键位置度公差值t1(摘自GB/T1144-2001)返回图7-11矩形花键位置度公差标注示例返回表7-12矩形花键对称度公差值t2摘自GB/T1144-2001返回图7-12矩形花键对称度公差标注示例返回表7-13矩形花键表面粗糙度推荐值返回7.3圆锥的公差配合7.3.1圆锥的术语及定义圆锥分内圆锥(圆锥孔)和外圆锥(圆锥轴)两种，主要几何参数如图7-13所示1).圆锥角：在通过圆锥轴线的截面内，两条素线间的夹角用符号a表示2).圆锥直径：圆锥在垂直于其轴线的截面上的直径3).圆锥长度：最大圆锥直径截面与最小圆锥直径截面之间的轴向距离，用符号L表示，给定截面与基准端面之间的距离，用符号Lx表示.在零件图样上，对圆锥只要标注一个圆锥直径(D，d或dx)圆锥角和圆锥长度(L或Lx)或者标注最大与最小圆锥直径D，d和圆锥长度L，如图7-14所示，则该圆锥就被完全确定了4).锥度：两个垂直于圆锥轴线截面的圆锥直径之差与这两个截面的轴向距离之比，用符号C表示下一页返回7.3圆锥的公差配合锥度一般用比例或分数表示，例如C=1：5或C=1/5.GB157-1989<<锥度和角度系列>>规定了一般用途的锥度与圆锥角系列(如表7-14所示)和特殊用途的锥度与圆锥角系列(如表7-15所示)，它们只适用于光滑圆锥上一页下一页返回7.3圆锥的公差配合在零件图样上，锥度用特定的图形符号和比例(或分数)来标注，如图7-15所示.图形符号配置在平行于圆锥轴线的基准线上，并且其方向与圆锥方向一致，在基准线的上面标注锥度的数值，用指引线将基准线与圆锥素线相连上一页下一页返回7.3圆锥的公差配合7.3.2圆锥公差的术语及定义(1)基本圆锥：设计时给定的圆锥，它是一种理想圆锥.基本圆锥的确定方法，它可以由基本圆锥直径，基本圆锥角；或基本锥度’和基本圆锥长度；个基本要素确定(2)实际圆锥：实际存在而可通过量测得到的圆锥，如图7-16所示上一页下一页返回7.3圆锥的公差配合(3)极限圆锥和极限圆锥直径：与基本圆锥共轴且圆锥角相等，直径分别为最大极限尺寸和最小极限尺寸的两个圆锥称为极限圆锥，如图7-17所示(4)圆锥直径公差和圆锥直径公差带：圆锥直径允许的变动量称为圆锥直径公差，用符号TD表示如图7-17所示，圆锥直径公差在整个圆锥长度内都适用.两个极限圆锥所限定的区域称为圆锥直径公差带(5)给定截面圆锥直径公差和给定截面圆锥直径公差带在垂直于圆锥轴线的给定圆锥截面内，圆锥直径的允许变动量称为给定截面圆锥直径公差，用代号TDS表示，如图7-18所示，它仅适用于该给定截面上一页下一页返回7.3圆锥的公差配合(6)极限圆锥角，圆锥角公差和圆锥角公差带：允许的最大圆锥角和最小圆锥角称为极限圆锥角，它们分别用符号amax和amin表示，如图7-19所示上一页下一页返回7.3圆锥的公差配合7.3.3圆锥配合的术语及定义1圆锥配合基本圆锥相同的内，外圆锥直径之间，由于连接不同所形成的相互关系称为圆锥配合.圆锥配合分为下列4种，具有间隙的配合称为间隙配合，主要用于有相对运动的圆锥配合中2圆锥配合的形成圆锥配合的配合特征是通过规定相互结合的内，外锥的轴向相对位置形成的.按确定圆锥轴向位置的不同方法，圆锥配合的形成有以下两种方式(1)结构型圆锥配合：由内，外圆锥的结构或基面距(内，外圆锥基准平面之间的距离)确定它们之间最终的轴向相对位置，并因此获得指定配合性质的圆锥配合例如，如图7-20所示为由内，外圆锥的轴肩接触得到间隙配合的示例，如图7-21所示为由保证基面距得到过盈配合的示例上一页下一页返回7.3圆锥的公差配合(2)位移型圆锥配合：由内，外圆锥实际初始位置(Pa)开始，作一定的相对轴向位移(Ea)或施加一定的装配力产生轴向位移而获得的圆锥配合例如，如图7-22所示是在不受力的情况下，内，外圆锥相接触，由实际初始位置Pa开始，外圆锥向左作轴向位移Ea，到达终止位置Pf而获得的间隙配合.如图7-23所示为由实际初始位置Pa开始，对内圆锥施加一定的装配力，使内圆锥向右产生轴向位移Ea到达终止位置Pf而获得的过盈配合上一页下一页返回7.3圆锥的公差配合3.初始位置和极限初始位置在不施加力的情况下，相互结合的内，外圆锥表面接触时的轴向位置称为初始位置，见图7-244.极限轴向位移和轴向位移公差相互结合的内，外圆锥从实际初始位置移动到终止位置的距离所允许的界限称为极限轴向位移上一页下一页返回7.3圆锥的公差配合7.3.4圆锥公差1.圆锥公差项目圆锥是一个多参数零件，为满足其性能和互换性要求，国标对圆锥公差给出了4个项目(1)圆锥直径公差TP：以基本圆锥直径(一般取最大圆锥直径D)为基本尺寸，按GB1800.9规定的标准公差选取.其数值适用于圆锥长度范围内的所有圆锥直径(2)给定截面圆锥直径公差AT：以给定截面圆锥直径dx为基本尺寸，按GB1800.3规定的标准公差选取.它仅适用于给定截面的圆锥直径(3)圆锥角公差.AT：共分为7个公差等级，它们分别用AT1，AT2，….AT12表示，其中AT1精度最高，等级依次降低，AT12精度最低.GB1334-1989(圆锥公差)规定的圆锥角公差的数值如表7-16所示上一页下一页返回7.3圆锥的公差配合圆锥角的极限偏差可按单向取值，双向对称或不对称取值，如图7-25所示.为了保证内，外圆锥的接触均匀性，圆锥角公差带通常采用对称基本圆锥角分布(4)圆锥的形状公差TF：一般由圆锥直径公差带限制而不单独给出.若需要可给出素线直线度公差和(或)横截面圆度公差，或者标注圆锥的面轮廓度公差.显然，面轮廓度公差不仅控制素线直线度误差和截面圆度误差，而且控制圆锥角偏差上一页下一页返回7.3圆锥的公差配合2.圆锥的公差标注圆锥的公差标注，应根据圆锥的功能要求和工艺特点选择公差项目.在图样上标注相配内，外圆锥的尺寸和公差时，内，外圆锥必须具有相同的基本圆锥角(或基本锥度)，标注直径公差的圆锥直径必须具有相同的基本尺寸.圆锥公差通常可以采用面轮廓度法，如图7-26所示.有配合要求的结构型内，外圆锥