圆柱螺纹公差与检测课件

圓柱螺紋公差與檢測螺紋結合的精度設計

一．螺紋的種類和使用要求

在機械製造中，螺紋聯接和傳動的應用有很多，佔有很重要的地位。根據其用途可分為三類:普通螺紋、傳動螺紋和緊密螺紋１．普通螺紋：

通常也稱緊固螺紋，主要用於聯接和緊固各種機械零件。這類螺紋聯接的使用要求是可旋合性(便於裝配和拆換)和聯接的可靠性。

２．傳動螺紋：

這類螺紋通常用於傳遞運動或動力。螺紋聯接的使用要求是傳遞動力的可靠性或傳遞位移的準確性。

３．緊密螺紋：

這類螺紋用於密封聯接。螺紋的使用要求是結合緊密，不漏水、不漏氣和不漏油。

二．普通螺紋的主要幾何參數

螺紋的幾何參數取決於螺紋軸向剖面內的基本牙型。其基本牙型是將原始三角形(等邊三角形)的頂部截去H/8和底部截去H/4所形成的內、外螺紋共有的理論牙型。該牙型是具有螺紋的基本尺寸。

普通螺紋基本牙型：1．大徑(D，d)：

大徑是指與內螺紋牙底或外螺紋牙頂相切的假想圓柱或圓錐的直徑。相結合的內、外螺紋的大徑基本尺寸相等，即D=d。內螺紋的大徑D又稱"底徑",外螺紋的大徑d又稱"頂徑"。普通螺紋大徑的基本尺寸為螺紋公稱直徑尺寸。

２．小徑(D1，d1)：

小徑是指與內螺紋牙頂或外螺紋牙底相切的假想圓柱或圓錐的直徑。相結合的內、外螺紋的小徑基本尺寸相等,即D１=d1。內螺紋的小徑D1又稱"頂徑",外螺紋的小徑d1又稱"底徑"。

３．中徑(D２，d２)：

中徑是指一個假想圓柱或圓錐的直徑，該圓柱或圓錐的母線通過螺紋牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方，此假想圓柱稱為中徑圓柱。中徑圓柱的母線稱為中徑線，其軸線即為螺紋軸線,相結合的內、外螺紋中徑的基本尺寸相等，即D２=d２。

4．螺距(P)：

螺距是指相鄰兩牙在中徑線上對應兩點間的軸向距離。

5．單一中徑(D2s，d2s)：

單一中徑是指一個假想圓柱的直徑，該圓柱的母線通過牙型上溝槽寬度等於螺距基本尺寸一半地方的直徑。用以表示螺紋中徑的實際尺寸。６．牙型半角（α/2）：

牙型半角是指在螺紋牙型上牙側與螺紋軸線的垂直線間的夾角。普通螺紋的牙型半角為30°。

７．螺紋旋合長度：

螺紋旋合長度是指內外螺紋旋合時螺旋面接觸部分的軸向長度。普通螺紋的公稱直徑系列及各參數的基本尺寸如教材P176示。

三．螺紋幾何參數偏差對互換性的影響：

螺紋聯接要實現其互換性,必須保證良好的旋合性和一定的聯接強度。影響螺紋互換性的主要幾何參數有五個:大徑、小徑、中徑、螺距和牙型半角。這幾個參數在加工過程中不通可避免地會產生一定的加工誤差,不僅會影響螺紋的旋合性、接觸高度、配合鬆緊、還會影響聯接的可靠性,從而影響螺紋的互換性。

三．螺紋幾何參數偏差對互換性的影響：

內、外螺紋加工後,外螺紋的大徑和小徑要分別小於內螺紋的大徑和小徑，才能保證旋合性。三．螺紋幾何參數偏差對互換性的影響：

由於螺紋旋合後主要是依靠螺牙側面工作，如果內、外螺紋的牙側接觸不均勻，就會造成負荷分佈不均，勢必降低螺紋的配合均勻性和聯接強度。因此對螺紋互換性影響較大的參數是中徑、螺距和牙型半角。

1．中徑偏差的影響：

中徑偏差是指中徑的實際尺寸(以單一中徑體現)與基本尺寸之代數差。就外螺紋而言，中徑若比內螺紋大，必然影響旋合性；若過小，則會使牙側間的間隙增大，聯接強度降低。要控制螺紋的中徑偏差。國標中規定了普通螺紋的中徑公差。參見教材P172表10-5

2．螺距偏差的影響（1）：

螺距偏差可分為單個螺距偏差和螺距累積偏差兩種。單個螺距偏差：是指單個螺距的實際值與其基本值之代數差，它與旋合長度無關。螺距累積偏差：是指在規定的螺紋長度內，任意兩同名牙側與中徑線交點間的實際軸向距離與其基本值的最大差值，它與旋合長度有關。螺距累積偏差對互換性的影響更為明顯。

2．螺距偏差的影響（2）：

如圖所示，假設內螺紋具有基本牙型，僅與存在螺距偏差的外螺紋結合。外螺紋N個螺距的累積誤差為ΔPΣ(μm)。內、外螺紋牙側產生干涉而不能旋合。為防止干涉，為使具有ΔPΣ的外螺紋旋入理想的內螺紋,就必須使外螺紋的中徑減小一個數值fp(μm)。L理論=nPL實際=nP1

ΔPΣ

Fp/2螺距累積偏差對旋合性的影響示例（1）：內螺紋外螺紋螺距累積偏差對旋合性的影響示例（2）：2．螺距偏差的影響（3）：

同理，假設外螺紋具有基本牙型，與僅存在螺距偏差的內螺紋與其結合。設在N個螺牙的旋合長度內，內螺紋存在ΔPΣ。為保證旋合性，就必須將內螺紋中徑增大一個數值fp。fp就是為補償螺距累積誤差而折算到中徑上的數值，稱為螺距誤差的中徑當量。兩種情況下的當量計算公式為：

3．牙型半角偏差的影響（1）：

牙型半角偏差是指牙型半角的實際值對公稱值的代數差，是螺紋牙側相對於螺紋軸線的位置誤差。對螺紋的旋合性和聯接強度均有影響。牙型半角偏差對旋合性的影響如圖所示。牙型半角偏差對旋合性影響示例：

3．牙型半角偏差的影響（1）：

外螺紋：外螺紋存在牙型半角偏差時，必須將外螺紋牙型沿垂直螺紋軸線的方向下移，從而使外螺紋的中徑減小一個數值fα/2。內螺紋：內螺紋存在牙型半角偏差時，必須將內螺紋中徑增大一個數值fα/2，該值稱為牙型半角偏差的中徑當量。

牙型半角偏差的計算公式如教材P169示。4．普通螺紋實現互換性的條件

作用中徑：

作用中徑：在旋合時，在旋合長度內實際起作用的中徑。作用中徑的度量：在規定的旋合長度內，恰好包容實際外（內）螺紋的一個理想內（外）螺紋的中徑稱為外（內）螺紋作用中徑d2m（D2m），它可以表達為：外螺紋：內螺紋：

中徑公差：

對於普通螺紋，影響其互換性的主要參數是中徑、螺距和牙型半角。由於螺距偏差和牙型半角偏差對螺紋互換性的影響均可以折算成中徑當量，並與中徑尺寸偏差形成作用中徑。考慮到作用中徑的存在，可以不單獨規定螺距公差和牙型半角公差，而僅規定一項中徑公差，用以控制中徑本身的尺寸偏差、螺距偏差和牙型半角偏差的綜合影響。

螺紋中徑合格性判斷原則：

由於作用中徑的存在以及螺紋中徑公差的綜合性，因此中徑合格與否是衡量螺紋互換性的主要依據。判斷中徑的合格性應遵循泰勒原則:實際螺紋的作用中徑不允許超出最大實體牙型的中徑，任何部位的單一中徑不允許超出最小實體牙型的中徑。用運算式即為：外螺紋：內螺紋：d2min

Td2

d2max

d2m

d2s

fp

Fα/2

TD2

D2s

D2m

fp

Fα/2

D2，d2

D2max

D2min

內螺紋外螺紋螺紋中徑合格性判斷示例：四、普通螺紋的精度設計

1、螺紋公差帶

:公差帶的大小和公差等級：公差帶的大小由公差值確定，表示螺紋中徑尺寸的允許變動量。內外螺紋中徑的公差等級見教材P172表10-5。其中6級為基本級。公差帶的位置和基本偏差

:公差帶的位置是指公差帶相對與基本牙型的距離，該距離由基本偏差決定。規定內螺紋的下偏差（EI）和外螺紋的上偏差（es）為基本偏差。對內螺紋規定代號為H和G的兩種基本偏差；對外螺紋規定代號為e、f、g、h四種基本偏差。基本偏差值見教材P174表10-7。

螺紋中徑和頂徑的基本偏差：2、螺紋公差等級與旋合長度(1)：

螺紋結合的精度不僅與螺紋公差帶大小有關，還與螺紋的旋合長度有關。旋合長度愈長，螺距的累積誤差愈大，較難旋合，且加工長螺紋比短螺紋難以保證精度。因此對不同的旋合長度規定不同大小的公差帶，旋合長度是螺紋精度設計中必須考慮的因素。

2、螺紋公差等級與旋合長度(2)：

國標中規定了不同直徑和螺距所對應的旋合長度，分為短（S）、中（N）、長（L）三種旋合長度。見教材P175表10-9國標按螺紋公差等級和旋合長度規定了三種類型的公差帶，分別是精密級、中等級和粗糙級，代表著不同的加工難度。見教材P174表10-8。

3、螺紋精度設計(1)：

結合精度的確定：精密級——用於精密聯結螺紋。中等級——用於一般用途聯結。粗糙級——用於要求不高及製造困難的螺紋。旋合長度的確定：一般多用N組。根據公稱直徑和螺距選擇。見教材P175表10-9公差帶的確定：是螺紋公差等級和基本偏差的組合。表示方法是公差等級後加上基本偏差代號。如外螺紋：6f；內螺紋：6H。與普通尺寸標注有差別。具體選用見教材P174表10-8。

3、螺紋精度設計(1)：

配合的選用：理論上，表中的內外螺紋可以構成各種配合，但從保證足夠的接觸高度出發，最好選用H/g、H/h、G/h的配合。表面粗糙度：國標有普通螺紋的表面粗糙度推薦值。一般情況下，選用中等精度、中等旋合長度的公差帶