第7章 螺紋、鍵和花鍵及圓錐的公差配合

第7章螺紋、鍵和花鍵及圓錐的公差配合7.1螺紋結(jié)合的公差配合7.2鍵和花鍵結(jié)合的公差配合7.3圓錐的公差配合7.1螺紋結(jié)合的公差配合螺紋結(jié)合在機(jī)械制造和儀器制造中使用非常廣泛，按其用途可分為3類1緊固螺紋用于緊固和連接零件，如公制普通螺紋等2傳動螺紋用于傳遞動力或精確的位移，如絲杠等3緊密螺紋用于密封的螺紋結(jié)合，如連接管道用的螺紋下一頁返回7.1螺紋結(jié)合的公差配合7.1.1普通螺紋的基本牙型和主要幾何參數(shù)普通螺紋的基本牙型如圖7-1所示，它是在高為H的等邊三角形(即原始三角形)上截去其頂部(H/8)和底部(H/4)而形成的普通螺紋的主要幾何參數(shù)有以下內(nèi)容上一頁下一頁返回7.1螺紋結(jié)合的公差配合1.大徑(D或d)2.小徑(D2或d2)3.中徑(D3或d3)4單一中徑(D2s或d2s，如圖7-2所示5.螺距(P)和導(dǎo)程(L)6.牙型角(a)和牙型半角(a/2)7.螺紋旋合長度螺紋旋合長度是指兩個相互配合的螺紋沿螺紋軸線方向相互旋合部分的長度8.螺紋升角螺紋升角是指在中徑圓柱上!螺旋線的切線與垂直于螺紋軸線的平面的夾角上一頁下一頁返回7.1螺紋結(jié)合的公差配合7.1.2普通螺紋幾何參數(shù)對互換性的影響影響螺紋互換性的幾何參數(shù)有5個：大徑，中徑，小徑，螺距和牙型半角.其中主要因素是中徑誤差，螺距誤差和牙型半角誤差.1螺紋中徑誤差對互換性的影響2螺距誤差對互換性的影響螺距誤差分為兩種，一種是局部單個的螺距誤差(△P)另一種是螺距累積誤差(△P∑)累計與旋合長度有關(guān)，是螺紋使用的主要影響因素，如圖7-3所示上一頁下一頁返回7.1螺紋結(jié)合的公差配合3牙型半角誤差對互換性的影響牙型半角誤差等于實際牙型半角與理論牙型半角之差.它是螺紋牙側(cè)相對于螺紋軸線的方向誤差，它對螺紋的旋合性和連接強(qiáng)度均有影響.螺紋牙型半角誤差分兩種，一種是螺紋的左，右牙型半角不相等.車削螺紋時，若車刀未裝正，會造成這種結(jié)果.另一種是螺紋的左，右牙型半角相等，但不等于30這是螺紋加工刀具的角度不等于60所致，如圖7-4所示上一頁下一頁返回7.1螺紋結(jié)合的公差配合4保證普通螺紋互換性條件當(dāng)普通螺紋沒有螺距誤差和牙型半角誤差時，內(nèi)，外螺紋旋合時起作用的中徑便是螺紋的實際中徑但當(dāng)螺紋存在誤差時，如外螺紋有牙型半角誤差時，只能與一個中徑較大的內(nèi)螺紋旋合，其效果相當(dāng)于外螺紋的中徑增大，即相當(dāng)于外螺紋在旋合中真正起作用的中徑比實際中徑增大了一個fa/2值；另外，當(dāng)該外螺紋同時又存在螺距累積誤差時，該外螺紋真正起作用的中徑又比原來增大了一個fp值，即對于外螺紋而言，這個增大了的假想中徑叫做外螺紋的作用中徑d2m它等于外螺紋的實際中徑與螺距誤差及牙型半角誤差的中徑補償值之和上一頁下一頁返回7.1螺紋結(jié)合的公差配合7.1.3普通螺紋的公差與配合1螺紋公差在普通螺紋中，對螺距和牙型半角不單獨規(guī)定公差，而是用中徑公差來綜合地控制中徑，螺距，半角等幾何要素的誤差這樣，在普通螺紋中，為了滿足互換性的要求，就只需規(guī)定大徑，中徑和小徑公差.又由于外螺紋和內(nèi)螺紋的底徑(d1和D)是在加工時和中徑一起由刀具切出，其尺寸由刀具保證，因此也不規(guī)定公差.這樣在螺紋公差標(biāo)準(zhǔn)中，就只規(guī)定了d，d2和D2，D1的公差.其各自的公差等級如表7-1所示，公差值如表7-2和表7-3所示上一頁下一頁返回7.1螺紋結(jié)合的公差配合2螺紋基本偏差內(nèi)，外螺紋公差帶的位置如圖7-5所示螺紋的基本牙型是計算螺紋偏差的基準(zhǔn)，內(nèi)，外螺紋的公差帶相對于基本牙型的位置與圓柱體的公差帶位置一樣，由基本偏差來確定對于外螺紋，基本偏差是上偏差(es)對于內(nèi)螺紋，基本偏差是下偏差(EI)3螺紋的選用公差帶與公差的組合用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的各種基本偏差，頂徑公差和中徑公差可以組成很多種公差帶.若不加以限制就會使螺紋公差帶種類繁多，給生產(chǎn)帶來困難.因此，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了數(shù)量有限的螺紋常用公差帶，如表7-4，表7-5所示上一頁返回圖7-1普通螺紋的基本牙型返回圖7-2單一中徑返回圖7-3螺距誤差返回圖7-4半角誤差對螺紋旋合性的影響返回表7-1螺紋的公差等級返回表7-2普通螺紋中徑公差(1)下一頁返回表7-2普通螺紋中徑公差(2)上一頁返回表7-3普通螺紋的基本偏差和頂徑公差返回圖7-5內(nèi)，外螺紋的基本偏差(1)下一頁返回圖7-5內(nèi)，外螺紋的基本偏差(2)上一頁返回表7-4內(nèi)螺紋選用公差帶返回表7-5外螺紋選用公差帶返回7.2鍵和花鍵結(jié)合的公差配合鍵連接和花鍵連接是一種可拆連接，廣泛用于軸和軸上傳動(如齒輪，帶輪，鏈輪，聯(lián)軸器等)之間的連接，以傳遞扭矩，也可用作軸上動件的導(dǎo)向，如變速箱中變速齒輪花鍵孔與花鍵軸的連接如圖7-6所示.鍵又稱單鍵，可分為平鍵，半圓鍵和楔形鍵等幾種.其中平鍵應(yīng)用最為廣泛，平鍵的剖面尺寸如圖7-7所示花鍵可分為矩形花鍵和漸開花鍵等.本章只討論平鍵和矩形花鍵的互換性下一頁返回7.2鍵和花鍵結(jié)合的公差配合7.2.1平鍵連接的公差與配合平鍵連接通過鍵的側(cè)面分別與軸槽和輪轂槽的側(cè)面相互接觸來傳遞運動和扭矩.因此，鍵寬和鍵槽寬b是決定配合性質(zhì)的主要互換性參數(shù)，是配合尺寸，應(yīng)規(guī)定較小的公差；而鍵的高度h和長度L以及軸槽深度t和輪轂槽深度t1均為非配合尺寸，應(yīng)給予較大的公差.鍵結(jié)合的性質(zhì)表現(xiàn)為與鍵槽寬的配合，因為鍵由型鋼制成，是標(biāo)準(zhǔn)件，所以鍵連接采用基軸制配合.在設(shè)計平鍵連接時，當(dāng)軸徑d確定后，根據(jù)d就可確定平鍵的規(guī)格參數(shù)，如表7-6和表7-7所示上一頁下一頁返回7.2鍵和花鍵結(jié)合的公差配合國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1059-1979<<平鍵，鍵和鍵槽的剖面尺寸>>對鍵寬規(guī)定了一種公差帶H9，鍵寬與鍵槽寬b的公差帶如圖7-8所示.對軸和輪轂寬各規(guī)定了3種公差帶，從而構(gòu)成3種不同性質(zhì)的配合.根據(jù)不同的使用要求，鍵與槽寬可以采用不同的配合，分為較松連接，一般連接和較緊連接3種連接，以滿足各種用途的需要.各種配合的配合性質(zhì)和適用場合如表7-8所示上一頁下一頁返回7.2鍵和花鍵結(jié)合的公差配合為了保證鍵和鍵槽的側(cè)面具有足夠的接觸面積和避免裝配困難，國家標(biāo)準(zhǔn)對鍵和鍵槽的形位公差作了以下規(guī)定(1)由于鍵槽的實際中心平面在徑向產(chǎn)生偏移和軸向產(chǎn)生傾斜，造成了鍵槽的對稱度誤差，應(yīng)分別規(guī)定軸槽和輪轂槽對軸線的對稱度公差.對稱度公差等級按國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1184-1996選取，一般取7~9級(2)當(dāng)平鍵的鍵長L與鍵寬b之比大于或等于8時，應(yīng)規(guī)定鍵寬b的兩工作側(cè)面在長度上的平行度要求.當(dāng)b≤6mm時，公差等級取7級；當(dāng)b≥8~36mm時，公差等級取6級，當(dāng)b≥40mm時，公差等級取5級上一頁下一頁返回7.2鍵和花鍵結(jié)合的公差配合鍵和鍵槽配合面的表面粗糙度參數(shù)值Ra

一般1.6~6.3μm非配合面的Ra

值取12.5μm鍵槽尺寸和形位公差圖樣標(biāo)注如圖7-9所示，圖7-9(a)為軸鍵槽，圖7-9(b)為輪轂鍵槽上一頁下一頁返回7.2鍵和花鍵結(jié)合的公差配合7.2.2矩形花鍵的主要參數(shù)和定心方式花鍵連接是通過花鍵孔和花鍵軸作為連接件以傳遞扭矩和軸向移動的，與平鍵連接相比，具有定心精度高，導(dǎo)向性好等優(yōu)點國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T1144-2001<<矩形花鍵尺寸，公差和檢驗>>規(guī)定矩形花鍵的主要參數(shù)為大徑D，小徑d，鍵寬和鍵槽寬b，如圖7-10所示為了便于加工和量測，鍵數(shù)規(guī)定為偶數(shù)，有6，8，10共3種.按承載能力不同，矩形花鍵可分為中，輕兩個系列.中系列的鍵高尺寸較大，承載能力強(qiáng)；輕系列的鍵高尺寸較小，承載能力較低.矩形花鍵的尺寸系列如表7-9所示上一頁下一頁返回7.2鍵和花鍵結(jié)合的公差配合7.2.3矩形花鍵的公差與配合1.小徑d定心國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用小徑d定心2.內(nèi)，外花鍵的尺寸公差和配合選用矩形花鍵配合的精度，按其使用要求分為一般用和精密傳動兩種.精密級用于機(jī)床變速箱中，其定心精度要求高或傳遞扭矩較大；一般適用于汽車，拖拉機(jī)的變速箱中.內(nèi)，外花鍵的尺寸公差帶和裝配形式如表7-10所示上一頁下一頁返回7.2鍵和花鍵結(jié)合的公差配合3.矩形花鍵的形位公差和表面粗糙度由于矩形花鍵連接表面復(fù)雜，鍵長與鍵寬比值較大，形位誤差對花鍵連接的裝配性能和傳遞扭矩與運動的性能影響很大，是影響連接質(zhì)量的重要因素，因此必須對其加以控制國家標(biāo)準(zhǔn)對矩形花鍵的形位公差作了以下規(guī)定：(1)為了保證定心表面的配合性質(zhì)，內(nèi)，外花鍵小徑(定心直徑)的尺寸公差和形位公差的關(guān)系必須采用包容要求(2)在大批量生產(chǎn)時，采用花鍵綜合量規(guī)來檢驗矩形花鍵，因此對鍵寬需要遵守最大實體要求.對鍵和鍵槽只需要規(guī)定位置度公差，位置度公差如表7-11所示，圖樣標(biāo)注如圖7-11所示上一頁下一頁返回7.2鍵和花鍵結(jié)合的公差配合(3)在單件，小批量生產(chǎn)時，對鍵(鍵槽)寬規(guī)定對稱度公差和等分度公差，并遵守獨立原則，兩者同值，對稱度公差如表7-12所示，圖樣標(biāo)注如圖7-12所示(4)對于較大的花鍵，國家標(biāo)準(zhǔn)未作規(guī)定，可根據(jù)產(chǎn)品性能自行規(guī)定鍵(鍵槽)側(cè)對小徑d軸線的平行度公差通常，鍵(鍵槽)側(cè)對軸線的平行度誤差包括在對稱度公差之內(nèi)，若花鍵長度較長，可單獨規(guī)定鍵側(cè)對小徑軸線的平行度公差矩形花鍵各結(jié)合面的表面粗糙度推薦值如表7-13所示4矩形花鍵的標(biāo)注方式矩形花鍵的標(biāo)注代號按順序表示為鍵數(shù)N，小徑d，大徑D，鍵(鍵槽)寬B，其各自的公差帶代號或配合代號標(biāo)注于各基本尺寸之后上一頁返回圖7-6平鍵連接返回圖7-7平鍵的剖面尺寸返回表7-6平鍵和鍵槽剖面尺寸及鍵槽極限偏差(摘錄)返回表7-7平鍵極限偏差(摘錄)返回圖7-8鍵寬與鍵槽寬T的公差帶返回表7-8鍵與鍵槽的配合返回圖7-9鍵槽尺寸標(biāo)注和公差標(biāo)注返回圖7-10矩形花鍵的主要尺寸返回表7-9矩形花鍵的尺寸系列(摘自GB/T1144-2001)返回表7-10內(nèi)，外花鍵的尺寸公差帶和裝配形式(摘自GB/T1144-2001)返回表7-11矩形花鍵位置度公差值t1(摘自GB/T1144-2001)返回圖7-11矩形花鍵位置度公差標(biāo)注示例返回表7-12矩形花鍵對稱度公差值t2摘自GB/T1144-2001返回圖7-12矩形花鍵對稱度公差標(biāo)注示例返回表7-13矩形花鍵表面粗糙度推薦值返回7.3圓錐的公差配合7.3.1圓錐的術(shù)語及定義圓錐分內(nèi)圓錐(圓錐孔)和外圓錐(圓錐軸)兩種，主要幾何參數(shù)如圖7-13所示1).圓錐角：在通過圓錐軸線的截面內(nèi)，兩條素線間的夾角用符號a表示2).圓錐直徑：圓錐在垂直于其軸線的截面上的直徑3).圓錐長度：最大圓錐直徑截面與最小圓錐直徑截面之間的軸向距離，用符號L表示，給定截面與基準(zhǔn)端面之間的距離，用符號Lx表示.在零件圖樣上，對圓錐只要標(biāo)注一個圓錐直徑(D，d或dx)圓錐角和圓錐長度(L或Lx)或者標(biāo)注最大與最小圓錐直徑D，d和圓錐長度L，如圖7-14所示，則該圓錐就被完全確定了4).錐度：兩個垂直于圓錐軸線截面的圓錐直徑之差與這兩個截面的軸向距離之比，用符號C表示下一頁返回7.3圓錐的公差配合錐度一般用比例或分?jǐn)?shù)表示，例如C=1：5或C=1/5.GB157-1989<<錐度和角度系列>>規(guī)定了一般用途的錐度與圓錐角系列(如表7-14所示)和特殊用途的錐度與圓錐角系列(如表7-15所示)，它們只適用于光滑圓錐上一頁下一頁返回7.3圓錐的公差配合在零件圖樣上，錐度用特定的圖形符號和比例(或分?jǐn)?shù))來標(biāo)注，如圖7-15所示.圖形符號配置在平行于圓錐軸線的基準(zhǔn)線上，并且其方向與圓錐方向一致，在基準(zhǔn)線的上面標(biāo)注錐度的數(shù)值，用指引線將基準(zhǔn)線與圓錐素線相連上一頁下一頁返回7.3圓錐的公差配合7.3.2圓錐公差的術(shù)語及定義(1)基本圓錐：設(shè)計時給定的圓錐，它是一種理想圓錐.基本圓錐的確定方法，它可以由基本圓錐直徑，基本圓錐角；或基本錐度’和基本圓錐長度；個基本要素確定(2)實際圓錐：實際存在而可通過量測得到的圓錐，如圖7-16所示上一頁下一頁返回7.3圓錐的公差配合(3)極限圓錐和極限圓錐直徑：與基本圓錐共軸且圓錐角相等，直徑分別為最大極限尺寸和最小極限尺寸的兩個圓錐稱為極限圓錐，如圖7-17所示(4)圓錐直徑公差和圓錐直徑公差帶：圓錐直徑允許的變動量稱為圓錐直徑公差，用符號TD表示如圖7-17所示，圓錐直徑公差在整個圓錐長度內(nèi)都適用.兩個極限圓錐所限定的區(qū)域稱為圓錐直徑公差帶(5)給定截面圓錐直徑公差和給定截面圓錐直徑公差帶在垂直于圓錐軸線的給定圓錐截面內(nèi)，圓錐直徑的允許變動量稱為給定截面圓錐直徑公差，用代號TDS表示，如圖7-18所示，它僅適用于該給定截面上一頁下一頁返回7.3圓錐的公差配合(6)極限圓錐角，圓錐角公差和圓錐角公差帶：允許的最大圓錐角和最小圓錐角稱為極限圓錐角，它們分別用符號amax和amin表示，如圖7-19所示上一頁下一頁返回7.3圓錐的公差配合7.3.3圓錐配合的術(shù)語及定義1圓錐配合基本圓錐相同的內(nèi)，外圓錐直徑之間，由于連接不同所形成的相互關(guān)系稱為圓錐配合.圓錐配合分為下列4種，具有間隙的配合稱為間隙配合，主要用于有相對運動的圓錐配合中2圓錐配合的形成圓錐配合的配合特征是通過規(guī)定相互結(jié)合的內(nèi)，外錐的軸向相對位置形成的.按確定圓錐軸向位置的不同方法，圓錐配合的形成有以下兩種方式(1)結(jié)構(gòu)型圓錐配合：由內(nèi)，外圓錐的結(jié)構(gòu)或基面距(內(nèi)，外圓錐基準(zhǔn)平面之間的距離)確定它們之間最終的軸向相對位置，并因此獲得指定配合性質(zhì)的圓錐配合例如，如圖7-20所示為由內(nèi)，外圓錐的軸肩接觸得到間隙配合的示例，如圖7-21所示為由保證基面距得到過盈配合的示例上一頁下一頁返回7.3圓錐的公差配合(2)位移型圓錐配合：由內(nèi)，外圓錐實際初始位置(Pa)開始，作一定的相對軸向位移(Ea)或施加一定的裝配力產(chǎn)生軸向位移而獲得的圓錐配合例如，如圖7-22所示是在不受力的情況下，內(nèi)，外圓錐相接觸，由實際初始位置Pa開始，外圓錐向左作軸向位移Ea，到達(dá)終止位置Pf而獲得的間隙配合.如圖7-23所示為由實際初始位置Pa開始，對內(nèi)圓錐施加一定的裝配力，使內(nèi)圓錐向右產(chǎn)生軸向位移Ea到達(dá)終止位置Pf而獲得的過盈配合上一頁下一頁返回7.3圓錐的公差配合3.初始位置和極限初始位置在不施加力的情況下，相互結(jié)合的內(nèi)，外圓錐表面接觸時的軸向位置稱為初始位置，見圖7-244.極限軸向位移和軸向位移公差相互結(jié)合的內(nèi)，外圓錐從實際初始位置移動到終止位置的距離所允許的界限稱為極限軸向位移上一頁下一頁返回7.3圓錐的公差配合7.3.4圓錐公差1.圓錐公差項目圓錐是一個多參數(shù)零件，為滿足其性能和互換性要求，國標(biāo)對圓錐公差給出了4個項目(1)圓錐直徑公差TP：以基本圓錐直徑(一般取最大圓錐直徑D)為基本尺寸，按GB1800.9規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)公差選取.其數(shù)值適用于圓錐長度范圍內(nèi)的所有圓錐直徑(2)給定截面圓錐直徑公差A(yù)T：以給定截面圓錐直徑dx為基本尺寸，按GB1800.3規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)公差選取.它僅適用于給定截面的圓錐直徑(3)圓錐角公差.AT：共分為7個公差等級，它們分別用AT1，AT2，….AT12表示，其中AT1精度最高，等級依次降低，AT12精度最低.GB1334-1989(圓錐公差)規(guī)定的圓錐角公差的數(shù)值如表7-16所示上一頁下一頁返回7.3圓錐的公差配合圓錐角的極限偏差可按單向取值，雙向?qū)ΨQ或不對稱取值，如圖7-25所示.為了保證內(nèi)，外圓錐的接觸均勻性，圓錐角公差帶通常采用對稱基本圓錐角分布(4)圓錐的形狀公差TF：一般由圓錐直徑公差帶限制而不單獨給出.若需要可給出素線直線度公差和(或)橫截面圓度公差，或者標(biāo)注圓錐的面輪廓度公差.顯然，面輪廓度公差不僅控制素線直線度誤差和截面圓度誤差，而且控制圓錐角偏差上一頁下一頁返回7.3圓錐的公差配合2.圓錐的公差標(biāo)注圓錐的公差標(biāo)注，應(yīng)根據(jù)圓錐的功能要求和工藝特點選擇公差項目.在圖樣上標(biāo)注相配內(nèi)，外圓錐的尺寸和公差時，內(nèi)，外圓錐必須具有相同的基本圓錐角(或基本錐度)，標(biāo)注直徑公差的圓錐直徑必須具有相同的基本尺寸.圓錐公差通?？梢圆捎妹孑喞确ǎ鐖D7-26所示.有配合要求的結(jié)構(gòu)型內(nèi)，外圓錐