第九章 螺纹结合的互换性

第九章常用结合件的公差与检测9.2螺纹联接的公差与检测一、螺纹种类及使用要求1、紧固螺纹——其基本牙型是三角形用途：紧固或连接零件，以防止其相对转动。如公制普通螺纹。要求：可旋合性和连接的可靠性，小间隙配合。2、传动螺纹——其基本牙型有梯形、矩形、锯齿形用途：传递动力或精确位移。如丝杆、测微螺纹。要求：传递动力的可靠性、传动比的正确性和稳定性，传动灵活，有一定的强度和最小间隙。3、紧密螺纹—管螺纹，其基本牙型是三角形用途：密封连接，用于中、小尺寸的管路连接。要求：结合紧密，不漏油、不漏水、不漏气，要有一定的过盈。能自锁，用于联接效率高，用于传动，无标准用于传动，应用普遍单向大力传动（螺旋千斤顶）适于管路联接高温高压系统的管件联接螺纹的形成：将一倾斜角为γ的直线绕在圆住体上便形成一条螺旋线。如用平面图形三角形沿螺旋线运动（运动时保持图形平面通过圆柱体的轴线）就得到三角形螺纹。二、螺纹的基本牙型和几何参数普通螺纹的基本牙型—经过螺纹轴线的剖面上的螺纹轮廓形状。它是在原始三角形中削去顶部（H/8）和底部（H/4）所形成的内、外螺纹共有的理论牙型。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。国标规定，普通螺纹大径的基本尺寸为螺纹的公称直径尺寸。牙底牙底牙顶牙顶小径大径2）小径（d1，D1）小径是指与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假想圆柱体的直径，称为小径。牙底牙底牙顶牙顶小径大径3）中径（d2，D2）中径是指一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线通过牙型上沟槽宽度等于螺距基本尺寸一半的地方。外螺纹内螺纹牙底牙底牙顶大径D、d小径D1、d1中径D2、d24）牙型角与牙型半角（α，α/2）牙型角是指在螺纹牙型上，相邻两牙侧之间的夹角。普通螺纹的理论牙型角为60º。牙型半角是指某一牙侧与螺纹轴线的垂线之间的夹角。普通螺纹的牙型半角为30º。实际螺纹的牙型角正确并不一定说明牙型半角正确。α/2αα/25）螺距和导程螺距：螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离P称为螺距。导程：同一条螺旋线上相邻两牙在中径线上对应两点之间的轴向距离Ph称为导程。单线螺纹：P=Ph多线螺纹：P=Ph/n=导程螺距螺距导程螺距=导程线数6）螺纹升角ψ：中径d2圆柱上，螺旋线的切线与垂直于螺纹轴线的平面的夹角。2nPtgψπd7）螺纹旋合长度螺纹旋合长度是指两个互相配合的螺纹，沿螺纹轴线方向上相互旋合部分的长度。如下图所示。旋合长度L螺纹几何参数误差对互换性的影响螺纹联接要实现其互换性,必须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。内、外螺纹加工后,外螺纹的大径和小径要分别小于内螺纹的大径和小径，才能保证旋合性。由于螺纹旋合后主要是依靠螺牙侧面工作，如果内、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。1．中径偏差的影响中径偏差是指中径的实际尺寸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。2螺距偏差的影响螺距偏差可分为局部偏差和螺距累积偏差△P∑两种。螺距的局部偏差△P——在螺纹的全长上，任意单个实际螺距对公称螺距的差值。螺距累积偏差△P∑——在规定长度内，任意个实际螺距对其公称值的最大差值。前者与旋合长度无关，后者与旋合长度有关，而且后者对螺纹的旋合性影响最大，因此必须加以限制。现假设内螺纹有理想的中径，半角，螺距，而外螺纹有正螺距误差。螺距偏差的中径当量fp当外螺纹有累积误差△P∑时，会造成理想内螺纹在牙侧部位发生干涉，则螺纹不能旋合。为保证旋合性，可将外螺纹的中径减小fp，或将内螺纹增大一个数值fp，这个fp就是补偿螺距偏差折算到中径上的数值，称为螺距偏差的中径当量。螺距偏差的中径当量当α=60°时：fp=1.732|△P∑|mmP∑为螺距累积误差，之所以取绝对值，是由于△P∑不论是正值或负值，影响旋合性的性质不变，只是改变牙侧干涉的位置。3牙型半角偏差的影响螺纹的牙型角正确，牙型半角不一定正确，而牙型半角偏差直接影响螺纹的旋合性和牙侧接触面积，因此，对其也应加以限制。设内螺纹具有理想牙形，外螺纹的中径和螺距与内螺纹相同，仅有牙型半角偏差，阴影部分就是干涉部分。内外0202内外外螺纹：外螺纹存在牙型半角偏差时，必须将外螺纹牙型沿垂直螺纹轴线的方向下移，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。螺纹作用中径和螺纹中径合格性的判断原则1．螺纹中径（综合）公差螺纹中径公差综合了螺纹中径加工误差，牙型半角偏差的中径补偿值和螺距误差的中径补偿值三项因素。对普通螺纹，不再给定螺距和牙型半角偏差的公差值，中径公差同时控制中径、螺距及牙型角三项参数的偏差。2．作用中径（D2fe，d2fe）作用中径——在规定的旋合长度内，正好包容实际轮廓的一个理想螺纹的中径。螺纹作用中径和螺纹中径合格性的判断原则螺纹作用中径与单一中径作用中径可按下式计算：外螺纹：d2fe=d2a+（fp+fa）内螺纹：D2fe=D2a-（fp+fa）式中：d2a——外螺纹的单一中径（代替实际中径）D2a——内螺纹的单一中径（代替实际中径）泰勒原则3．中径合格性的判断原则——泰勒原则泰勒原则——实际螺纹作用中径应不超越最大实体中径，实际螺纹的单一中径不超越最小实体中径。用公式表示为：对外螺纹：d2fe≤d2maxd2a≥d2min即外螺纹中径最大极限尺寸控制作用中径，外螺纹中径最小极限尺寸控制实际中径。对内螺纹：D2fe≥D2minD2a≤D2max即内螺纹中径最小极限尺寸控制作用中径，内螺纹中径最大极限尺寸控制实际中径10.3普通螺纹公差GB／T197--2003《普通螺纹公差》只对中径和顶径规定了公差，而对底径(内螺纹大径和外螺纹小径)没给公差，要求由加工的刀具控制。在螺纹加工过程中，由于旋合长度的不同，加工难易程度也不同。通常短旋合长度容易加工和装配；长旋合长度加工较难保证精度，也难保证配合性质，因此，螺纹公差精度由公差带及旋合长度构成。普通螺纹公差带普通螺纹公差带是在通过螺纹轴线平面上沿基本牙型的牙侧、牙顶和牙底分布的牙型公差带，由公差(公差带大小)和基本偏差(公差带位置)两个要素构成，在垂直于螺纹轴线方向上计量其基本大、中、小径的极限偏差和公差。标准规定：公差带的代号为T；内螺纹的上、下偏差代号为ES，EI；外螺纹的上、下偏差代号为es，ei。1.普通螺纹的公差普通螺纹公差带大小由公差值确定，而公差值大小取决于公差等级和公称直径。内、外螺纹的中径和顶径的公差等级如表9-10所示，3级公差值最小，精度最高；9级公差值最大，精度最低，其中6级为基本级。2.普通螺纹的基本偏差普通螺纹公差带的位置由其基本偏差确定。基本偏差为公差带两极限偏差中靠近零线的那个极限偏差，它确定了公差带相对基本牙型的位置。国标规定，内螺纹基本偏差是下偏差EI，有G、H两种基本偏差，见下图。内螺纹的公差带位置外螺纹基本偏差是上偏差es，规定有h、g、f和e四种基本偏差，见下图：螺纹的旋合长度与公差精度等级国标中对螺纹旋合长度规定了短旋合长度(S)、中等旋合长度(N)和长旋合长度(L)三组。国标按螺纹公差带和旋合长度规定了三种公差精度等级，从高到低分别为精密级、中等级和粗糙级。精密级：用于精密螺纹中等级：广泛用于一般的螺纹。粗糙级：用于不重要的螺纹以及制造困难的螺纹为了减少螺纹刀具和螺纹量规的规格和数量，必须对螺纹公差等级和基本偏差组合的种类加以限制。国标规定了普通螺纹的选用公差带如表9-14所示。螺纹公差带与配合的选择对于大量生产的紧固螺纹推荐采用表9-14中带方框的粗体字公差带，其次选用一般字体公差带，加括号的公差带尽量不用。配合的选择，从保证足够的接触高度出发，完工后的螺纹最好组成H／g、H／h、G／h配合。螺纹的标记普通螺纹的完整标记由螺纹特征代号、尺寸代号、公差带代号、旋合长度代号和旋向代号组成。例如:螺纹标注示例完整的螺纹标注示例1)M6×0.75-5h6h-S-LH：表示:公称直径为6mm的普通外螺纹，螺距为0.75mm，中径公差带为5h，顶径公差带为6h，短旋合长度，左旋单线细牙。螺纹标注示例2)M14×Ph6P2-7H-L-LH或M14×Ph6P2(threestarts)-7H-L-LH表示：公称直径为14mm普通内螺纹，导程为6mm，螺距为2mm，中径和顶径公差带为7H，长旋合，左旋三线普通内螺纹。