-
1 内容
-
2 练习
-
3 案例
-
4 资源下载
5.2 螺纹结合的精度设计
5.2.1 概述
1螺纹的种类及使用要求
螺纹结合在机械制造工业应用极其广泛。螺纹通常按用途分为以下三类。
（1）紧固螺纹
（2）传动螺纹
（3）管螺纹
2普通螺纹主要几何参数、
普通螺纹的基本牙型如图7-1中的粗实线所示，它是按规定的削平高度，将原始等边三角形的顶部和底部削去后所形成的内、外螺纹共有的理论牙型，是规定螺纹极限偏差的基础。
普通螺纹的主要几何参数如下：
（1）大径D和d大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱的直径。大径是内、外螺纹的公称直径，D=d。
单一中径是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值一半（P/2）的地方，见图7-2。单一中径可以用三针法测得，以表示中径实际尺寸的数值。
牙型角是指在螺纹牙型上，相邻的两牙侧间的夹角，如图7-3a所示。牙型角的一半称为牙型半角。普通螺纹牙型半角为30°。
牙侧角是指在螺纹牙型上，牙侧与螺纹轴线的垂线间的夹角，如图7-3b所示。普通螺纹牙侧角的基本值为30°。
（7）螺纹接触高度
螺纹接触高度是指在两个相互配合螺纹的牙型上，它们的牙侧重合部分在垂直于螺纹轴线方向上的距离。普通螺纹的接触高度的基本值等于5H/8。
（8）螺纹旋合长度
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。
5.2.2 普通螺纹几何精度分析
螺纹的几何精度，首先应满足互换性原则。要实现普通螺纹的互换性，必须满足其使用要求，即保证其旋合性和连接强度。前者是指相互结合的内、外螺纹能够自由旋入，并获得指定的配合性质。后者是指相互结合的内、外螺纹的牙侧能够均匀接触，具有足够的承载能力。影响螺纹结合互换性的几何参数误差有：直径偏差、螺距偏差和牙型半角误差。
1直径偏差的影响
螺纹直径（包括大径、小径和中径）的偏差是指螺纹加工后直径的实际尺寸与螺纹直径的基本尺寸之差。由于相互结合的内、外螺纹直径的基本尺寸相等，因此，如果外螺纹直径的偏差大于内螺纹对应直径的偏差，则不能保证它们的旋合性；倘若外螺纹直径的偏差比内螺纹对应直径的偏差小得多，那么，虽然它们能够旋入，但会使它们的接触高度减小，从而削弱它们的连接强度。由于螺纹的配合面是牙侧面，故中径偏差对螺纹互换性的影响比大径偏差、小径偏差的更大。必须控制螺纹直径的实际尺寸，对直径规定适当的上、下偏差。
2螺距偏差的影响
螺距误差分为螺距偏差
是指螺距的实际值与其基本值之差。
是指在规定的螺纹长度内，任意两同名牙侧与中径线交点间的实际轴向距离与其基本值之差中的最大绝对值。
更大。
参看图7-4，相互结合内、外螺纹的螺距的基本值为P，假设内螺纹为理想螺纹，其所有的几何参数皆无误差；而外螺纹仅存在螺距误差，它的n个螺距的实际轴向距离
，大于其基本值nP（内螺纹的实际轴向距离
），因此它的螺距累积误差为
使内、外螺纹牙侧产生干涉（图中阴影部分）而不能旋合。
为了保证旋合性，则应将螺纹的中径修正一个数值
称为螺距误差的中径当量。由图7-4中的△ABC可求出：
3牙型半角误差的影响
牙型半角误差是指牙侧角的实际值与其基本值之差，它包括螺纹牙侧的形状误差和牙侧相对于螺纹轴线的垂线的位置误差。
牙型半角误差对旋合性的影响如图7-5所示，相互结合内、外螺纹的牙侧角基本值为30°，假设内螺纹L（粗实线）为理想螺纹，而外螺纹2（细实线）仅存在牙侧角偏差（左牙侧角偏差
，右牙侧角偏差
），使内、外螺纹牙侧产生干涉（图中画斜线部分）而不能旋合。
为了使上述具有牙侧角偏差的外螺纹能够族入理想的内螺纹，保证旋合性，应将外螺纹的干涉部分切掉，把处螺纹螺无应移至虚线3处，使外螺纹轮廓刚好能被内螺纹轮廓包容
（或
）称为牙侧角偏差的中径当量。
考虑到左、右牙侧角偏差均有可能为正值或负值，并且考虑内螺纹F。的计算：
4普通螺纹实现互换性的条件
从以上的分析可知：影响螺纹旋合性的主要因素是中径偏差、螺距偏差和牙侧角偏差。
它们的综合结果可用作用中径表示。
当外螺纹存在螺距累积误差和牙侧角偏差时，需将它的中径减小（
），方能与理想的内螺纹旋合。若不减小它的中径，则它只能与一个中径较大的内螺纹相旋合。同理，存在螺距累积误差和牙侧角偏差的实际内螺纹，只能与一个中径较小的外螺纹旋合。
在规定的旋合长度内，恰好包容实际外螺纹的假想内螺纹的中径，称为该外螺纹的作用中径，用代号
表示；恰好包容实际内螺纹的假想外螺纹的中径，称为内螺纹的作用中径。用代号
表示。
外螺纹和内螺纹的作用中径可分别按下式计算：
国家标准规定螺纹中径合格性的判断遵守泰勒原则，即实际螺纹的作用中径不能超出最大实体牙型的中径，而实际螺纹上任何部位的单一中径不能超出最小实体牙型的中径。
根据中径合格性判断原则，合格的螺纹应满足下列不等式：
5.2.3 普通螺纹结合的精度设计
GB/T197-2003对基本大径为1~355mm、螺距基本值为0.2~8mm的普通螺纹规定了配合最小间隙为零以及具有保证间隙的螺纹公差带、旋合长度和公差精度。螺纹的公差带由公差带的位置和公差带的大小决定；螺纹的公差精度则由螺纹公差带和旋合长度决定，如图7-7所示。
1螺纹公差带
螺纹公差带是沿基本牙型的牙侧、牙顶和牙底分布的公差带，由基本偏差和公差两个要素构成，在垂直于螺纹轴线的方向计量其大、中、小径的极限偏差和公差值。
1）螺纹的公差
螺纹公差用来确定公差带的大小，它表示螺纹直径的尺寸允许变动范围。GB/T197-2003对螺纹中径和顶径分别规定了若干公差等级，其代号用阿拉伯数字表示，具体规定如下。其中，3级最高，数字越大，表示公差等级越低。
2）螺纹的基本偏差
螺纹的基本偏差用来确定公差带相对于基本牙型的位置。GB/T197-2003对螺纹的中径和顶径规定了基本偏差，并且它们的数值相同。对内螺纹规定了代号为G、H的两种基本偏差（皆为下偏差EI)，如图7-8所示；对外螺纹规定了代号为e、f、g、h的四种基本偏差（皆为上偏差es），如图7-9所示（图中
为外螺纹实际小径的最大允许值）。内、外螺纹基本偏差的数值见附表7-4。
按泰勒原则使用螺纹量规检验被测螺纹合格与否时，螺纹中径公差是一项综合公差，螺纹最大和最小实体牙型的中径分别控制了作用中径和单一中径，而作用中径又是单一中径、螺距误差和牙侧角偏差的综合结果，因此中径公差就具有三个功能：控制中径本身的尺寸偏差，还控制螺距误差和牙侧角偏差。当螺纹的单一中径偏离最大实体牙型中径时，允许存在螺距误差和牙侧角偏差。
将螺纹的中径和顶径的公差等级代号和基本偏差代号组合，就构成了它们的公差带代号。标注时中径公差带代号在前，顶径公差带代号在后。
2螺纹的旋合长度与精度等级
内、外螺纹的旋合长度是螺纹精度设计时应考虑的一个因素。根据螺纹的公称直径和螺距基本值，GB/T197-2003规定了三组旋合长度，即短旋仓长度组（S）、中等旋合长度组（N）和长旋合长度组（L）。
通常采用中等旋合长度组。为了加强连接强度，可选择长旋合长度组。对空间位置受到限制或受力不大的螺纹，可选择短旋合长度组。
螺纹的公差等级仅反映了中径和顶径尺寸精度的高低，若要综合评价螺纹质量，还应考虑旋合长度，因为旋合长度越长的螺纹，产生的螺距累积误差就越大，且较易弯曲，这就对互换性产生不利的影响。因此，GB/T197-2003根据螺纹的公差带和旋合长度两个因素，规定了螺纹的公差精度，分为精密级、中等级和粗糙级。
3螺纹精度设计
1）精度等级的选用
对于间隙较小，要求配合性质稳定，需保证一定的定心精度的精密螺纹，采用精密级；对于一般用途的螺纹，采用中等级；不重要的以及制造较困难的螺纹采用粗糙级，例如在深盲孔内加工螺纹。
2）公差带的选用
表7-1所列内、外螺纹的公差带可以任意选择组合成各种螺纹配合。螺纹配合的选用主要根据使用要求，一般，为了保证旋合后的螺纹副有足够的螺纹接触高度，以保证螺纹的连接强度，螺纹副宜优先选用H/h配合。为了拆装方便及改善螺纹的疲劳强度，可选用小间隙配合，H/g、或G/h。
3）螺纹的几何公差与螺纹牙侧表面粗糙度轮廓要求
对于普通螺纹，一般不规定几何公差，其几何误差一般不得超出螺纹轮廓公差带所限定的极限区域。仅对高精度螺纹规定了在旋合长度内的圆柱度、同轴度和垂直度等几何公差。它们的公差值一般不大于中径公差的5%，并按包容要求控制。
螺纹牙侧的表面粗糙度轮廓主要根据用途和中径公差等级来确定，表7-2列出了牙侧表面粗糙度轮廓幅度参数Ra的推荐上限值，供设计时参考。
4螺纹在图样上的标记
完整的螺纹标记依次由普通螺纹特征代号（M）、尺寸代号（公称直径×螺距，单位为mm）、公差带代号及其他信息（旋合长度组代号、旋向代号）组成，并且尺寸代号、公差带代号、旋合长度组代号和旋向代号之间各用短横线“一”分开。例如：
M12×1-5h6h-L-LH
M：螺纹特征代号
12×1：尺寸代号（公称直径12mm，单线细牙螺纹，螺距1mm。粗牙螺纹不标注螺距数值）
5h6h：外螺纹公差带代号（中径公差带代号5h，顶径公差带代号6h）
L：旋合长度组代号（L：旋合长度长；S：旋合长度短；N：旋合长度中等，不标注）
LH：左旋旋向代号（右旋螺纹不标注旋向代号）
表示内、外螺纹配合时，内螺纹公差带代号在前，外螺纹公差带代号在后，中间用斜线分开。例如，M20×2-7H/7g6g-L.
对于中等公差精度螺纹，公称直径D（或d）1.6mm的6H、6g公差带和公称直径D（或d）≤1.4mm的5H、6h公差带的代号不标注。
