精设计与质量控制基础典型零部件精及互换性螺纹的公差与配合——杨.pptx

一、概述一、概述1.1.螺纹的种类和使用要求螺纹的种类和使用要求在机械制造中，螺纹联接和传动的应用在机械制造中，螺纹联接和传动的应用有很多，占有很重要的地位。根据其用有很多，占有很重要的地位。根据其用途可分为三类途可分为三类:普通螺纹、传动螺纹和紧普通螺纹、传动螺纹和紧密螺纹。密螺纹。（1）普通螺纹：通常也称紧固螺纹，主要用于联接和紧固各种机通常也称紧固螺纹，主要用于联接和紧固各种机械零件。这类螺纹联接的使用要求是械零件。这类螺纹联接的使用要求是可旋合性可旋合性(便于装配和拆换便于装配和拆换)和和联接的可靠性联接的可靠性。（2）传动螺纹：这这类类螺螺纹纹通通常常用用于于传传递递运运动动或或动动力力。螺螺纹纹联联接接的的使使用用要要求求是是传传递递动动力力的的可可靠靠性性或或传传递递位位移的准确性移的准确性。（3）紧密螺纹：这这类类螺螺纹纹用用于于密密封封联联接接。螺螺纹纹的的使使用用要要求求是是结结合合紧紧密密，不不漏漏水水、不不漏漏气气和和不漏油。不漏油。二、普通螺纹的主要几何参数螺螺纹纹的的几几何何参参数数取取决决于于螺螺纹纹轴轴向向剖剖面面内内的的基基本本牙牙型型。其其基基本本牙牙型型是是将将原原始始三三角角形形(等等边边三三角角形形)的的顶顶部部截截去去H/8H/8和和底底部部截截去去H/4H/4所所形形成成的的内内、外外螺螺纹纹共共有有的的理理论论牙牙型型。该该牙牙型型是是具具有有螺螺纹纹的的基基本尺寸。本尺寸。普通螺纹基本牙型：普通螺纹基本牙型：返回大径返回小径返回中径返回螺距返回牙型半角返回螺纹旋合长度螺纹旋合长度1大径(D、d)：大大径径是是指指与与内内螺螺纹纹牙牙底底或或外外螺螺纹纹牙牙顶顶相相切切的的假假想想圆圆柱柱或或圆圆锥锥的的直直径径。相相结结合合的的内内、外螺纹的大径基本尺寸相等，即外螺纹的大径基本尺寸相等，即D=d D=d。内内螺螺纹纹的的大大径径D D又又称称”底底径径”,外外螺螺纹纹的的大大径径d d又又称称”顶顶径径”。普普通通螺螺纹纹大大径径的的基基本本尺尺寸寸为为螺纹公称直径螺纹公称直径尺寸。尺寸。小径(D1、d1)：小小径径是是指指与与内内螺螺纹纹牙牙顶顶或或外外螺螺纹纹牙牙底底相相切切的的假假想想圆圆柱柱或或圆圆锥锥的的直直径径。相相结结合合的的内内、外外螺螺纹的小径基本尺寸相等纹的小径基本尺寸相等,即即D D=d=d1 1。内内螺螺纹纹的的小小径径D D1 1又又称称“顶顶径径”,外外螺螺纹纹的的小小径径d d1 1又称又称“底径底径”。中径(D、d)：中中径径是是指指一一个个假假想想圆圆柱柱或或圆圆锥锥的的直直径径，该该圆圆柱柱或或圆圆锥锥的的母母线线通通过过螺螺纹纹牙牙型型上上沟沟槽槽和和凸凸起起宽宽度度相相等等的的地地方方，此此假假想想圆圆柱柱称称为为中中径径圆圆柱柱。中中径径圆圆柱柱的的母母线线称称为为中中径径线线，其其轴轴线线即即为为螺螺纹纹轴轴线线,相相结结合合的的内内、外外螺螺纹纹中中径的基本尺寸相等，即径的基本尺寸相等，即D D=d=d。4螺距(P)：螺螺距距是是指指相相邻邻两两牙牙在在中中径径线线上上对对应应两两点间的轴向距离。点间的轴向距离。5单一中径(D2s、d2s)：单单一一中中径径是是指指一一个个假假想想圆圆柱柱的的直直径径，该该圆圆柱柱的的母母线线通通过过牙牙型型上上沟沟槽槽宽宽度度等等于于螺螺距距基基本本尺尺寸寸一一半半地地方方的的直直径径。用用以以表表示示螺螺纹纹中中径的实际尺寸。径的实际尺寸。牙型半角（/2）：牙牙型型半半角角是是指指在在螺螺纹纹牙牙型型上上牙牙侧侧与与螺螺纹纹轴轴线线的的垂垂直直线线间间的的夹夹角角。普普通通螺螺纹纹的的牙牙型型半半角为角为3030。螺纹旋合长度：螺螺纹纹旋旋合合长长度度是是指指内内外外螺螺纹纹旋旋合合时时螺螺旋旋面面接触部分的轴向长度。接触部分的轴向长度。8 8、导程、导程S S（L L、t t）：）：同一螺旋线上相邻两牙中径线上对应点间同一螺旋线上相邻两牙中径线上对应点间的轴向距离。单线螺纹，的轴向距离。单线螺纹，S=PS=P 多线螺纹，多线螺纹，S=nPS=nP 其中：其中：n n螺纹线数螺纹线数9 9、原始三角形高度（、原始三角形高度（H H）和牙型高度（和牙型高度（5/85/8H H）：）：1010、螺纹接触高度、螺纹接触高度：两两相相配配合合螺螺丝丝纹纹牙牙型型上上，相相互互重重合合部部分分在在垂垂直于螺纹轴线方向上的距离。直于螺纹轴线方向上的距离。三、螺纹几何参数偏差对互换性的影响螺螺纹纹联联接接要要实实现现其其互互换换性性,必必须须保保证证良良好好的的旋旋合合性性和和一一定定的的联联接接强强度度。影影响响螺螺纹纹互互换换性性的的主主要要几几何何参参数数有有五五个个:大大径径、小小径径、中中径径、螺螺距距和和牙牙型型半半角角。这这几几个个参参数数在在加加工工过过程程中中不不可可避避免免地地会会产产生生一一定定的的加加工工误误差差,不不仅仅会会影影响响螺螺纹纹的的旋旋合合性性、接接触触高高度度、配配合合松松紧紧、还还会会影影响响联联接接的的可可靠靠性性,从而影响螺纹的互换性。从而影响螺纹的互换性。内内、外外螺螺纹纹加加工工后后,外外螺螺纹纹的的大大径径和和小小径径要要分分别别小于内螺纹的大径和小径，才能保证旋合性。小于内螺纹的大径和小径，才能保证旋合性。由由于于螺螺纹纹旋旋合合后后主主要要是是依依靠靠螺螺牙牙侧侧面面工工作作，如如果果内内、外外螺螺纹纹的的牙牙侧侧接接触触不不均均匀匀，就就会会造造成成负负荷荷分分布布不不均均，势势必必降降低低螺螺纹纹的的配配合合均均匀匀性性和和联联接接强强度度。因因此此对对螺螺纹纹互互换换性性影影响响较较大大的的参参数数是是中中径径、螺螺距距和牙型半角和牙型半角。1中径偏差的影响：中径偏差是指中径的实际尺寸中径偏差是指中径的实际尺寸(以单一中径体现以单一中径体现)与与基本尺寸之代数差。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，联接强度性；若过小，则会使牙侧间的间隙增大，联接强度降低。降低。要控制螺纹的中径偏差。国标中规定了普通螺纹的要控制螺纹的中径偏差。国标中规定了普通螺纹的中径公差。中径公差。2螺距误差的影响（1）螺距误差可分为单个螺距误差和螺距累积误差两种。螺距误差可分为单个螺距误差和螺距累积误差两种。单单个个螺螺距距误误差差：是是指指单单个个螺螺距距的的实实际际值值与与其其公公称称值值之代数差，它之代数差，它与旋合长度无关与旋合长度无关。螺螺距距累累积积误误差差：是是指指在在规规定定的的螺螺纹纹长长度度内内，任任意意个个实实际际螺螺距距与与其其公公称称值值的的最最大大差差值值，它它与与旋旋合合长长度度有有关关。螺距累积误差对互换性的影响更为明显。螺距累积误差对互换性的影响更为明显。2螺距误差的影响（2）假设内螺纹具有基本牙型，仅与存在螺距误假设内螺纹具有基本牙型，仅与存在螺距误差的外螺纹结合。外螺纹差的外螺纹结合。外螺纹N N个螺距的累积误差个螺距的累积误差为为PP(m)(m)。内、外螺纹牙侧产生干涉而内、外螺纹牙侧产生干涉而不能旋合。为防止干涉，为使具有不能旋合。为防止干涉，为使具有PP的外的外螺纹旋入理想的内螺纹螺纹旋入理想的内螺纹,就就必须使外螺纹的中必须使外螺纹的中径减小一个数值径减小一个数值fp(m)fp(m)。如下图所示如下图所示。L理论=nPL实际=nP1Pfp/2螺距累积误差对旋合性的影响示例（螺距累积误差对旋合性的影响示例（1 1）：）：内螺纹内螺纹外螺纹外螺纹螺距累积误差对旋合性的影响示例（螺距累积误差对旋合性的影响示例（2 2）：）：2螺距误差的影响（3）：同理，假设外螺纹具有基本牙型，与仅存在螺距同理，假设外螺纹具有基本牙型，与仅存在螺距偏差的内螺纹与其结合。设在偏差的内螺纹与其结合。设在N N个螺牙的旋合长度个螺牙的旋合长度内，内螺纹存在内，内螺纹存在PP。为保证旋合性，就必须将。为保证旋合性，就必须将内螺纹中径增大一个数值内螺纹中径增大一个数值f fp p。f fp p就是为补偿螺距累就是为补偿螺距累积误差而折算到中径上的当量数值，称为积误差而折算到中径上的当量数值，称为螺距误螺距误差的中径补偿值差的中径补偿值。两种情况下的当量计算公式为：。两种情况下的当量计算公式为：3牙型半角误差的影响（1）：牙牙型型半半角角误误差差是是指指牙牙型型半半角角的的实实际际值值对对公公称称值值的的代代数数差差，是是螺螺纹纹牙牙侧侧相相对对于于螺螺纹纹轴轴线线的的位位置置误误差差。对对螺螺纹纹的的旋旋合合性性和和联联接接强强度度均均有有影影响响。牙牙型型半半角角误误差差对对旋旋合合性性的的影影响如下图所示。响如下图所示。牙型半角误差对旋合性影响示例：牙型半角误差对旋合性影响示例：3牙型半角误差的影响（2）：外外螺螺纹纹：外外螺螺纹纹存存在在牙牙型型半半角角误误差差时时，必必须须将将外外螺螺纹纹牙牙型型沿沿垂垂直直螺螺纹纹轴轴线线的的方方向向下下移移，从而使外螺纹的中径减小一个数值从而使外螺纹的中径减小一个数值f f/2/2。内内螺螺纹纹：内内螺螺纹纹存存在在牙牙型型半半角角误误差差时时，必必须须将将内内螺螺纹纹中中径径增增大大一一个个数数值值f f/2/2，该该值值称称为为牙牙型型半半角角误误差差的的中中径径补补偿偿值值。牙牙型型半半角角偏偏差差的计算公式如下：的计算公式如下：f fa/2a/2=0.073P(k1*=0.073P(k1*/2/2（左）左）+k2*/2/2（右）右）)/20/20时，时，k1(k1(或或k2)=2k2)=2/20/20时，时，k1(k1(或或k2)=3k2)=31）作用中径：作作用用中中径径：在在旋旋合合时时，在在旋旋合合长长度度内内实实际际起起作作用用的的中径。中径。作作用用中中径径的的度度量量：在在规规定定的的旋旋合合长长度度内内，恰恰好好包包容容实实际际外外（内内）螺螺纹纹的的一一个个理理想想内内（外外）螺螺纹纹的的中中径径称称为为外外（内内）螺螺纹纹作作用用中中径径d d2m2m（D D2m2m），它它可可以以表表达达为：为：外螺纹：外螺纹：内螺纹：内螺纹：4普通螺纹实现互换性的条件2）中径公差：对对于于普普通通螺螺纹纹，影影响响其其互互换换性性的的主主要要参参数数是是中中径径、螺螺距距和和牙牙型型半半角角。由由于于螺螺距距误误差差和和牙牙型型半半角角误误差差对对螺螺纹纹互互换换性性的的影影响响均均可可以以折折算算成成中中径径当当量量，并并与与中中径径尺尺寸寸偏偏差差形形成成作作用用中中径径。考考虑虑到到作作用用中中径径的的存存在在，可可以以不不单单独独规规定定螺螺距距公公差差和和牙牙型型半半角角公公差差，而而仅仅规规定定一一项项中中径径公公差差，用用以以控控制制中中径径本本身身的的尺尺寸寸偏偏差差、螺螺距距误误差差和和牙牙型型半半角角误误差差的的综综合合影影响。响。3）螺纹中径合格性判断原则：由于作用中径的存在以及螺纹中径公差的综合性，由于作用中径的存在以及螺纹中径公差的综合性，因此中径合格与否是衡量螺纹互换性的主要依据。因此中径合格与否是衡量螺纹互换性的主要依据。判断中径的合格性应遵循泰勒原则判断中径的合格性应遵循泰勒原则:实际螺纹的作用中径不允许超出最大实体牙型的实际螺纹的作用中径不允许超出最大实体牙型的中径，任何部位的单一中径不允许超出最小实体中径，任何部位的单一中径不允许超出最小实体牙型的中径。用表达式即为：牙型的中径。用表达式即为：外螺纹：外螺纹：内螺纹：内螺纹：d2minTd2d2maxd2md2sfpf/2TD2D2sD2mfpf/2D2，d2D2maxD2min内螺纹内螺纹外外螺螺纹纹螺纹中径合格性判断示例：螺纹中径合格性判断示例：例例1 1 有一螺栓有一螺栓M242-6hM242-6h，中径基本尺寸中径基本尺寸d d2 2=25.701=25.701 mmmm，测得其单一中径测得其单一中径d d2S2S=25.5mm=25.5mm，螺距误差螺距误差P=+35mP=+35m，牙型半角误差牙型半角误差/2/2（左）左）=-30=-30，/2/2（右右）=+65=+65，试判断其合格性。，试判断其合格性。解：解：1 1）查附表）查附表6-146-14、6-156-15，得：得：中径上偏差中径上偏差 es=0 es=0 中径公差中径公差 TdTd2 2=170m=170m，经计算可得外螺纹中径极限尺寸经计算可得外螺纹中径极限尺寸 d d2max 2max=25.701 mm=25.701 mm，d d2min2min=25.531 mm=25.531 mm，2 2）计算螺距累积误差和牙型半角误差的中径当量及作用计算螺距累积误差和牙型半角误差的中径当量及作用中径为中径为 f fP P=1.73235m=0.061mm=1.73235m=0.061mm f fa/2a/2=0.0732=0.0732（33-30-30+265m=0.032 mm+265m=0.032 mm d d2m2m=25.5+0.061+0.032=25.593mm=25.5+0.061+0.032=25.593mm 3 3）判断合格性判断合格性 d d2m2m=25.593mm=25.593mmd d2max 2max=25.701 mm=25.701 mm，d d2S2S=25.5mmd=25.5mmd2 min2 min=25.531 mm=25.531 mm，故该螺纹中径不合格。故该螺纹中径不合格。1、螺纹公差带 公公差差带带的的大大小小和和公公差差等等级级：公公差差带带的的大大小小由由公公差差值值确确定定，表表示示螺螺纹纹中中径径尺尺寸寸的的允允许许变变动动量量。内内外外螺螺纹纹中中径径的的公公差差等等级级见见教材教材P148P148表表6-116-11。其中。其中6 6级为基本级。级为基本级。公公差差带带的的位位置置和和基基本本偏偏差差 :公公差差带带的的位位置置是是指指公公差差带带相相对对与与基基本本牙牙型型的的距距离离，该该距距离离由由基基本本偏偏差差决决定定。规规定定内内螺螺纹纹的的下下偏偏差差（EIEI）和和外外螺螺纹纹的的上上偏偏差差（eses）为为基基本本偏偏差差。对对内内螺螺纹纹规规定定代代号号为为H H和和G G的的两两种种基基本本偏偏差差；对对外外螺螺纹纹规规定定代代号号为为e e、f f、g g、h h四种基本偏差。基本偏差值见教材四种基本偏差。基本偏差值见教材P149P149表表6-146-14。四、普通螺纹的精度设计螺纹中径和顶径的基本偏差：螺纹中径和顶径的基本偏差：2、螺纹公差等级与旋合长度螺螺纹纹结结合合的的精精度度不不仅仅与与螺螺纹纹公公差差带带大大小小有有关关，还还与与螺螺纹纹的的旋旋合合长长度度有有关关。旋旋合合长长度度愈愈长长，螺螺距距的的累累积积误误差差愈愈大大，较较难难旋旋合合，且且加加工工长长螺螺纹纹比比短短螺螺纹纹难难以以保保证证精精度度。因因此此对对不不同同的的旋旋合合长长度度规规定定不不同同大大小小的的公公差差带带，旋旋合合长长度度是螺纹精度设计中必须考虑的因素。是螺纹精度设计中必须考虑的因素。国国标标中中规规定定了了不不同同直直径径和和螺螺距距所所对对应应的的旋旋合合长长度度，分分为为短短（S S）、中中（N N）、长长（L L）三三种种旋合长度。见教材旋合长度。见教材P148P148表表6-116-11、P151P151表表6-196-19。国国标标按按螺螺纹纹公公差差等等级级和和旋旋合合长长度度规规定定了了三三种种类类型型的的公公差差带带，分分别别是是精精密密级级、中中等等级级和和粗粗糙糙级级，代代表表着着不不同同的的加加工工难难度度。见见教教材材P151P151表表6-176-17、6-186-18。3、螺纹精度设计：结合精度的确定：结合精度的确定：精密级精密级用于精密联结螺纹。用于精密联结螺纹。中等级中等级用于一般用途联结。用于一般用途联结。粗糙级粗糙级用于要求不高及制造困难的螺纹。用于要求不高及制造困难的螺纹。旋旋合合长长度度的的确确定定：一一般般多多用用N N组组。根根据据公公称称直直径径和和螺螺距距选选择。见教材择。见教材P151P151表表6-196-19。公公差差带带的的确确定定：是是螺螺纹纹公公差差等等级级和和基基本本偏偏差差的的组组合合。表表示示方方法法是是公公差差等等级级后后加加上上基基本本偏偏差差代代号号。如如外外螺螺纹纹：6 6f f；内内螺纹：螺纹：6 6H H。配配合合的的选选用用：理理论论上上，表表中中的的内内外外螺螺纹纹可可以以构构成成各各种种配配合合，但但从从保保证证足足够够的的接接触触高高度度出出发发，最最好好选选用用H/gH/g、H/hH/h、G/hG/h的配合。的配合。表面粗糙度：国标有普通螺纹的表面粗糙度推荐值。表面粗糙度：国标有普通螺纹的表面粗糙度推荐值。一一般般情情况况下下，选选用用中中等等精精度度、中中等等旋旋合合长长度度的的公公差差带带，即即内内螺螺纹纹公公差差带带常常选选6 6H H、外外螺螺纹纹公公差差带带6 6h h、6g6g应用较广。应用较广。4、普通螺纹的标记：完完整整的的螺螺纹纹标标记记由由螺螺纹纹代代号号（含含螺螺纹纹公公称称直直径径、螺螺距距）、螺螺纹纹公公差差等等级级代代号号（按按中中径径、顶顶径径顺顺序序）和螺纹旋合长度组成，中间用和螺纹旋合长度组成，中间用“-”隔开。隔开。举例：举例：外螺纹：外螺纹：M20-5g6g-SM20-5g6g-S 内螺纹：内螺纹：M201.5M201.5左左-6H-6H 内外螺纹配合时：内外螺纹配合时：M202-6H/5g6g-SM202-6H/5g6g-S例例2 2 外螺纹外螺纹M20-5h6hM20-5h6h，测得其实际大径测得其实际大径d d实际实际=19.950mm=19.950mm，实际中径，实际中径d d2 2实际实际 =18.250mm=18.250mm，螺距累积误差螺距累积误差P P=50m=50m，牙型半角误差牙型半角误差/2/2（左）左）=-=-3030，/2/2（右右）=+=+5050，试评定其合格性，并判断能否顺利旋入具，试评定其合格性，并判断能否顺利旋入具有理想轮廓的螺母（参见有理想轮廓的螺母（参见p152p152图图6-196-19）。）。解：由螺纹基本尺寸表（参见机械零件手册）、表解：由螺纹基本尺寸表（参见机械零件手册）、表6-146-14、6-156-15查得：查得：P=2.5mm dP=2.5mm d2 2=18.376mm=18.376mm 中径上偏差中径上偏差 es=0 es=0 中径公差中径公差 T Td d2 2=132m=132m 大径上偏差大径上偏差 es=0 es=0 大径公差大径公差 T Td d=335m=335m 1 1）判断螺纹大径的合格性）判断螺纹大径的合格性 经计算可得大径极限尺寸：经计算可得大径极限尺寸：d dmax max=20mm=20mm，d dminmin=19.665 mm=19.665 mm 因为因为 d dmin min d d实际实际 =19.950 d=19.950 dmaxmax 结果：结果：大径合格大径合格。2 2）中径合格性判断中径合格性判断 中径极限尺寸：中径极限尺寸：d d2max 2max=18.376 mm=18.376 mm，d d2min 2min=18.244 mm=18.244 mm 由式由式6-46-4得螺距累积误差的中径补偿值为得螺距累积误差的中径补偿值为 f fP P=1.73250m=87=1.73250m=87 m m 由式由式6-96-9得牙型半角误差的中径补偿值为得牙型半角误差的中径补偿值为 f fa/2a/2=0.0732.5=0.0732.5（33-30-30+250+250）=35m=35m 螺纹的作用中径为：螺纹的作用中径为：d d2 2作用作用=d=d2 2实际实际+(f+(fp p+f+f/2/2)=18.250+)=18.250+（0.087+0.0350.087+0.035）=18.372 mm=18.372 mm 因为因为 d d2 2作用作用 ddd2min2min 结果：结果：中径合格中径合格3 3）螺纹合格性判断螺纹合格性判断 因因为为该该螺螺纹纹大大径径合合格格、中中径径合合格格，故故该该螺螺纹纹合合格格，能能够够顺顺利利旋旋入入具具有有理想轮廓的螺母。理想轮廓的螺母。