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1、第第9 9章章 螺纹精度与检测螺纹精度与检测 螺纹的基础知识螺纹的基础知识9.1影响螺纹互换性的因素及中径合格性判断条件影响螺纹互换性的因素及中径合格性判断条件9.2螺纹的公差带螺纹的公差带9.3螺纹精度检测螺纹精度检测9.4 螺纹加工产生的误差不可避免，误螺纹加工产生的误差不可避免，误差过大将直接影响螺纹的正常连接与互差过大将直接影响螺纹的正常连接与互换性，而误差过小使得螺纹加工成本上换性，而误差过小使得螺纹加工成本上升。升。分析导致误差的因素和实现互换的分析导致误差的因素和实现互换的条件，并对误差加以规范与限制，是设条件，并对误差加以规范与限制，是设计人员必须考虑的问题。计人员必须考虑的问
2、题。本章介绍影响螺纹互换性的因素和本章介绍影响螺纹互换性的因素和实现互换的条件，介绍螺纹公差与配合实现互换的条件，介绍螺纹公差与配合的国家标准及选用，并对螺纹检测予以的国家标准及选用，并对螺纹检测予以简单介绍。简单介绍。9.1 9.1 螺纹的基础知识螺纹的基础知识 【本节要求本节要求】掌握螺纹的基本参数。掌握螺纹的基本参数。掌握螺纹的标记及在图样上的标注。掌握螺纹的标记及在图样上的标注。1螺纹的种类螺纹的种类 螺纹的种类很多，分类方法有多种。螺纹的种类很多，分类方法有多种。根据用途，可分为连接螺纹和传动螺根据用途，可分为连接螺纹和传动螺纹，根据基本牙型，可分为三角螺纹、梯纹，根据基本牙型，可分
3、为三角螺纹、梯形螺纹、锯齿形螺纹和矩形螺纹等。形螺纹、锯齿形螺纹和矩形螺纹等。螺纹的种类、牙型及代号和使用要求螺纹的种类、牙型及代号和使用要求如表如表9-1所示。所示。2螺纹的主要几何参数螺纹的主要几何参数 在通过螺纹轴线的剖面内，按规定在通过螺纹轴线的剖面内，按规定的削平高度截去原始三角形的顶部和底的削平高度截去原始三角形的顶部和底部形成螺纹牙型，如图部形成螺纹牙型，如图9-1（a）所示。）所示。该牙型全部尺寸均为公称尺寸，故该牙型全部尺寸均为公称尺寸，故称为基本牙型。称为基本牙型。图图9-1 普通螺纹的公称尺寸普通螺纹的公称尺寸 图图9-2 螺纹旋合长度螺纹旋合长度 图图9-3 单一中径单
4、一中径 3普通螺纹的标记普通螺纹的标记 螺纹的完整标记由螺纹代号、螺纹公差螺纹的完整标记由螺纹代号、螺纹公差代号和旋合长度代号和旋合长度3部分组成，各部分间用部分组成，各部分间用“”隔开：隔开：牙型代号公称直径牙型代号公称直径 螺距（导程线数）旋螺距（导程线数）旋向中、顶径公差带代号旋合长度代号向中、顶径公差带代号旋合长度代号 在零件图上，内、外螺纹如下标记（标注在零件图上，内、外螺纹如下标记（标注在大径引出的尺寸线上）。在大径引出的尺寸线上）。装配图上，公差带代号用斜线分开，装配图上，公差带代号用斜线分开，分子为内螺纹、分母为外螺纹。分子为内螺纹、分母为外螺纹。9.2 9.2 影响螺纹互换性
5、的因素及中径影响螺纹互换性的因素及中径合格性判断条件合格性判断条件【本节要求本节要求】掌握影响螺纹互换性的因素及中径合格掌握影响螺纹互换性的因素及中径合格性判断条件。性判断条件。1影响螺纹互换性的因素影响螺纹互换性的因素 保证螺纹互换性的基本要求是：螺保证螺纹互换性的基本要求是：螺纹应具有良好的可旋合性和连接的可靠纹应具有良好的可旋合性和连接的可靠性。性。影响螺纹互换性的因素有：螺纹的大影响螺纹互换性的因素有：螺纹的大径、中径、小径、螺距和牙型半角等处的径、中径、小径、螺距和牙型半角等处的误差。误差。由于螺纹的大径和小径处留有间隙，由于螺纹的大径和小径处留有间隙，一般不会影响配合性质。一般不会
6、影响配合性质。而内、外螺纹在中径处旋合，是依靠旋而内、外螺纹在中径处旋合，是依靠旋合后牙侧面接触的均匀性来实现连接的。合后牙侧面接触的均匀性来实现连接的。因此，影响螺纹互换性的主要因素是中因此，影响螺纹互换性的主要因素是中径误差、螺距误差和牙型半角误差。径误差、螺距误差和牙型半角误差。中径误差是指实际中径与理论中径之差。中径误差是指实际中径与理论中径之差。若内螺纹中径过小、外螺纹中径过若内螺纹中径过小、外螺纹中径过大，则影响旋合性；反之，将影响连接强度。大，则影响旋合性；反之，将影响连接强度。螺距误差是指实际螺距与理论螺距之差，它螺距误差是指实际螺距与理论螺距之差，它包括螺距单个误差和螺距累积
7、误差包括螺距单个误差和螺距累积误差 P。后。后者与旋合长度有关，是主要影响因素，会导者与旋合长度有关，是主要影响因素，会导致内、外螺纹在旋合时发生干涉。致内、外螺纹在旋合时发生干涉。假设一对内、外螺纹连接，中径及假设一对内、外螺纹连接，中径及牙型角均无误差，内螺纹是理想牙型。牙型角均无误差，内螺纹是理想牙型。在旋合长度内，外螺纹出现累积误在旋合长度内，外螺纹出现累积误差差 P，外螺纹的螺距累积误差使旋合，外螺纹的螺距累积误差使旋合时产生干涉而无法旋合，此时相当于使时产生干涉而无法旋合，此时相当于使外螺纹中径增大了一个数值，此值称为外螺纹中径增大了一个数值，此值称为螺距误差的中径当量螺距误差的中
8、径当量fp。为了使产生螺距累积误差的外螺纹为了使产生螺距累积误差的外螺纹可旋入理想的内螺纹中去，应把外螺纹可旋入理想的内螺纹中去，应把外螺纹中径减少一个中径减少一个fp数值。数值。fP计算公式的推导见章后计算公式的推导见章后内容。内容。牙型半角误差是指实际牙型半角与理论牙型牙型半角误差是指实际牙型半角与理论牙型半角之差。如果牙型半角产生误差，内、外半角之差。如果牙型半角产生误差，内、外螺纹旋合时就会发生干涉。螺纹旋合时就会发生干涉。2作用中径（作用中径（D2作用作用、d2作用作用）作用中径是指在规定的旋合长度内，恰作用中径是指在规定的旋合长度内，恰好包容实际螺纹的一个假想螺纹的中径。好包容实际
9、螺纹的一个假想螺纹的中径。这是在螺距误差、牙型半角误差综合影这是在螺距误差、牙型半角误差综合影响下形成的实际中径，是螺纹旋合时起作用响下形成的实际中径，是螺纹旋合时起作用的中径。的中径。假设内螺纹为理想牙型，当产生了螺距假设内螺纹为理想牙型，当产生了螺距误差、牙型半角误差的外螺纹与其旋合误差、牙型半角误差的外螺纹与其旋合时，使旋合变紧，其效果好像是外螺纹时，使旋合变紧，其效果好像是外螺纹增大了。这个增大的中径就是与内螺纹增大了。这个增大的中径就是与内螺纹旋合时起作用的中径，它等于外螺纹的旋合时起作用的中径，它等于外螺纹的单一中径与螺距、牙型半角误差在中径单一中径与螺距、牙型半角误差在中径上的当
10、量之和，即上的当量之和，即同理，假设外螺纹为理想牙型，当与产同理，假设外螺纹为理想牙型，当与产生螺距误差、牙型半角误差的内螺纹旋生螺距误差、牙型半角误差的内螺纹旋合时，使旋合也变紧，其效果好像是内合时，使旋合也变紧，其效果好像是内螺纹减小了。这个减小的中径就是与外螺纹减小了。这个减小的中径就是与外螺纹旋合时起作用的中径，它等于内螺螺纹旋合时起作用的中径，它等于内螺纹的单一中径与螺距、牙型半角误差在纹的单一中径与螺距、牙型半角误差在中径上的当量之差，即中径上的当量之差，即显然，为了使内、外螺纹能够自由旋合，显然，为了使内、外螺纹能够自由旋合，应保证应保证D2作用作用d2作用作用。3中径合格性判断
11、条件中径合格性判断条件图图9-4 合格性条件示意图合格性条件示意图9.3 9.3 螺纹的公差带螺纹的公差带 1螺纹的公差等级螺纹的公差等级 其中，其中，3级精度最高，级精度最高，9级精度最低，级精度最低，一般一般6级为基本级。级为基本级。各级公差值如表各级公差值如表9-6和表和表9-7所示。所示。2螺纹的基本偏差螺纹的基本偏差 螺纹的基本偏差是指公差带两极限偏差螺纹的基本偏差是指公差带两极限偏差中靠近零线的那个偏差，它确定了公差带相中靠近零线的那个偏差，它确定了公差带相对基本牙型的位置。对基本牙型的位置。由于螺纹连接的配合性质只能是间隙配由于螺纹连接的配合性质只能是间隙配合，故内螺纹的基本偏差
12、是下偏差（合，故内螺纹的基本偏差是下偏差（EI），），外螺纹的基本偏差是上偏差（外螺纹的基本偏差是上偏差（es）。）。国标国标GB/T 1972003对内螺纹规定了对内螺纹规定了两种基本偏差，其代号为两种基本偏差，其代号为G、H，如图，如图9-5（a）、（）、（b）所示。）所示。对外螺纹规定了对外螺纹规定了4种基本偏差，其代种基本偏差，其代号为号为e、f、g、h，如图，如图9-5（c）、（）、（d）所）所示。示。普通螺纹的基本偏差值如表普通螺纹的基本偏差值如表9-7所示。所示。图图9-5 内、外螺纹的基本偏差内、外螺纹的基本偏差3螺纹的旋合长度螺纹的旋合长度 国家标准规定了长、中、短国家标准规
13、定了长、中、短3种旋合种旋合长度，分别用代号长度，分别用代号L、N、S表示。表示。其数值如表其数值如表9-8所示。所示。一般情况下选用中等旋合长度一般情况下选用中等旋合长度N，只，只有当结构或强度上需要时，才用短旋合长有当结构或强度上需要时，才用短旋合长度度S或长旋合长度或长旋合长度L。4螺纹的配合精度等级及应用螺纹的配合精度等级及应用 根据螺纹连接的要求，国标根据螺纹连接的要求，国标GB/T 1972003按螺纹的公差等级和旋合长度对螺纹规按螺纹的公差等级和旋合长度对螺纹规定了定了3种配合精度等级，分别为精密级、中等种配合精度等级，分别为精密级、中等级及粗糙级。级及粗糙级。同一精度等级，随旋
14、合长度的增加，公同一精度等级，随旋合长度的增加，公差等级相应降低。应用范围如下。差等级相应降低。应用范围如下。精密级：用于精密连接螺纹，要求配精密级：用于精密连接螺纹，要求配合性质稳定、配合间隙变动较小、需要合性质稳定、配合间隙变动较小、需要保证一定定心精度的螺纹连接，如飞机保证一定定心精度的螺纹连接，如飞机零件上螺纹可用内螺纹零件上螺纹可用内螺纹4H、5H与外螺纹与外螺纹4h相配合。相配合。中等级：用于一般的螺纹连接。中等级：用于一般的螺纹连接。粗糙级：用于对精度要求不高或制造粗糙级：用于对精度要求不高或制造比较困难的螺纹连接，如深盲孔攻丝或比较困难的螺纹连接，如深盲孔攻丝或热轧棒上的螺纹。
15、热轧棒上的螺纹。5螺纹配合的选用螺纹配合的选用 为减少刀具、量具规格及数量，提为减少刀具、量具规格及数量，提高经济效益，国标高经济效益，国标GB/T 1972003对内对内螺纹规定了螺纹规定了11个选用公差带，对外螺纹个选用公差带，对外螺纹规定了规定了13个选用公差带，如表个选用公差带，如表9-9和表和表9-10所示。所示。内、外螺纹配合时选用范围如下。内、外螺纹配合时选用范围如下。间隙为零的配合间隙为零的配合H/h：通常用于内、：通常用于内、外螺纹具有较高的同轴度，并有足够的外螺纹具有较高的同轴度，并有足够的接触高度和结合强度的场合。接触高度和结合强度的场合。较小间隙的配合较小间隙的配合H/
16、g或或G/h：用于要保：用于要保证间隙，需要拆卸方便的螺纹。证间隙，需要拆卸方便的螺纹。小间隙配合小间隙配合H、G与与e、f、g。用于需要镀层的螺纹，其基本偏差按所需镀层厚用于需要镀层的螺纹，其基本偏差按所需镀层厚度确定。内螺纹较难镀层，涂镀对象主要是外螺度确定。内螺纹较难镀层，涂镀对象主要是外螺纹，当镀层厚度为纹，当镀层厚度为10m、20m、30m时，可分时，可分别选用别选用g、f、e与与H组成配合。当内、外螺纹均需组成配合。当内、外螺纹均需要涂镀时，可采用要涂镀时，可采用G/e、G/f。用于高温条件下工作的螺纹，应保证足够间用于高温条件下工作的螺纹，应保证足够间隙以防卡死。可根据工作时的温
17、度来确定配隙以防卡死。可根据工作时的温度来确定配合，一般当温度低于合，一般当温度低于450时可选时可选H/g，温度，温度高于高于450时可选时可选H/f、H/e。9.4 9.4 螺纹精度检测螺纹精度检测 【本节要求本节要求】了解螺纹精度的常用检测方法。了解螺纹精度的常用检测方法。螺纹的检测方法可分为综合检测和单项螺纹的检测方法可分为综合检测和单项检测两类。检测两类。1综合检测综合检测 综合检测是同时测量螺纹多个参数的方综合检测是同时测量螺纹多个参数的方法。法。如生产中采用螺纹量规来检验加工的螺如生产中采用螺纹量规来检验加工的螺纹是否合格。纹是否合格。由于螺纹量规设计的指导思想是综合控由于螺纹量
18、规设计的指导思想是综合控制螺纹的多项误差在规定范围（实体边界）制螺纹的多项误差在规定范围（实体边界）内，故适用于成批生产，但只能判断其合格内，故适用于成批生产，但只能判断其合格性不能测出具体误差。性不能测出具体误差。螺纹量规分塞规和环规（或卡规），如螺纹量规分塞规和环规（或卡规），如图图9-7所示。所示。塞规用于检验内螺纹，环规（或卡规）塞规用于检验内螺纹，环规（或卡规）用于检验外螺纹。用于检验外螺纹。螺纹量规上分出通端和止端。螺纹量规上分出通端和止端。图图9-7 螺纹量规螺纹量规螺纹量规的通端用来检验被测螺纹的作用中螺纹量规的通端用来检验被测螺纹的作用中径径(同时控制底径同时控制底径)，控制
19、其不得超出最大实，控制其不得超出最大实体牙型中径，因此它具有完整牙型，其长度体牙型中径，因此它具有完整牙型，其长度大于旋合长度大于旋合长度80%以上。检测时能与被测螺以上。检测时能与被测螺纹自由旋合，表示工件的作用中径未超出最纹自由旋合，表示工件的作用中径未超出最大实体牙型。大实体牙型。螺纹量规的止端用来检验被测螺纹的实际螺纹量规的止端用来检验被测螺纹的实际中径，控制其不得超出最小牙型中径。为中径，控制其不得超出最小牙型中径。为了消除螺距误差和牙型半角误差的影响，了消除螺距误差和牙型半角误差的影响，其牙型做成短牙型，螺纹长度只有其牙型做成短牙型，螺纹长度只有23.5牙。牙。用光滑极限量规的通端
20、、止端检验螺纹顶用光滑极限量规的通端、止端检验螺纹顶径，即内螺纹小径和外螺纹大径。径，即内螺纹小径和外螺纹大径。（1）对外螺纹的检验。）对外螺纹的检验。（2）对内螺纹的检验。）对内螺纹的检验。图图9-8 用螺纹环规检验中径、用光滑极限量规检验大径用螺纹环规检验中径、用光滑极限量规检验大径2单项检测单项检测 螺纹的单项检测是对螺纹的各项几何螺纹的单项检测是对螺纹的各项几何参数分别实施检测，主要检测中径、螺距参数分别实施检测，主要检测中径、螺距和牙型半角。和牙型半角。对螺纹量规、螺纹刀具等高精度螺纹对螺纹量规、螺纹刀具等高精度螺纹和丝杠螺纹均采用单项检测方法，对普通和丝杠螺纹均采用单项检测方法，对
21、普通螺纹做工艺分析时也采用单项检测。螺纹做工艺分析时也采用单项检测。单项检测螺纹参数的方法很多，应单项检测螺纹参数的方法很多，应用最广泛的是用三针法和螺纹千分尺来用最广泛的是用三针法和螺纹千分尺来检测中径。检测中径。（1）用三针法测量螺纹中径。三针法主要）用三针法测量螺纹中径。三针法主要用于测量精密外螺纹（如螺纹塞规、丝杠用于测量精密外螺纹（如螺纹塞规、丝杠螺纹等）的单一中径。螺纹等）的单一中径。图图9-9 用螺纹塞规检验内螺纹用螺纹塞规检验内螺纹图图9-10 三针法测量外螺纹的单一中径三针法测量外螺纹的单一中径（2）用螺纹千分尺测量中径。螺纹千分）用螺纹千分尺测量中径。螺纹千分尺是用来测量低精度外螺纹中径的常用尺是用来测量低精度外螺纹中径的常用量具。它的结构和使用方法与一般外径量具。它的结构和使用方法与一般外径千分尺相同，只是所用的测量头不同，千分尺相同，只是所用的测量头不同，它有成对配套的、适用于不同牙型和不它有成对配套的、适用于不同牙型和不同螺距的测头，如图同螺距的测头，如图9-11所示。所示。图图9-11 螺纹千分尺螺纹千分尺