螺紋結(jié)合的精度設(shè)計(jì)

第二節(jié)普通螺紋聯(lián)接的公差與檢測1．螺紋的種類和使用要求

在機(jī)械制造中，螺紋聯(lián)接和傳動(dòng)的應(yīng)用有很多，占有很重要的地位。根據(jù)其用途可分為三類:緊固螺紋、傳動(dòng)螺紋和管螺紋

螺紋應(yīng)用(１)緊固螺紋緊固螺紋主要用于聯(lián)接和緊固各種機(jī)械零件。這類螺紋聯(lián)接的使用要求是可旋合性(便于裝配和拆換)和聯(lián)接強(qiáng)度高。聯(lián)接和緊固螺紋螺紋車削螺紋加工(２)傳動(dòng)螺紋

這類螺紋通常用于傳遞運(yùn)動(dòng)或動(dòng)力。螺紋聯(lián)接的使用要求是傳遞動(dòng)力的可靠性或傳遞位移的準(zhǔn)確性。(３)管螺紋

這類螺紋用于密封聯(lián)接。螺紋的使用要求是結(jié)合緊密，不漏水、不漏氣和不漏油。2．普通螺紋的基本牙型及幾何參數(shù)螺紋的幾何參數(shù)取決于螺紋軸向剖面內(nèi)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(nèi)、外螺紋共有的理論牙型。該牙型是具有螺紋的基本尺寸。螺紋要素的形成普通螺紋基本牙型返回1)大徑(D，d)大徑是指與內(nèi)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(jié)合的內(nèi)、外螺紋的大徑基本尺寸相等，即D=d

。內(nèi)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。

２)小徑(D1，d1)

小徑是指與內(nèi)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(jié)合的內(nèi)、外螺紋的小徑基本尺寸相等,即D１=d1。內(nèi)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(gè)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(jié)合的內(nèi)、外螺紋中徑的基本尺寸相等，即D２=d２。4)螺距(P)和導(dǎo)程(Ph)螺距是指相鄰兩牙在中徑線上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。5）單一中徑(D2s，d2s)單一中徑是指一個(gè)假想圓柱的直徑，該圓柱的素線通過牙型上溝槽寬度等于螺距基本尺寸一半的地方。用以表示螺紋中徑的實(shí)際尺寸。６）牙側(cè)角和牙型角牙側(cè)角是指在螺紋牙型上牙側(cè)與螺紋軸線的垂直線間的夾角。普通螺紋的牙側(cè)角為30°。

７）螺紋接觸高度螺紋接觸高度是指相互結(jié)合的內(nèi)外螺紋，在牙型上相互重合的部分在垂直于螺紋軸線方向上的距離

。

8）螺紋旋合長度螺紋旋合長度是指內(nèi)外螺紋旋合時(shí)螺旋面接觸部分的軸向長度。二．螺紋幾何參數(shù)誤差對(duì)螺紋互換性的影響螺紋聯(lián)接要實(shí)現(xiàn)其互換性，必須保證良好的旋合性和一定的聯(lián)接強(qiáng)度。影響螺紋互換性的主要幾何參數(shù)有五個(gè):大徑、小徑、中徑、螺距和牙側(cè)角。這幾個(gè)參數(shù)在加工過程中不通可避免地會(huì)產(chǎn)生一定的加工誤差，不僅會(huì)影響螺紋的旋合性、接觸高度、配合松緊、還會(huì)影響聯(lián)接的可靠性，從而影響螺紋的互換性。內(nèi)、外螺紋加工后，外螺紋的大徑和小徑要分別小于內(nèi)螺紋的大徑和小徑，才能保證旋合性。

由于螺紋旋合后主要是依靠螺牙側(cè)面工作，如果內(nèi)、外螺紋的牙側(cè)接觸不均勻，就會(huì)造成負(fù)荷分布不均，勢必降低螺紋的配合均勻性和聯(lián)接強(qiáng)度。因此對(duì)螺紋互換性影響較大的參數(shù)是中徑、螺距和牙側(cè)角。1．中徑偏差的影響中徑偏差是指中徑的實(shí)際尺寸(以單一中徑體現(xiàn))與基本尺寸之代數(shù)差。就外螺紋而言，中徑若比內(nèi)螺紋大，必然影響旋合性；若過小，則會(huì)使牙側(cè)間的間隙增大，聯(lián)接強(qiáng)度降低。要控制螺紋的中徑偏差。國標(biāo)中規(guī)定了普通螺紋的中徑公差。2．螺距偏差的影響螺距偏差可分為單個(gè)螺距偏差和螺距累積偏差兩種。單個(gè)螺距偏差：是指單個(gè)螺距的實(shí)際值與其基本值之代數(shù)差，它與旋合長度無關(guān)。螺距累積偏差：是指在規(guī)定的螺紋長度內(nèi)，任意兩同名牙側(cè)與中徑線交點(diǎn)間的實(shí)際軸向距離與其基本值的最大差值，它與旋合長度有關(guān)。螺距累積偏差對(duì)互換性的影響更為明顯。home2．螺距偏差的影響如圖所示，假設(shè)內(nèi)螺紋具有基本牙型，僅與存在螺距偏差的外螺紋結(jié)合。外螺紋n個(gè)螺距的累積誤差為ΔPΣ(μm)。內(nèi)、外螺紋牙側(cè)產(chǎn)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(nèi)螺紋，就必須使外螺紋的中徑減小一個(gè)數(shù)值fp

(μm)。homeL理論=nPL實(shí)際=nP1ΔPΣfp/2螺距累積偏差對(duì)旋合性的影響示例（1）內(nèi)螺紋外螺紋螺距累積偏差對(duì)旋合性的影響示例（2）動(dòng)畫homehome2．螺距偏差的影響假設(shè)外螺紋具有基本牙型，與僅存在螺距偏差的內(nèi)螺紋結(jié)合。設(shè)在n個(gè)螺牙的旋合長度內(nèi)，內(nèi)螺紋存在ΔPΣ。為保證旋合性，就必須將內(nèi)螺紋中徑增大一個(gè)數(shù)值Fp。Fp就是為補(bǔ)償螺距累積偏差而折算到中徑上的數(shù)值，稱為螺距偏差的中徑當(dāng)量。兩種情況下的當(dāng)量計(jì)算公式為：home3．牙側(cè)角偏差的影響牙側(cè)角偏差是指牙側(cè)角的實(shí)際值對(duì)公稱值的代數(shù)差，是螺紋牙側(cè)相對(duì)于螺紋軸線垂線的位置誤差。對(duì)螺紋的旋合性和聯(lián)接強(qiáng)度均有影響。牙側(cè)角偏差對(duì)旋合性的影響如圖所示。3．牙側(cè)角偏差的影響外螺紋：外螺紋存在牙側(cè)角偏差時(shí)，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(gè)數(shù)值fα。內(nèi)螺紋：內(nèi)螺紋存在牙側(cè)角偏差時(shí)，必須將內(nèi)螺紋中徑增大一個(gè)數(shù)值fα

。該值稱為牙側(cè)角偏差的中徑當(dāng)量。4．作用中徑對(duì)螺紋旋合性的影響

作用中徑：在旋合時(shí)，在旋合長度內(nèi)實(shí)際起作用的中徑。作用中徑的度量：在規(guī)定的旋合長度內(nèi)，恰好包容實(shí)際外（內(nèi)）螺紋的一個(gè)理想內(nèi)（外）螺紋的中徑稱為外（內(nèi)）螺紋作用中徑d2m（D2m），它可以表達(dá)為：外螺紋：內(nèi)螺紋：中徑公差（綜合性公差）對(duì)于普通螺紋，影響其互換性的主要參數(shù)是中徑、螺距和牙側(cè)角。由于螺距偏差和牙側(cè)角偏差對(duì)螺紋互換性的影響均可以折算成中徑當(dāng)量，并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(dú)規(guī)定螺距公差和牙側(cè)角公差，而僅規(guī)定一項(xiàng)中徑公差。中徑公差——是一項(xiàng)綜合性公差。用以控制中徑本身的尺寸偏差、螺距偏差和牙側(cè)角偏差的綜合影響。5.螺紋中徑合格性的判斷

由于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(jù)。判斷中徑的合格性應(yīng)遵循泰勒原則:實(shí)際螺紋的作用中徑不允許超出最大實(shí)體牙型的中徑，任何部位的單一中徑不允許超出最小實(shí)體牙型的中徑。用表達(dá)式即為：外螺紋：內(nèi)螺紋：d2minTd2d2maxd2md2sfpFαTD2D2sD2mfpFαD2，d2D2maxD2min內(nèi)螺紋外螺紋螺紋中徑合格性判斷示例三、普通螺紋的公差與配合普通螺紋的公差結(jié)構(gòu)公差精度精密中等粗糙螺紋公差帶螺紋旋合長度基本偏差確定公差帶位置公差等級(jí)1.普通螺紋的公差帶公差帶的位置是指公差帶相對(duì)于基本牙型的距離，該距離由基本偏差決定。規(guī)定內(nèi)螺紋的下偏差（EI）和外螺紋的上偏差（es）為基本偏差。對(duì)內(nèi)螺紋規(guī)定代號(hào)為H和G的兩種基本偏差；對(duì)外螺紋規(guī)定代號(hào)為e、f、g、h四種基本偏差。螺紋中徑和頂徑的基本偏差

公差帶的大小和公差等級(jí)：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(dòng)量。其中6級(jí)為基本級(jí)。

5h6h表示外螺紋中徑公差帶代號(hào)為5h，頂徑公差帶代號(hào)為6h。當(dāng)中徑和頂徑公差帶代號(hào)相同時(shí)，則應(yīng)只標(biāo)注一個(gè)公差帶代號(hào)。例如5H，表示內(nèi)螺紋中徑和頂徑公差帶代號(hào)都為5H。與普通尺寸標(biāo)注有差別。螺紋公差帶代號(hào)

2、螺紋的旋合長度

(1)螺紋結(jié)合的精度不僅與螺紋公差帶大小有關(guān)，還與螺紋的旋合長度有關(guān)。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(duì)不同的旋合長度規(guī)定不同大小的公差帶，旋合長度是螺紋精度設(shè)計(jì)中必須考慮的因素。

(2)國標(biāo)中規(guī)定了不同直徑和螺距所對(duì)應(yīng)的旋合長度，分為短（S）、中（N）、長（L）三種旋合長度。3、螺紋的公差精度和公差帶的選用結(jié)合精度的確定：精密級(jí)——用于精密聯(lián)結(jié)螺紋。中等級(jí)——用于一般用途聯(lián)結(jié)。粗糙級(jí)——用于要求不高及制造困難的螺紋。旋合長度的確定：一般多用N組。根據(jù)公稱直徑和螺距選擇。公差帶的確定：是螺紋公差等級(jí)和基本偏差的組合。4、配合精度一般情況下，同一配合精度條件下，S比N高一級(jí)，L比N低一級(jí)。同一配合精度條件下，若螺紋的旋合長度較長，應(yīng)給予較大的中徑公差，若旋合長度較短，應(yīng)給予較小的中徑公差。公差等級(jí)旋合長度配合精度配合的選用：理論上，表中的內(nèi)外螺紋可以構(gòu)成各種配合，但從保證足夠的接觸高度出發(fā)，最好選用H/g、H/h、G/h的配合。一般情況下，選用中等精度、中等旋合長度的公差帶，即內(nèi)螺紋公差帶常選6H、外螺紋公差帶6h、6g應(yīng)用較廣。5、普通螺紋的標(biāo)記完整的螺紋標(biāo)記由螺紋代號(hào)（含螺紋公稱直徑、螺距、）、螺紋公差等級(jí)代號(hào)（按中徑、頂徑順序）和螺紋旋合長度組成，中間用“—”隔開。舉例：

外螺紋：M20—5g6g—S

內(nèi)螺紋：M20×1.5—7H－LH

內(nèi)外螺紋配合時(shí)：M20×2—7H/6g7g—S短旋合長度的內(nèi)螺紋：M20×2-5H-S；長旋合長度的內(nèi)、外螺紋：M6-7H/7g6g-L；中等旋合