互换性与测量技术-第六章圆柱螺纹公差与检测

第六章

圆柱螺纹(luówén)公差与检测

螺纹结合的精度(jīnɡdù)设计

一．螺纹(luówén)的种类和使用要求

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

第一页，共38页。第六章圆柱螺纹(luówén)公差与检测螺纹结合的精度?１．普通(pǔtōng)螺纹：

通常(tōngcháng)也称紧固螺纹，主要用于联接和紧固(jǐnɡù)各种机械零件。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。

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第二页，共38页。?１．普通(pǔtōng)螺纹：通常(tōngcháng?２．传动(chuándòng)螺纹：

这类螺纹通常用于传递(chuándì)运动或动力。螺纹联接(liánjiē)的使用要求是传递动力的可靠性或传递位移的准确性。

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第三页，共38页。?２．传动(chuándòng)螺纹：这类螺纹通常用于传?３．紧密(jǐnmì)螺纹：

这类螺纹用于密封(mìfēng)联接。螺纹的使用要求是结合(jiéhé)紧密，不漏水、不漏气和不漏油。

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第四页，共38页。?３．紧密(jǐnmì)螺纹：这类螺纹用于密封(mìfē二．普通螺纹的主要(zhǔyào)几何参数

?螺纹的几何(jǐhé)参数取决于螺纹轴向剖面内的基本(jīběn)牙型。其基本(jīběn)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。该牙型是具有螺纹的基本尺寸。

第五页，共38页。二．普通螺纹的主要(zhǔyào)几何参数?螺纹的几何(

普通螺纹(luówén)基本牙型：

第六页，共38页。普通螺纹(luówén)基本牙型：第六页，共38页。?1．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(yuánzhù)或圆锥的直径。相结合的内、外螺纹的大径基本尺寸(chǐcun)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(pǔtōng)螺纹大径的基本尺寸为螺纹公称直径尺寸。

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第七页，共38页。?1．大径(D，d)：大径是指与内螺纹牙底或外螺纹牙顶相２．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(yuánzhù)或圆锥的直径。相结合的内、外螺纹的小径基本(jīběn)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。

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第八页，共38页。２．小径(D1，d1)：?小径是指与内螺纹牙顶或外螺纹牙３．中径(D２，d２)：

?中径是指一个(yīɡè)假想圆柱或圆锥的直径，该圆柱或圆锥(yuánzhuī)的母线通过螺纹牙型上沟槽和凸起宽度(kuāndù)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。

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第九页，共38页。３．中径(D２，d２)：?中径是指一个(yīɡè)假想?4．螺距(luójù)(P)：

螺距(luójù)是指相邻(xiānɡlín)两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。

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第十页，共38页。?4．螺距(luójù)(P)：螺距(luójù)是指相?5．单一(dānyī)中径(D2s，d2s)：

单一中径是指一个假想圆柱(yuánzhù)的直径，该圆柱的母线通过(tōngguò)牙型上沟槽宽度等于螺距基本尺寸一半地方的直径。用以表示螺纹中径的实际尺寸。

第十一页，共38页。?5．单一(dānyī)中径(D2s，d2s)：单一中径?６．牙型半角（α/2）：

牙型半角是指在螺纹(luówén)牙型上牙侧与螺纹(luówén)轴线的垂直线间的夹角。普通(pǔtōng)螺纹的牙型半角为30°。

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第十二页，共38页。?６．牙型半角（α/2）：牙型半角是指在螺纹(luówé?７．螺纹(luówén)旋合长度：

螺纹旋合长度(chángdù)是指内外螺纹旋合时螺旋面接触(jiēchù)部分的轴向长度。普通螺纹的公称直径系列及各参数的基本尺寸如教材P176示。

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第十三页，共38页。?７．螺纹(luówén)旋合长度：螺纹旋合长度(chá三．螺纹几何参数偏差(piānchā)对互换性的影响：

?螺纹联接(liánjiē)要实现其互换性,必须(bìxū)保证良好的旋合性和一定的联接强度。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。

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第十四页，共38页。三．螺纹几何参数偏差(piānchā)对互换性的影响：?螺三．螺纹几何参数(cānshù)偏差对互换性的影响：

?内、外螺纹加工(jiāgōng)后,外螺纹的大径和小径要分别(fēnbié)小于内螺纹的大径和小径，才能保证旋合性。

第十五页，共38页。三．螺纹几何参数(cānshù)偏差对互换性的影响：?内、三．螺纹几何参数(cānshù)偏差对互换性的影响：

?由于螺纹(luówén)旋合后主要是依靠螺牙侧面工作，如果(rúguǒ)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。

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第十六页，共38页。三．螺纹几何参数(cānshù)偏差对互换性的影响：?由于?1．中径偏差(piānchā)的影响：

中径偏差是指中径的实际(shíjì)尺寸(以单一(dānyī)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。参见教材P172表10-5?

第十七页，共38页。?1．中径偏差(piānchā)的影响：中径偏差是指中径2．螺距偏差(piānchā)的影响（1）：

?螺距(luójù)偏差可分为单个螺距(luójù)偏差和螺距(luójù)累积偏差两种。

?单个螺距(luójù)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。

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第十八页，共38页。2．螺距偏差(piānchā)的影响（1）：?螺距(lu2．螺距偏差(piānchā)的影响（2）：

?如图所示，假设(jiǎshè)内螺纹具有基本牙型，仅与存在螺距偏差(piānchā)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)。

第十九页，共38页。2．螺距偏差(piānchā)的影响（2）：?如图所示，螺距累积(lěijī)偏差对旋合性的影响示例（1）：

L实际(shíjì)=nP1

内螺纹

L理论(lǐlùn)=nP

ΔPΣ

Fp/2

外螺纹

第二十页，共38页。螺距累积(lěijī)偏差对旋合性的影响示例（1）：L实际螺距累积偏差对旋合性的影响(yǐngxiǎng)示例（2）：

第二十一页，共38页。螺距累积偏差对旋合性的影响(yǐngxiǎng)示例（2）：2．螺距偏差(piānchā)的影响（3）：

?同理，假设外螺纹具有基本(jīběn)牙型，与仅存在螺距(luójù)偏差的内螺纹与其结合。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：

?

f?1.732?PP?第二十二页，共38页。2．螺距偏差(piānchā)的影响（3）：?同理，假设3．牙型半角偏差(piānchā)的影响（1）：

?牙型半角偏差(piānchā)是指牙型半角的实际值对公称(gōngchēng)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。牙型半角偏差对旋合性的影响如图所示。

第二十三页，共38页。3．牙型半角偏差(piānchā)的影响（1）：?牙型半牙型半角偏差(piānchā)对旋合性影响示例：

第二十四页，共38页。牙型半角偏差(piānchā)对旋合性影响示例：第二十四3．牙型半角偏差(piānchā)的影响（1）：

?外螺纹：外螺纹存在(cúnzài)牙型半角偏差时，必须将外螺纹(luówén)牙型沿垂直螺纹(luówén)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，该值称为牙型半角偏差的中径当量。

牙型半角偏差的计算公式如教材P169示。

第二十五页，共38页。3．牙型半角偏差(piānchā)的影响（1）：?外螺纹4．普通螺纹实现(shíxiàn)互换性的条件

第二十六页，共38页。4．普通螺纹实现(shíxiàn)互换性的条件第二十六页作用(zuòyòng)中径：

?作用(zuòyòng)中径：在旋合时，在旋合长度(chángdù)内实际起作用的中径。

?作用中径的度量：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）螺纹的中径称为外（内）螺纹作用中径d2m（D2m），它可以表达为：

?

?

–外螺纹：

d2m?d2s??fp?f?/2?–内螺纹：

D2m?D2s??fp?f?/2?第二十七页，共38页。作用(zuòyòng)中径：?作用(zuòyòng)中径?中径、螺距(luójù)和牙型半角。由于螺距(luójù)偏差和牙型半角偏差(piānchā)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型半角公差，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。

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中径公差：

对于普通螺纹，影响其互换性的主要参数是

第二十八页，共38页。?中径、螺距(luójù)和牙型半角。由于螺距(luójù)螺纹中径合格(hégé)性判断原则：

?由于作用中径的存在(cúnzài)以及螺纹中径公差的综合性，因此中径合格与否是衡量(héngliáng)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。用表达式即为：

C外螺纹：

d

2m?d2MMS?d2maxC内螺纹：D

2m?D2MMS?D2mind2s?d2LMS?d2minD2s?D2LMS?D2max第二十九页，共38页。螺纹中径合格(hégé)性判断原则：?由于作用中径的存在D2，d2

fp

Fα/2

D2m

D2s

D2max

TD2

内螺纹

D2min

d2max

外螺纹

螺纹中径合格(hégé)性判断示例：

d2min

Td2

fp

Fα/2

d2s

d2m

第三十页，共38页。D2，d2fpFα/2D2mD2sD2m

四、普通螺纹(luówén)的精度设计

第三十一页，共38页。四、普通螺纹(luówén)的精度设计第三十一页，共381、螺纹(luówén)公差带:

?公差(gōngchā)带的大小和公差(gōngchā)等级：公差(gōngchā)带的大小由公差值确定，表示螺纹中径尺寸的允许变动量。内外螺纹中径的公差等级见教材P172表10-5。其中6级为基本级。

?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。对内螺纹规定代号为H和G的两种基本偏差；对外螺纹规定代号为e、f、g、h四种基本偏差。基本偏差值见教材P174表10-7。

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第三十二页，共38页。1、螺纹(luówén)公差带:?公差(gōngchā)螺纹中径和顶径的基本(jīběn)偏差：

第三十三页，共38页。螺纹中径和顶径的基本(jīběn)偏差：第三十三页，共382、螺纹公差(gōngchā)等级与旋合长度(1)：

?螺纹(luówén)结合的精度不仅与螺纹(luówén)公差带大小

有关，还与螺纹(luówén)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。

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第三十四页，共38页。2、螺纹公差(gōngchā)等级与旋合长度(1)：?螺纹2、螺纹公差等级(děngjí)与旋合长度(2)：

?国标中规定了不同直径(zhíjìng)和螺距所对应的

旋合长度(chángdù)，分为短（S）、中（N）、长（L）三种旋合长度。见教材P175表10-9?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。见教材P174表10-8。

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第三十五页，共38页。2、螺纹公差等级(děngjí)与旋合长度(2)：?国标中?3、螺纹精度(jīnɡdù)设计(1)：

结合精度(jīnɡdù)的确定：

–精密(jīngmì)级——用于精密联结螺纹。

–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。