第9章 螺纹公差及检测

互换性与技术测量第九章— 第九章—螺纹公差及检测

第9章 螺纹公差及检测 章

互换性与技术测量

主要内容第九章 螺纹公差及检测1.螺纹的分类、使用要求及主要几何参数； 螺纹的分类、使用要求及主要几何参数； 螺纹几何参数对互换性的影响； 2.螺纹几何参数对互换性的影响； 普通螺纹的公差及基本偏差； 3.普通螺纹的公差及基本偏差； 标准推荐的公差带及其选用； 4. 标准推荐的公差带及其选用； 螺纹标记； 5. 螺纹标记； 梯形螺纹的公差及其应用。 6.梯形螺纹的公差及其应用。 螺纹检测。 7.螺纹检测。

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学习指导本章学习目的是了解普通螺纹互换性的 特点及其公差标准的应用。 特点及其公差标准的应用。学习要求是了解 普通螺纹主要几何误差对互换性的影响； 普通螺纹主要几何误差对互换性的影响；建 立螺纹作用中径的概念； 立螺纹作用中径的概念；通过对螺纹公差带 分布的分析， 分布的分析，掌握普通螺纹公差与配合的特 点及螺纹精度的选择； 点及螺纹精度的选择；掌握螺纹的标记和标 注方法。了解梯形螺纹的公差与配合； 注方法。了解梯形螺纹的公差与配合；了解 螺纹测量方式和方法。 螺纹测量方式和方法。

(一)螺旋传动机构 螺旋传动机构是用内、外 螺纹组成的螺旋副来传递 运动和动力的装置。 主要用来将回转运动变为 直线运动，同时传递运动 和动力。示例

螺旋传动机构螺纹按牙形剖面形状可以分 三角形、矩形、 为三角形、矩形、梯形和锯 齿形等。 齿形等

螺距： 螺距：相邻牙齿在中线上对 应两点的距离， 表示。 应两点的距离，用p表示。 导程： 导程：同一条螺旋线相邻牙 齿在中线上对应两点的轴向 距离， 表示。 距离，用s表示。

单线、双线和三线螺纹根据螺旋线旋转方 螺纹可分为右 向，螺纹可分为右 旋和左旋两种 旋和左旋两种

右 旋

左 旋

单线螺纹

双线螺纹

三线螺纹

导程与螺距的关系：S=kp。 导程与螺距的关系：S=kp。 其中k为螺纹的线数 其中k

螺旋传动机构普通螺旋机构中，螺杆(或螺母)旋转一周，螺母( 普通螺旋机构中，螺杆(或螺母)旋转一周，螺母(或螺 移动一个导程s 所以不管是螺母位移或螺杆位移， 杆)移动一个导程s。所以不管是螺母位移或螺杆位移，其 位移量与螺旋传动时的转速n之间的关系为： 位移量与螺旋传动时的转速n之间的关系为：L=nst 螺旋传动的特点 1.结构简单 2.降速比大，可以实现微调和降速传动 3.可以增力 4.在一定条件下实现逆行自锁，即能够 L-螺母或螺杆

位移(mm) 螺母或螺杆位移(mm) 将回转运动变为轴线方向的直线运动， S-螺纹的导程(mm) 螺纹的导程(mm) 而不能相反，即无论轴线方向的力多大， 螺杆或螺母的转速( 都不能产生回转，当然也不可能实现轴 n-螺杆或螺母的转速(r/min) 时间( 向运动。 t-时间(min) 5.工作连续、平稳，无噪声。 螺旋传动机构最大缺点：效率低,效率 低于50%

螺旋传动机构-滚珠螺旋传动 为克服螺旋传动效率低的缺点，采用以滚动摩擦代替 滑动摩擦的滚珠螺旋传动

滚珠螺旋传动的特点： 滚珠螺旋传动的特点： 1.机械效率高 0.90~0.95) 机械效率高( 1.机械效率高(0.90~0.95) 2.摩擦力大小几乎与运动速度无关 摩擦力大小几乎与运动速度无关， 2.摩擦力大小几乎与运动速度无关，启动转矩接近于 运动转矩， 运动转矩，传动灵敏磨损小 3.给予适当预紧可以消除间隙 给予适当预紧可以消除间隙， 3.给予适当预紧可以消除间隙，提高传动精度和轴向 刚度 4.不能逆向自锁 4.不能逆向自锁 5.制造工艺复杂 制造工艺复杂， 5.制造工艺复杂，成本较高

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9.1 概述9.1.1 螺纹分类及使用要求 螺纹结合是机械制造和仪器制造中应用很广泛 的结合形式。 的结合形式。 螺纹按其用途可分为三类，其使用要求如下： 螺纹按其用途可分为三类，其使用要求如下： 普通(紧固) 1、普通(紧固)螺纹 通常也称紧固螺纹，如公制普通螺纹等， 通常也称紧固螺纹，如公制普通螺纹等， 主要用于联接和紧固各种机械零件( 主要用于联接和紧固各种机械零件(例如用 螺钉将轴承端盖固定在箱体上)。 )。这类螺纹 螺钉将轴承端盖固定在箱体上)。这类螺纹 便于装配和拆换) 联接的使用要求是可旋合性(便于装配和拆换) 和联接的可靠性。

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9.1 概述9.1.1 螺纹分类及使用要求 螺纹按其用途可分为三类，其使用要求如下： 螺纹按其用途可分为三类，其使用要求如下： 2.传动螺纹 这类螺纹通常用于传递运动或动力( 这类螺纹通常用于传递运动或动力(例 如普通车床进给机构中的丝杠螺母副和滚动 螺旋传动的滚珠丝杠副)。 )。传动螺纹都采用 螺旋传动的滚珠丝杠副)。传动螺纹都采用 圆柱螺纹结合。如梯型螺纹、丝杆等。 圆柱螺纹结合。如梯型螺纹、丝杆等。螺纹 联接的使用要求是传递动力的可靠性或传递 位移的准确性。

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9.1 概述9.1.1 螺纹分类及使用要求 螺纹按其用途可分为三类，其使用要求如下： 螺纹按其用途可分为三类，其使

用要求如下： 3.紧密螺纹 这类螺纹用于密封联接。 这类螺纹用于密封联接。主要用于使两 个零件紧密连接而无泄漏的结合，如管螺纹。 个零件紧密连接而无泄漏的结合，如管螺纹。 结合紧密， 对这类螺纹的使用要求是结合紧密，结合具 有过盈，以保证密封性和一定的连接强度。 有过盈， 达到不漏水、不漏气和不漏油的密封要求。 达到不漏水、不漏气和不漏油的密封要求。 紧密螺纹多为三角形牙型的圆锥螺纹。 紧密螺纹多为三角形牙型的圆锥螺纹。

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9.1 概述9.1.2 螺纹部分术语及定义基本牙型 螺距P 原始三角形高度H 大径D 大径D或d 小径D 小径D1或d1 中径D 中径D2或d2 单一中径 牙型角α 牙型角α和 牙型半角α/2 牙型半角α/2 螺纹旋合长度PP/8

60° ° 30° ° P/2 P/4

D (d)

螺纹轴线

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9.1 概述9.1.2 螺纹部分术语及定义基本牙型： 基本牙型： 螺纹的外观形状。有三角形、矩形、 螺纹的外观形状。有三角形、矩形、梯形等多种形 以三角型为主。在原始三角形中去掉顶部H/8 H/8, 式，以三角型为主。在原始三角形中去掉顶部H/8, 去掉底部H/4所形成的内、外螺纹共有的理论牙型， H/4所形成的内 去掉底部H/4所形成的内、外螺纹共有的理论牙型， 也是螺纹设计牙型的基础。 也是螺纹设计牙型的基础。 相邻螺牙在中径处沿轴向距离。 螺距P:相邻螺牙在中径处沿轴向距离。同一螺旋线 上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离称为 导程P 对多头螺纹P =nP(n-头数) 单头： 导程Ph,对多头螺纹Ph=nP(n-头数),单头：P = Ph 原始三角形高度H: 原始三角形顶点到底边的垂直距离， 原始三角形顶点到底边的垂直距离，H = √ 3P/2 牙型高度5 牙顶高3 牙底高2 牙型高度5H/8 = 牙顶高3H/8 + 牙底高2H/8

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9.1 概述9.1.2 螺纹部分术语及定义大径d 大径d或D:与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相重合的假 想圆柱面的直径。国家标准规定： 想圆柱面的直径。国家标准规定：公制普通螺纹大 径的基本尺寸为螺纹公称直径 螺纹公称直径。 径的基本尺寸为螺纹公称直径。大径是外螺纹的顶 或内螺纹底径d。(螺纹基本大径 螺纹基本大径) 径D或内螺纹底径d。(螺纹基本大径) 小径d 小径d1或D1:与外螺纹牙底或内螺纹牙顶相重合的假 想圆柱面的直径。小径是外螺纹的底径D 想圆柱面的直径。小径是外螺纹的底径D1或内螺纹顶 螺纹基本小径) 径d1。 (螺纹基本小径) 中径d 一个假想圆柱的直径， 中径d2或D2:一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线通 过牙

型上沟槽和凸起宽度相等的地方。若在基本牙 过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方。 型上该圆柱的母线正好通过牙型上沟槽和凸起宽度 相等，且等于P/2 P/2时 此时的中径称基本中径。 相等，且等于P/2时，此时的中径称基本中径。

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9.1 概述9.1.2 螺纹部分术语及定义单一中径：一个假想圆柱的直径，该圆柱的母线通过 单一中径：一个假想圆柱的直径， 牙型上沟槽宽度等于螺距基本尺寸一半的地方。 牙型上沟槽宽度等于螺距基本尺寸一半的地方。当螺 距无误差时，螺纹中径就是螺纹单一中径。 距无误差时，螺纹中径就是螺纹单一中径。当螺距有 误差时，单一中径与中径不相等。 误差时，单一中径与中径不相等。 牙型角α 牙型半角α/2:在螺纹牙型上， 牙型角α和牙型半角α/2:在螺纹牙型上，两相邻牙 侧间的夹角称为牙型角。 侧间的夹角称为牙型角。公制普通螺纹的牙型角 =60° 牙型半角α/2=30° α=60°,牙型半角α/2=30°(牙侧与垂直于螺纹轴线 的垂线间夹角)。 的垂线间夹角)。 螺纹旋合长度：两相配合螺纹， 螺纹旋合长度：两相配合螺纹，沿螺纹轴线方向相互 旋合部分的长度。 旋合部分的长度。

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9.1 概述9.1.2 螺纹部分术语及定义螺纹最大实体牙型： 螺纹最大实体牙型：由设计牙型和各直径的基本偏差和公差所决定的最大实体状 态下的螺纹牙型(材料最多状态下) 对于普通外螺纹， 态下的螺纹牙型(材料最多状态下)。对于普通外螺纹，它是 基本牙型的三个基本直径分别减去基本偏差(上偏差es) es)后所 基本牙型的三个基本直径分别减去基本偏差(上偏差es)后所 形成的牙型。对于普通内螺纹， 形成的牙型。对于普通内螺纹，它是基本牙型的三个基本直 径分别加上基本偏差(下偏差EI)后所形成的牙型。 EI)后所形成的牙型 径分别加上基本偏差(下偏差EI)后所形成的牙型。

螺纹最小实体牙型： 螺纹最小实体牙型：由设计牙型和各直径的基本偏差和公差所决定的最小实体状 态下的螺纹牙型(材料最少状态下) 对于普通外螺纹， 态下的螺纹牙型(材料最少状态下)。对于普通外螺纹，它是 在最大实体牙型的顶径和中径分别减去它们的顶径公差和中 径公差后所形成的牙型。对于普通内螺纹， 径公差后所形成的牙型。对于普通内螺纹，它是在最大实体 牙型的顶径和中径分别加上它们的顶径公差和中径公差后所 形成的牙型。 形成的牙型。

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9.1 概述9.1.2 螺纹部分术语及定义螺距误差直径当量： 螺距误差直

径当量： 将螺距误差换算成中径的数值。 将螺距误差换算成中径的数值。在普通螺纹结 合中，未单独规定螺距公差来限制螺距误差， 合中，未单独规定螺距公差来限制螺距误差，而是 将螺距误差换算成在中径上的影响量， 将螺距误差换算成在中径上的影响量，即螺距误差 中径当量，用规定中径公差来间接地限制螺距误差。 中径当量，用规定中径公差来间接地限制螺距误差。 对牙型角α=60°的普通螺纹， 对牙型角α=60°的普通螺纹，螺距累积误差的中径当 量为： 量为：

=1.732 P fpΣ=1.732 PΣ (µm)式中： -----螺距累积误差 单位为µ 螺距累积误差， 式中： PΣ-----螺距累积误差，单位为µm

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9.1 概述9.1.2 螺纹部分术语及定义牙侧角误差中径当量： 牙侧角误差中径当量： 将牙侧角误差换算成中径的数值。 将牙侧角误差换算成中径的数值。在普通螺纹 未单独规定牙侧角公差(即牙型半角的公差) 中，未单独规定牙侧角公差(即牙型半角的公差) 来限制牙侧角的误差， 来限制牙侧角的误差，而是将牙侧角误差换算成在 中径上的影响量，即牙侧角误差中径当量， 中径上的影响量，即牙侧角误差中径当量，用规定 中径公差来间接地限制牙侧角误差。对牙型半角为 中径公差来间接地限制牙侧角误差。 的普通外螺纹： 30°的普通外螺纹： 牙型半角误差 α/2为负时，牙侧角误差中径当量 误差 α/2为负时 中径当量： 当牙型半角误差 α/2为负时，牙侧角误差中径当量： =0.44P α α/2 fα/2=0.44P α/2 (µm) 牙型半角误差 α/2为正时，牙侧角误差中径当量 误差 α/2为正时 中径当量： 当牙型半角误差 α/2为正时，牙侧角误差中径当量： =0.291P α α/2 fα/2=0.291P α/2 (µm)

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9.1 概述9.1.2 螺纹部分术语及定义作用中径： 作用中径： 在规定旋合长度上， 在规定旋合长度上，恰好包容实际螺纹的一个 假想螺纹的中径。这个假想螺纹具有理想的螺距、 假想螺纹的中径。这个假想螺纹具有理想的螺距、 半角以及牙型高度。并在牙顶处和牙底处留有间隙， 半角以及牙型高度。并在牙顶处和牙底处留有间隙， 以保证包容时与实际螺纹的大、小径不发生干涉。 以保证包容时与实际螺纹的大、小径不发生干涉。

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9.1 概述9.1.3 螺纹几何参数偏差对互换性的影响螺纹联接要实现其互换性, 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。普通螺纹精度不高， 和一定的联接强度。普通

螺纹精度不高，主要作用是 连接与传动，影响互换性的主要因素有大径 小径、 大径、 连接与传动，影响互换性的主要因素有大径、小径、 中径、螺距和牙型半角五个指标 五个指标。 中径、螺距和牙型半角五个指标。 螺距误差主要影响可旋合性、可连接性、可靠性( 螺距误差主要影响可旋合性、可连接性、可靠性(紧 固)、传动精度(传动螺纹)和螺牙侧面负荷均匀性等 传动精度(传动螺纹) 螺纹性能； 螺纹性能； 牙型半角误差主要影响可旋入性； 牙型半角误差主要影响可旋入性； 中径误差影响可旋入性，连接紧密性，可靠性。 中径误差影响可旋入性，连接紧密性，可靠性。 螺纹旋合时主要表现在中径d 的配合精度上， 螺纹旋合时主要表现在中径d2的配合精度上，故常把 螺距误差Δp和牙型半角误差Δ( Δp和牙型半角误差 螺距误差Δp和牙型半角误差Δ(α/2)的影响折合在中 径上。螺纹互换性和配合性质主要取决中径。 径上。螺纹互换性和配合性质主要取决中径。

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9.1 概述9.1.3 螺纹几何参数偏差对互换性的影响大径、小径、中径、螺距和牙型半角这几个参数在 大径、小径、中径、螺距和牙型半角这几个参数在 加工过程中不通可避免地会产生一定的加工误差, 加工过程中不通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、 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。 会影响联接的可靠性,从而影响螺纹的互换性。 螺纹的大径和小径处均留有空隙， 螺纹的大径和小径处均留有空隙，一般不会影响配 合性质。 合性质。 由于螺纹旋合后主要是依靠螺牙侧面工作， 如果内、 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， 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 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。 纹互换性影响较大的参数是中径 、 螺距和牙型半角 。

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