1、第八章 螺纹的互换性及检测,8. 1 概述 8. 2 普通螺纹各参数误差对互换性的影响 8. 3 普通螺纹的公差与配合标准 8. 4 梯形螺纹公差 8. 5 螺纹的检测,螺纹是各种机电设备仪器仪表中应用最广泛的标准件之一。它由相互结合的内、外螺纹组成,通过旋合后牙侧面的接触作用来实现其功能。螺纹的种类很多,本章仅从互换性的角度对普通螺纹的公差与配合标准进行介绍。对于梯形螺纹的公差标准只作简单介绍。一、螺纹的分类螺纹的种类很多,按其功能要求一般可以分为三类:(1)连接螺纹。又称紧固螺纹。其作用是将零件连接紧固成一体,如普通公制螺纹、英制螺纹,其牙型一般为三角形。此类螺纹的主要要求是具有良好的旋合
2、性和连接的可靠性。,8. 1 概述,下一页,(2)传动螺纹。其作用是实现旋转运动与直线运动的转换以及精确地传递运动。此类螺纹的主要要求是传递动力的可靠性和传递位移的准确性。其牙型有三角形、梯形、矩形和锯齿形。机床的传动丝杠和螺母多采用梯形螺纹。(3)紧密螺纹。紧密螺纹的作用是实现两个零件紧密连接而无泄漏的结合,如管螺纹。其牙型一般为三角形。此类螺纹的主要要求是结合应具有一定的过盈,以防止漏水、漏气或漏油。二、普通螺纹的基本几何参数 普通螺纹的基本牙型如图8-1所示。,下一页,上一页,8. 1 概述,1.大径D, d大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假想圆柱的直径。国家标准规定,普通螺纹大
3、径的基本尺寸为螺纹的公称直径。螺纹大径应按国家标准的直径系列选用,不得任意选择,具体数值见表8-1。2.小径D1、d1与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱的直径。3.中径D2、d2中径是一个假想圆柱的直径,该圆柱的母线所通过的牙型与沟槽的宽度相等(均为P/2)。,下一页,上一页,8. 1 概述,4.顶径顶径是指与螺纹牙顶相重合的假想圆柱的直径。对于外螺纹,顶径等于其大径;对于内螺纹,顶径等于其小径。5.底径IEE径是指与螺纹牙底相重合的假想圆柱的直径。对于外螺纹,底径等于其小径;对于内螺纹,底径等于其大径。6.单一中径D2s,d2s若假想圆柱的母线通过牙槽宽度等于基本螺距一半处,则此假想圆
4、柱的直径称为单一中径,如图8-2所示。当螺距无误差时,中径与单一中径相等;当螺距有误差时,则二者不相等。,下一页,上一页,8. 1 概述,7.螺距P相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。相互结合的内外螺纹的螺距是相同的。螺距有粗牙和细牙两种,按国标所规定的系列选用,见表8-1。8.牙型角a在螺纹牙型上,两相邻牙侧间的夹角,参见图8-1。普通螺纹的理论牙型角a =60。9.牙型半角a/2牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角。普通螺纹的理论牙型半角a/2 = 300。,下一页,上一页,8. 1 概述,10.原始三角形高度H由原始三角形顶点沿垂直于螺纹的轴线方向到其底边的距离,11.牙型高度h在螺纹牙型上
5、,牙顶到牙底在垂直于螺纹轴线方向上的距离h=5H/8。12.螺纹旋合长度L两旋合的螺纹沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度。螺纹的几何参数很多,其主要几何参数为三个直径(大径、中径、小径)、一个长度(旋合长度)、一个角度(牙型半角)。,返 回,上一页,8. 1 概述,影响螺纹互换性的几何参数有:大径、中径、小径、螺距和牙型半角等。一般螺纹的大径和小径处有间隙,不会影响螺纹的配合性质,而内、外螺纹连接是依靠旋合后的牙侧面接触的均匀性来实现的。因此影响螺纹互换性的主要因素是螺距误差、牙型半角误差和中径误差。一、螺距误差的影响螺距误差包括局部误差P和累计误差P两种。螺距局部误差P是指螺纹的全长上,任意单
6、个实际螺距相对公称螺距的最大差值。它与旋合长度无关。,下一页,8. 2 普通螺纹各参数误差对互换性的影响,而螺距累积误差P是指在旋合长度内,任意实际螺距对其公称值的最大差值,显然它受旋合长度影响,是影响互换性的主要因素。对于连接螺纹,螺距误差会使内外螺纹牙侧发生干涉而影响旋合性,并使载荷集中在少数几个牙侧面,影响连接的可靠性与承载能力。对于传动螺纹,螺距误差会影响运动精度及空行程的大小。图8-3所示为相互结合的普通螺纹,假设内螺纹具有理想牙型外螺纹中径、牙型半角均无误差,仅存在螺距误差。由图可知,这对螺纹因在牙侧发生干涉(图中阴影部分)而不能旋合。,下一页,上一页,8. 2 普通螺纹各参数误差
7、对互换性的影响,P虽然是螺纹牙侧在轴线方向上的位置误差,但是从影响旋合性来看,它和螺纹牙侧在径向的位置误差(外螺纹中径增大)的结果是相同的。为了使有螺距误差的外螺纹可旋人具有理想牙型的内螺纹,应把内螺纹的中径增大一个数值;同理,为了使有螺距误差的内螺纹可旋人具有理想牙型的外螺纹,应把外螺纹的中径减小一个数值。这个中径增大或减小的数值即为P的中径当量值fp。从abc中可以看出:(8-1) 对于普通螺纹牙型半角a/2 =30,故fp=1. 732|P|,上一页,下一页, 8. 2 普通螺纹各参数误差对互换性的影响,二、牙型半角误差的影响牙型半角误差是螺纹牙侧相对于螺纹轴线的方向误差,它等于实际牙型
8、半角与其理论牙型半角之差,它对螺纹的旋合性和连接强度均有影响。牙型半角误差对互换性的影响如图8-4所示。假定内螺纹具有基本牙型,外螺纹的中径及螺距与内螺纹相同,外螺纹的左右牙型半角存在误差a1/2和a2/2。当内、外螺纹旋合时,左右牙型将产生干涉(图8-4中的阴影部分),从而影响旋合性。外螺纹的a/2 0,则其牙顶部分的牙侧有干涉现象。若将外螺纹中径减小fa/2(或内螺纹中径增大fa/2),就可以避免涉。fa/2为牙型半角误差的中径补偿值。,上一页, 8. 2 普通螺纹各参数误差对互换性的影响,下一页,在图8-4(a),外螺纹的a/2 0,牙底牙侧处出现干涉现象。在图8-4 (c)中,当左右牙
9、型半角误差不相等时,两侧干涉区的干涉量也不相同,中径补偿值.fa/2取平均值。根据三角形的正弦定理可以导出。(8-2)式中, 、 为左、右半角误差,单位为();K1、K2为修正系数,其选值列于表8-2。单一中径误差直接影响螺纹的旋合性和连接强度,必须加以控制。而螺距误差与牙型半角误差的存在又都对单一中径发生影响。,下一页,上一页, 8. 2 普通螺纹各参数误差对互换性的影响,下一页,上一页,从前面的分析中可以看到,由于这两项误差的存在,对内螺纹相当于中径减小,对外螺纹相当于中径增大。在旋合长度内,包容实际外螺纹且具有最小牙型的理想内螺纹的中径称为外螺纹的作用中径d2m;在旋合长度内,包容实际内
10、螺纹且具有最小牙型的理想外螺纹的中径称为外螺纹的作用中径d2m。作用中径是内外螺纹旋合时实际起作用的中径d2m=d2a+(fa/2+fp) (8-3)D2m=D2a-(fa/2+fp) (8-4)显然,螺纹的作用中径是由单一中径、螺距误差、牙型半角误差的综合结果而形成的。, 8. 2 普通螺纹各参数误差对互换性的影响,下一页,上一页,因此,在国家螺纹公差标准中没有规定螺距公差和半角公差,而是用中径公差来综合控制,如图8-5所示。四、中径合格性判断原则 外螺纹的作用中径过大或内螺纹的作用中径过小,都会影响螺纹的旋合性。外螺纹的单一中径过小,或内螺纹的单一中径过大,也会影响到螺纹的连接强度。因此中
11、径合格与否是衡量螺纹互换性的主要指标,判断螺纹中径的合格性应遵循“极限尺寸判断原则”“泰勒原则”。为使内螺纹和外螺纹能顺利旋合,应满足下列条件:D2md2m, 8. 2 普通螺纹各参数误差对互换性的影响,下一页,上一页,同时,普通螺纹的公差标准中规定了内、外螺纹的中径极限尺寸,分别为D2max、D2min和d2max、d2min。为了保证螺纹的互换性,螺纹的合格条件是:内螺纹:作用中径不得小于中径的最小极限尺寸D2md2min;任意单一中径不得大于中径的最大极限尺寸D2aD2max。外螺纹:作用中径不得大于中径的最大极限尺寸d2mdmax;任意单一中径不得小于中径的最小极限尺寸内d2ad2mi
12、n。五、螺纹大小径的影响, 8. 2 普通螺纹各参数误差对互换性的影响,返 回,上一页,在螺纹制造时,为防止在大小径处出现干涉而影响螺纹的旋合性,常令内螺纹的大小径的实际尺寸分别大于外螺纹的大小径的实际尺寸。但若内螺纹的小径过大或外螺纹的大径过小,会减小螺纹的接触面积,从而影响螺纹连接的可靠性。因此,标准中对内螺纹的小径和外螺纹的大径(螺纹顶径)规定有公差(参见表8-5)。, 8. 2 普通螺纹各参数误差对互换性的影响,公称直径为1355 mm的普通螺纹的公差带由其相对于基本牙型的位置(基本偏差)和其大小(公差等级)所组成。公差值(公差带大小)的代号为T。一、螺纹的公差等级按内外螺纹的中径和顶
13、径公差值的大小,国家标准规定了螺纹的公差等级,参见表8-3。其中3级精度最高,9级精度最低,6级为基本等级。因为内螺纹加工较外螺纹加工困难,所以同级的内螺纹中径公差值比外螺纹中径公差值大30%左右,以满足“工艺等价”原则。各直径公差值见表8-4和表8-5。,下一页,上一页, 8. 3 普通螺纹的公差与配合标准,二、螺纹的基本偏差公差带的位置由基本偏差确定,国家标准规定内螺纹的下偏差EI和外螺纹的上偏差es为基本偏差。对于内螺纹,规定了G和H两种基本偏差,见图8-6(a)对外螺纹规定了e, f, g和h四种基本偏差,见图8-6(b)。其中H和h的基本偏差为零,G的基本偏差为正值,e, f,的基本
14、偏差为负值。基本偏差数值见表8-6。三、螺纹的旋合长度螺纹的配合精度不仅与制造精度有关,而且与旋合长度有关。螺纹的旋合长度分三种,分别是短旋合长度(S)、中等旋合长度和(N)和长旋合长度(L)。,下一页,上一页, 8. 3 普通螺纹的公差与配合标准,下一页,上一页,通常选用中等旋合长度(N)。其数值是根据普通粗牙螺纹的常用旋合长度范围为0. 5 d1. 5d而定的,具体数值见表8-7 。四、螺纹精度的选择螺纹精度的选择是根据螺纹的使用要求,对螺纹的公差等级和公差带的位置进行组合,得到各种不同的配合公差带。公差带的精度按其旋合长度分为三种不同的精度等级:粗糙、中等和精密。一般用途的螺纹选用中等精
15、度;要求配合性质变动比较小的螺纹选用精密等级;对要求不高或者制造比较困难的螺纹选用粗糙等级。, 8. 3 普通螺纹的公差与配合标准,下一页,上一页, 8. 3 普通螺纹的公差与配合标准,表8-8和表8-9中凡有两个公差等级及代号的前者表示中径公差带,后者表示顶径公差带,只有一个公差等级的,表示中径公差带和顶径公差带相同。五、螺纹的表面粗糙度 螺纹的表面粗糙度Ra数值可根据表8-10中的推荐值选用。对于强度要求较高的螺纹牙侧表面,Ra不应大于0. 4m六、螺纹的标注完整的螺纹标记由螺纹代号、公差带代号、旋合长度代号及旋向代号组成。各代号之间要用“”分开。,下一页,上一页,1.单个螺纹标记螺纹特征
16、代号用字母“M”表示;单线螺纹的尺寸代号为“公称直径x螺距”,公称直径和螺距的单位为毫米;右旋螺纹不必标注旋向,而左旋螺纹用“LH”标注;当螺纹的中径和顶径公差带相同时,合写一个;新标准中旋合长度不允许标注具体数值,当螺纹旋合长度为中等时,不标注长度代号(N),其他应标注“S”或“L“。对粗牙螺纹,可以省略标注其螺距项。如:, 8. 3 普通螺纹的公差与配合标准,上一页,下一页, 8. 3 普通螺纹的公差与配合标准,2.螺纹配合的标记标注内外螺纹配合时,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。如:M10-7H/7g6g七、例题例8-1加工一M20-6h的螺栓,加工后测得其单
17、一中径d2a = 18. 30 mm , P + 35m ,a/2=-40,问此螺纹是否合格?解:查表8-1得P=2.5 mm,基本中径d2 = 18. 376 mm查表8-6得h公差带上偏差es=0,则d2max=18. 376 mm ;,返 回, 8. 3 普通螺纹的公差与配合标准,查表8-4得中径公差Td2=0. 170 mm,则d2min=18. 205 mm ;计算螺距误差和牙型半角误差的中径当量值:fp=1. 732 x 35=60. 62(m)fa/2=0. 43 x 2. 5 x 40=43(m)螺栓的作用中径:d2m=18. 30+0. 06+0. 043=18. 803 m
18、m螺栓的单一中径:d2a=18. 30 mmd2min=18. 205 mm;d2a=18. 30 mmd2max,超出了公差范围,不合格。,一、概述在各种机械中,传动螺纹的牙型均采用梯形螺纹。因为梯形螺纹具有传动精度高、传动效率高及加工方便等优点。国家标准GB 5796.1-1986中规定了梯形螺纹的基本牙型及几何参数,参见图8-7和表8-11。梯形螺纹广泛采用的牙型角为a = 300,丝杠与螺母的中径基本尺寸是相同的,但大径和小径因在装配后要求保证具有间隙,所以大径与小径的基本尺寸是不同的,见表8-12。,下一页, 8. 4 梯形螺纹公差,二、梯形螺纹的公差1.公差等级及选用GB 5796
19、.4-1986规定,梯形螺纹按照用途和使用要求,各直径分别规定4, 7, 8, 9四个精度等级,见表8-13。表中没有规定内螺纹的大径D4的公差等级,因为在安装时须保证它与外螺纹牙顶间隙,加工时可根据D4=d+ac确定其尺寸。2.基本偏差国标GB 5796. 4-1986规定了外螺纹的上偏差es及内螺纹的下偏差EI为基本偏差。对于外螺纹的大径D4、中径D2和小径D1规定了一种公差带位置H,其基本偏差为零。,下一页,上一页, 8. 4 梯形螺纹公差,对外螺纹的中径d规定了三种基本偏差h, e和c,对大径d和小径d:只规定了一种公差带的位置h,其基本偏差为零,e和c的基本偏差为负值。表8-14至表
20、8-17分别列出了梯形螺纹的公差。三、旋合长度标准中按公称直径和螺距的大小将旋合长度分为N, L两组。N代表中等旋合长度,L代表长旋合长度。旋合长度数值见表8-18。四、梯形螺纹精度与公差带选用,下一页,上一页, 8. 4 梯形螺纹公差,(1)由于标准对内螺纹小径D1和外螺纹大径d只规定了一种公差带(4H, 4h );而外螺纹的小径d1的公差带位置永远为h,且公差等级与中径公差等级相同,所以梯形螺纹仅选择并标记中径公差带,代表梯形螺纹公差带。(2)国家标准对梯形螺纹规定了中等和粗糙两种精度,其选用原则是:一般用途选用中等精度;对精度要求不高时采用粗糙精度。一般情况下按表8-19规定选用中径公差
21、带。对于多线螺纹的顶径公差与底径公差与单线螺纹相同。多线螺纹的中径公差是在单线螺纹公差的基础上,按照线数不同分别乘以系数。不同线数的系数见表8 -20。, 8. 4 梯形螺纹公差,下一页,上一页,五、梯形螺纹的标记梯形螺纹的标记是由梯形螺纹代号、公差带代号及旋合长度代号组成。GB 5796.2-1986梯形螺纹直径与螺纹系列标准规定:梯形螺纹的公差代号只标注中径公差带(由表示公差等级的数字及公差带位置的字母组成)。当旋合长度为N组时,不标注旋合长度代号。当旋合长度为L组时,应将组别代号L写在公差带代号的后边,并用“”隔开。特殊需要时可用具体的旋合长度数字代替组别代号L。, 8. 4 梯形螺纹公
22、差,下一页,上一页,梯形螺纹副的公差带要分别注出内、外螺纹的公差带代号。前面是内螺纹公差带代号,后边是外螺纹的公差带代号,中间用斜线分开。标记示例如下。内螺纹:Tr40 x 6-7 H外螺纹:Tr40 x 6-7 e左旋外螺纹:Tr40 x 6 LH-7 e螺旋副:Tr40 x 6-7 H/7 e旋合长度为L组的多线螺纹:Tr40 x 12(P6)-8 e-L旋合长度为特殊需要的螺纹:Tr40 x 7-7e-160, 8. 4 梯形螺纹公差,返 回,上一页,螺纹几何参数的检测方法可分为两种:综合检验与单项测量。一、综合检验在批量生产中使用螺纹量规和光滑极限量规同时检测几个螺纹参数,以几个参数的
23、综合误差判断螺纹是否合格。即若量规的“通端”能通过或旋合被测螺纹,“止端”不能通过被测螺纹或不能旋合,则被测螺纹是合格的,否则为不合格。综合量规不能反应螺纹单项参数误差的具体参数值,但能判断螺纹的合格性,其检验效率高,适于检验大批量生产中的精度不太高的螺纹。图8-8为检验外螺纹的螺纹环规及光滑卜规,图8-9为检验内螺纹的螺纹塞规及光滑塞规。, 8. 5 螺纹的检测,下一页,图中内、外螺纹阴影部分为螺纹的公差带。螺纹量规的“通端”用以控制被测螺纹的作用中径不得超出最大实体牙型的极限尺寸(d2max或D2min,同时控制外螺纹小径的最大极限尺寸d1max或内螺纹大径的最小极限尺寸Dmin。因“通端
24、”是检验最大实体状态的边界,因此要求具有完整的牙型,且量规螺纹的长度要接近被测螺纹旋合长度(不小于旋合长度的80%)。螺纹量规的“止端”只控制被测螺纹的单一中径(实际中径)不得超过最小实体牙型的极限尺寸内d2min或D2max,为了消除螺距误差和牙型半角误差的影响,原则上要求量规牙侧仅在被测螺纹中径处接触,所以把“止端”的牙高截短成只保留中径附近一段的不完整, 8. 5 螺纹的检测,下一页,上一页,牙型,螺纹长度只有23. 5扣,且检验时允许有少部分牙能旋合。光滑卜规和光滑塞规只检验螺纹顶径的合格性,即分别控制被测螺纹顶径不超出极限尺寸(dmax、dmin或D1max、D1min),其结构与光
25、滑极限量规相似。二、单项测量单项测量是每次只测量螺纹的一项几何参数,用测得的实际值判断螺纹的合格性。单项测量主要用于高精度螺纹、螺纹类刀具及螺纹量规。生产中分析及调整螺纹加工工艺时,也需要采用单项测量。外螺纹的大径d和内螺纹的小径D1,可用各种通用量具、量仪进行测量。, 8. 5 螺纹的检测,下一页,上一页,用螺纹千分尺测量外螺纹中径是生产车间测量低精度螺纹的常用量具。它的构造与一般外径千分尺相似,只是在测量杆上安装了适用于各种不同牙型和不同螺距的、成对配套的测量头,如图8-10所示。在计量室里,常在大型或万能显微镜上采用影像法测量。也可以用测量刀进行轴切法测量,以及采用干涉法 测量。对于高精
26、度的外螺纹的单一中径(实际中径),常采用三针量法,如图8-11所示。根据被测螺纹的螺距P和牙型半角a/2,选择三根直径相同的小圆柱(直径d0),分别放在对称牙槽中,用接触式测量仪量出M值,再根, 8. 5 螺纹的检测,下一页,上一页,据几何关系换算出被测的单一中径d2s (8-5)对于公制普通螺纹a/2 = 30d2s=M-3d0+0.866P (8-6) 对于梯形螺纹a/2 = 15d2s=M-4.8637d0+1.866P (8-7)为了避免牙型半角误差对测量结果的影响,量针直径应按照螺距选择,使量针与牙侧的接触点落在中径线上,此时的量针直径称为量针最佳直径。, 8. 5 螺纹的检测,下一
27、页,上一页,d0最佳= (8-8)对于公制普通螺纹 d0最佳=0.57735P 对于梯形螺纹 d0最佳=0.51765P, 8. 5 螺纹的检测,返 回,上一页,图8-1 普通螺纹的基本牙型,返 回,图8-2 单一中径,返 回,图8-3 螺距误差,返 回,图8-4 牙型半角误差对旋合性的影响,返 回,(a)牙顶牙侧出现干涉现象;(b)牙底牙侧处出现干涉现象;(c)两侧干涉区的干涉量不相同,图8-5 螺纹中径合格性判断原则,返 回,图8-6 内、外螺纹的基本偏差,返 回,(a)内螺纹的基木偏差;(b)外螺纹的基木偏差,图8-7 梯形螺纹的基本尺寸,返 回,图8-8 外螺纹的综合检验,返 回,图8
28、-9 内螺纹的综合检验,返 回,图8-10 螺纹千分尺,返 回,图8-11 三针法测量外螺纹单一中径,返 回,表8-1 普通螺纹的基本牙型,下一页,表8-1 普通螺纹的基本牙型,返 回,上一页,表8-2 K1、K2值的取法,返 回,表8-3 螺纹公差等级,返 回,表8-4 普通螺纹中径公差,返 回,表8-5 普通螺纹顶径公差,返 回,表8-6 内外螺纹的基本偏差,返 回,表8-7 螺纹的旋合长度,表8-8 内螺纹推荐公差带,返 回,表8-9 外螺纹推荐公差带,返 回,表8-10 螺纹表面粗糙度Ra,返 回,表8-11 梯形螺纹的几何参数,返 回,表8-12 梯形螺纹基本尺对,返 回,表8-13 梯形螺纹选用的公差等级,返 回,表8-14梯形螺纹的内螺纹中径公差TD2,下一页,表8-15梯形螺纹的外螺纹中径公差TD2,下一页,上一页,表8-16梯形螺纹的外螺纹小径公差TD3,下一页,上一页,表8-17 梯形螺纹顶径公差,返 回,上一页,表8-18 梯形螺纹旋合长度,返 回,表8-19 内外螺纹选用公差带,返 回,表8-20多线梯形螺纹线数与系数关系表,返 回,