19第十八圆柱螺纹结合的互换性重点

圆柱螺纹结合的互换性第十八章圆柱螺纹结合的互换性第一节普通螺纹主要几何参数的误差及其对螺纹互换性的影响一、螺距误差对互换性的影响对紧固螺纹来说，螺距误差主要影响螺纹的可旋合性和联接的可靠性；对传动螺纹来说，螺距误差直接影响传动精度，影响螺牙上负荷分布均匀性。

螺距误差包括局部误差（∆P）和累积误差（∆P∑）。

前者与旋合长度有关；后者与旋合长度有关，是主要影响因素。

为了便于分析，假设内螺纹具有理想牙型，外螺纹的中径及牙型角与内螺纹相同，仅存在螺距误差，并假设在旋合长度内，外螺纹有螺距累积误差∆P∑，如图18.1所示。

显然，在这种情况下，这对螺纹因产生干涉而无法旋合。

图18.1 螺距累积误差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，应把外螺纹的中'径d2减小一个数值fp至d2。

同理，当内螺纹有螺距误差时，为了保证可旋合性，应把内螺纹的中径加大一个数值fp。

这个fp值是补偿螺距误差的影响而折算到中径上的数值，被称为螺距误差的中径补偿值。

从Δabc中可知：fp=∆P∑cotα()对于牙型角α=60︒的普通螺纹 fp=1.∆P∑— 80 —圆柱螺纹结合的互换性二、牙型半角误差对互换性的影响牙型半角误差是指实际牙型半角与理论牙型半角之差。

它是螺纹牙侧相对于螺纹轴线的方向误差，它对螺纹的旋合性和联接强度均有影响。

假设内螺纹具有基本牙型，外螺纹中径及螺距与内螺纹相同，仅牙型半角有误差。

此时，内、外螺纹旋合时牙侧将发生干涉，不能旋合，如图18.2所示。

为了保证旋合性，必须将内螺纹中径增大一个数值fα，或将外螺纹的中径减小一个数值数fα。

这个数fα值是补偿牙型半角误差的影响而折算到中径上的数值，被称为牙型半角误差的中径补偿值。

（a）（b）图18.2 牙型半角误差干涉现象。

此时，中径补偿值fα为在图18.2（a）中，外螺纹的∆α=α(外)-α(内)<0，则其牙顶部分的牙侧有fα=0.44H∆αα对于普通螺纹，α=60︒，H=0866P，则fα=0.44P∆α。

干涉现象。

此时，中径补偿值fα为在图18.2（b）中，外螺纹的∆α=α(外)-α(内)>0，则其牙根部分的牙侧有fα=0.291H∆αα— 81 —圆柱螺纹结合的互换性对于普通螺纹，fα=0.291P∆2α2式中，H——原始三角形高度，就是原始三角形的高，mm；α单位为分（′）（1分＝0.291×10-3弧度）； 22 fα单位为微米（μm）。

实际上经常是左、右半角误差不相同，也可能一边半角误差为正，另一边半角误差为负。

因此中径补偿值应取平均值。

根据不同情况，普通螺纹按下列公式之一计算。

当∆α2左>0，∆α2右>0时，则fα=20.291P⎛αα⎫ ∆左∆右⎪⎪ 2 22⎝⎭当∆α2左<0，∆α2右<0时，则fα=20.44P⎛αα⎫ ∆左∆右⎪⎪2⎝22⎭当∆α2左>0，∆α2右<0时，则fα=2P⎛αα⎫ 0.∆左0.∆⎪⎪2⎝22⎭当∆α2左<0，∆α2右>0时，则fα=2P⎛αα⎫ 0.∆0.∆⎪⎪2⎝22⎭三、中径偏差对互换性的影响螺纹中径在制造过程中不可避免会出现一定的误差，即单一实际中径对其公称中径之差。

如仅考虑中径的影响，那么只要外螺纹中径小于内螺纹中径就能保证内、外螺纹的旋合性，反之就不能旋合。

但如果外螺纹中径过小，内螺纹中径又过大，则会降低联接的可靠性和紧密性，降低联接强度。

所以，为了确保螺纹的旋合性，中径误差必须加以控制。

— 82 —圆柱螺纹结合的互换性四、螺纹作用中径和中径合格性判断原则1、作用中径（D2作用、d2作用）螺纹的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。

此假想螺纹具有基本牙型的螺距、半角以及牙型高度，并在牙顶和牙底处留有间隙，以保证不与实际螺纹的大、小径发生干涉。

故作用中径是螺纹旋合时实际起作用的小径。

外螺纹作用中径如图18.3所示。

图18.3 外螺纹的作用中径当外螺纹存在螺距误差和牙型半角误差时，只能与一个中径较大的内螺纹旋合，其效果相当于外螺纹的中径增大，这个增大了的假想中径叫做外螺纹的作用中径d2作用。

其值为d2作用⎛⎫ =d2实际＋fP+fα⎪⎪2⎭⎝同理，当内螺纹存在螺距误差及牙型半角误差时，只能与一个中径较小的外螺纹旋合，其效果相当于内螺纹的中径减小了。

这个减小了的假想中径叫做内螺纹的作用中径D2作用。

其值为D2作用⎛⎫ =D2实际－fP+fα⎪⎪2⎭⎝显然，为了使相互结合的内、外螺纹能自由旋合，应保证：D2作用≥d2作用。

2、单一中径（d2单一、D2单一）牙型上沟槽宽度等于二分之一基本螺距处的圆柱直径。

当螺距无误差时，单一中径和实际中径相等；当螺距有误差时，单一中径和实际中径不相等。

3、螺纹中径合格性的判断原则国际没有单独规定螺距和牙型半角公差，只规定了内、外螺纹的中径公差— 83 —圆柱螺纹结合的互换性（TD2、Td2），通过中径公差同时限制实际中径、螺距及牙型半角三个参数的误差，如图18.4所示。

图18.4 实际中径、作用中径与中径公差的关系由图可看出中径合格性的判断原则：对外螺纹：作用中径不大于中径最大极限尺寸；任意位置的单一中径不小于中径最小极限尺寸。

即d2作用≤d2max，d2单一≥d2min对内螺纹：作用中径不小于中径最小极限尺寸；任意位置的单一中径不大于中径最大极限尺寸。

即D2作用≥D2min，D2单一≤D2max第二节普通螺纹的公差与配合一、普通螺纹的公差带螺纹公差带由公差等级和基本偏差组成。

1、螺纹的公差等级螺纹公差带的大小由公差值确定，并按公差值大小分为若干等级，见表18.1所列。

其中6级是基本级，3级公差值最小，精度最高；9级精度最低。

各级公差值见表18.2和表18.3。

— 84 —圆柱螺纹结合的互换性表18.2 内螺纹小径公差和外螺纹大径公差（摘自GB/T197－1981）国标对内螺纹的大径和外螺纹的小径均不规定具体公差值，而只规定内、外螺纹牙底实际轮廓的任何点，均不能超过按基本偏差所确定的最大实体牙型。

表18.2 普通螺纹中径公差（摘自GB/T197－1981）— 85 —圆柱螺纹结合的互换性2、螺纹的基本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。

它确定了公差带相对基本牙型的位置。

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（es）。

国标对普通内螺纹规定了两种基本偏差，其代号为G、H，如图18.5（a），（b）。

国标对普通外螺纹规定了四种基本偏差，其代号为e、f、g、h，如图18.5（c），（d）。

图18.5 普通螺纹的基本偏差内外螺纹基本偏差值见表18.3— 86 —圆柱螺纹结合的互换性二、螺纹的旋合长度与精度等级及其选用 1、螺纹的旋合长度及其选用螺纹旋合长度是指两个相互配合的螺纹，沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度。

GB/T197－1981按螺纹公称直径和螺距规定了长、中、短三种旋合长度，分别用代号L，N，S表示。

其数值见表18.4。

设计时，一般选用中等旋合长度N；只有当结构或强度上需要时，才选用短旋合长度S或长旋合长度L。

2、螺纹的精度等级及其选用螺纹的精度不仅与螺纹直径的公差等级有关，而且与螺纹的旋合长度有关。

当公差等级一定时，旋合长度越长，加工时产生的螺距累积误差和牙型半角误差就可能越大，加工就越困难。

因此，公差等级相同而旋合长度不同的螺纹的精度等级也就不相同。

GB/T197—1981按螺纹的公差等级和旋合长度规定了三种精度等级，分别称为精密级、中等级和粗糙级。

螺纹精度等级的高低，代表了螺纹加工的难易程度。

同一精度等级，随着旋合长度的增加，螺纹的公差等级相应降低，见表18.5。

三、螺纹公差带与配合的选用表18.5中所列的11种内螺纹公差带和13种外螺纹公差带可任意组成各种配合。

但为了保证足够的接触高度，内、外螺纹最好组成H/g、H/h或G/h的配合。

— 87 —圆柱螺纹结合的互换性选择时主要考虑以下几种情况：1、为了保证旋合性，内、外螺纹应具有较高的同轴度，并有足够的接触高度和结合强度，通常采用最小间隙为零的配合（H/h）。

2、需要拆卸容易的螺纹，可选用较小间隙的配合（H/g或G/h）。

3、需要镀层的螺纹，其基本偏差按所需镀层厚度确定。

需要涂镀的外螺纹．当镀层厚度为10μm时可采用g，当镀层厚度为20 μm时可采用f，当镀层厚度为30 μm时可采用e。

当内、外螺纹均需要涂镀时，则采用G/e或斟G/f的配合。

4、在高温条件下工作的螺纹，可根据装配时和工作时的温度来确定适当的间隙和相应的基本偏差，留有间隙以防螺纹卡死。

一般常用基本偏差e 。

如汽车上用的M14×1.25规格的火花塞。

温度相对较低时，可用基本偏差g。

尽量不用；大量生产的精制紧固螺纹，推荐采用带方框的公差带。

四、螺纹在图样上的标注完整的螺纹标记由螺纹代号、公称直径、螺距、螺纹公差带代号和螺纹旋合长度代号（或数值）组成，各代号间用“—”隔开。

螺纹公差带代号包括中径公差带代号和顶径公差带代号。

若中径公差带代号和顶径公差带代号不同，则应分别注出，前者为中径，后者为顶径。

若中径和顶径公差带代号相同，则合并标注一个即可。

旋合长度代号除“N”不注出外，对于短或长旋合长度，应注出代号“S”或“L”。

也可直接用数值注出旋合长度值。

基本偏差代号小写为外螺纹，大写为内螺纹。

螺纹的标注示例如下： 1、在零件图上例1：— 88 —圆柱螺纹结合的互换性例2：2、在装配图上例3：螺纹在图样上标注时，应标注在螺纹的公称直径（大径）的尺寸线上。

五、普通螺纹基本尺寸普通螺纹的基本尺寸见表18.6所列。

六、应用举例例4 有一螺母，大径为24mm，螺距3mm，螺母中径的公差带为6H，加工后测得尺寸为：单一中径D2单一＝22.285mm，螺距误差∆P∑＝＋50μm，牙型半径误差∆α2查出旋合长度范围。

左=-80′，∆α右＝＋60′，试画出公差带图，并判断该螺母是否合格，2解：查表18.6得D2＝22.051mm，查表18.3得基本偏差EI＝0，查表18.2得中径公差TD2＝265μm，则中径的上偏差为ES＝EI＋TD2＝265μm— 89 —圆柱螺纹结合的互换性因此，中径的极限尺寸：D2max＝D2＋ES＝22.316mm，D2min＝D2＋EI＝22.051mmfp=1.∆P∑＝1.732×50μm＝86.6μm＝0.0866mm fα=2P⎛αα⎫ 0.44∆左0.∆右⎪⎪＝0.5×3×（0.44×80＋0.291×60）μm 2 22⎝⎭＝0.07899mm⎛⎫⎪f+f D2作用=D2实际－α⎪＝[22.285－（0.0866＋0.07899）] mm P2⎭⎝＝22.119mm因为 D2单一＝22.285mm＜D2max＝22.316mm D2作用＝22.119mm＞D2min＝22.051mm 所以，该螺母合格。