互換性與測(cè)量技術(shù)基礎(chǔ)

螺紋結(jié)合的互換性第一節(jié)概述第五節(jié)普通螺紋的檢驗(yàn)第四節(jié)梯形螺紋簡(jiǎn)述第三節(jié)普通螺紋的公差與配合第二節(jié)螺紋幾何參數(shù)誤差對(duì)螺紋互換性的影響結(jié)束螺紋的基本牙型和幾何參數(shù)動(dòng)畫(huà)演示螺紋幾何參數(shù)誤差對(duì)互換性影響的動(dòng)畫(huà)演示螺紋在機(jī)電產(chǎn)品中的應(yīng)用十分廣泛，它是一種最典型的具有互換性的連接結(jié)構(gòu)。1.螺紋的種類(lèi)及使用要求：（1）緊固螺紋它主要用于連接和緊固零部件，主要要求是可旋合性和連接的可靠性。（2）傳動(dòng)螺紋它主要用于傳遞精確的位移和傳遞動(dòng)力，主要要求是傳動(dòng)比恒定，傳遞力可靠。（3）緊密螺紋它主要用于管螺紋的連接，主要要求是良好的旋合性及密封性。2.螺紋的基本牙型和幾何參數(shù)（1）大徑（D或d）外螺紋大徑d為頂徑內(nèi)螺紋大徑D為底徑（2）小徑（D1或d1）如圖10-1。第一節(jié)概述圖10-1普通螺紋基本牙形（3）中徑（D2、d2）它是一個(gè)假想圓柱的直徑，該圓柱的母線(xiàn)通過(guò)螺紋牙型上溝槽和凸起寬度相等的地方,此假想圓柱為中徑圓柱。（4）單一中徑它是一假想圓柱直徑，該圓柱母線(xiàn)通過(guò)牙型上溝槽寬度等于二分之一螺距的地方。（5）螺距（P）它是相鄰兩牙在中徑線(xiàn)上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。（6）導(dǎo)程它是同一螺旋線(xiàn)上的相鄰兩牙在中徑線(xiàn)上對(duì)應(yīng)兩點(diǎn)間的軸向距離。導(dǎo)程L=nP，n為螺紋線(xiàn)數(shù)。（7）原始三角形高度和牙型高度原始三角形高度H=P/2

牙型高度=5H／8

（8）牙型角（α）和牙型半角（α/2）α是在螺紋牙型上，兩相鄰牙側(cè)角的夾角，α/2為α的一半。公制普通螺紋的牙型角α=60°，牙型半角α/2=30°。（9）螺紋升角（ψ）它是在中徑圓柱上螺旋線(xiàn)切線(xiàn)與垂直于螺紋軸線(xiàn)的平面的夾角。（10）螺紋旋合長(zhǎng)度。螺紋的基本牙型和幾何參數(shù)動(dòng)畫(huà)演示第二節(jié)螺紋幾何參數(shù)誤差對(duì)螺紋互換性的影響一、螺距誤差對(duì)互換性的影響三、中徑偏差對(duì)互換性的影響四、螺紋中徑合格性判斷原則二、牙型半角對(duì)互換性的影響螺紋幾何參數(shù)誤差對(duì)互換性影響的動(dòng)畫(huà)演示對(duì)緊固螺紋，螺距誤差主要影響螺紋的可旋合和連接的可靠性；對(duì)傳動(dòng)螺紋，螺距誤差直接影響傳動(dòng)精度和螺牙上負(fù)荷分布的均勻性。假設(shè)內(nèi)螺紋具有理想牙型，外螺紋中徑及牙型角與內(nèi)螺紋相同，但螺距有誤差，在n個(gè)螺牙長(zhǎng)度上螺距累積誤差為ΔPΣ。顯然這對(duì)螺紋發(fā)生干涉而無(wú)法旋合。見(jiàn)圖10-3。為使有螺距誤差的螺紋旋入標(biāo)準(zhǔn)螺紋內(nèi)，在實(shí)際生產(chǎn)中，可把外（內(nèi)）螺紋中徑減去（加上）一個(gè)螺距誤差的中徑補(bǔ)償值fp。

對(duì)于牙型角α=60°的公制普通螺紋（10-1）一、螺距誤差對(duì)互換性的影響圖10-3螺距累積誤差對(duì)旋入性的影響

螺紋牙型半角誤差也會(huì)影響螺紋的可旋合性與連接強(qiáng)度。假設(shè)內(nèi)螺紋具有理想牙型，內(nèi)、外螺紋的中徑及螺距無(wú)誤差，但外螺紋牙型半角有誤差，這樣牙側(cè)間將發(fā)生干涉而不能旋合。其干涉分兩種情況：

1.外螺紋牙型半角小于內(nèi)螺紋牙型半角此時(shí)為順利旋合，須把外螺紋的中徑減小一個(gè)牙型半角誤差值。見(jiàn)圖10-4a。同理，當(dāng)內(nèi)螺紋牙型半角有誤差時(shí)，應(yīng)把內(nèi)螺紋的中徑加大。對(duì)于普通螺紋，α=60°

二、牙型半角對(duì)互換性的影響圖10-4牙形半角誤差的影響三、中徑偏差對(duì)互換性的影響螺紋中徑偏差是指中徑實(shí)際尺寸與中徑基本尺寸的代數(shù)差。當(dāng)外螺紋中徑比內(nèi)螺紋中徑大會(huì)影響螺紋的旋合性；反之，則使配合過(guò)松而影響連接的可靠性和緊密性，削弱連接強(qiáng)度，因此對(duì)中徑偏差也必須加以限制。螺紋幾何參數(shù)誤差對(duì)互換性影響的動(dòng)畫(huà)演示四、螺紋中徑合格性判斷原則作用中徑是在規(guī)定的旋合長(zhǎng)度內(nèi)，正好包絡(luò)實(shí)際螺紋的一個(gè)假想的螺紋的中徑，這個(gè)螺紋具有理想螺距，半角以及牙型高度，并在牙頂和牙底留有間隙，以保證包容時(shí)不與實(shí)際螺紋的大小徑發(fā)生干涉。外螺紋的作用中徑內(nèi)螺紋的作用中徑螺紋中徑合格性判斷準(zhǔn)則實(shí)際螺紋的作用中徑不能超出最大實(shí)體牙型的中徑，而實(shí)際螺紋上任何部位的單一中徑不能超出最小實(shí)體牙型的中徑，即對(duì)于外螺紋d2作用≤d2max

，d2單一≥d2min

對(duì)于內(nèi)螺紋D2作用≥D2min，D2單一≤D2max

例10-1有一螺母，大徑為24mm，螺距為3mm,螺母中徑的公差帶為6H，加工后測(cè)得尺寸為：D2單一=22.285mm,ΔPΣ=+50μm，左=-80′，右=+60′,試畫(huà)出公差圖，并判斷螺母是否合格？解：根據(jù)已知條件由有關(guān)表中查得D2=22.051mm，基本偏差EI=0，中徑公差TD2=265μm，則中徑的上偏差ES=EI+TD2=+265μm，因此：

D2max=D2+TD2=(22.051+0.265)mm=22.361mmD2min=D2=22.051mm由有關(guān)公式可計(jì)算得：

fp=1.732|ΔPΣ|≈0.087mm≈0.079mm

D2作用=22.119mm

由判斷原則知該螺母合格（圖10-7）。圖10-7公差帶圖

第三節(jié)普通螺紋的公差與配合一、螺紋的公差等級(jí)四、螺紋在圖樣上的標(biāo)注三、螺紋的公差帶及其選用二、螺紋的基本偏差一、螺紋的公差等級(jí)普通螺紋公差按國(guó)標(biāo)BG197-2003《普通螺紋公差與配合（直徑1～355mm）》規(guī)定，有內(nèi)，外螺紋中徑公差（TD2、Td2），內(nèi)螺紋小徑公差（TD1

）和外螺紋大徑公差（Td

）。見(jiàn)表10-1。各公差等級(jí)中3級(jí)最高，9級(jí)最低，其中6級(jí)為基本級(jí)?？紤]到內(nèi)螺紋加工困難，因此內(nèi)螺紋中徑公差TD2為同級(jí)外螺紋中徑公差Td2

的1.32倍。各類(lèi)公差值參見(jiàn)有關(guān)表。二、螺紋的基本偏差螺紋公差帶位置是由基本偏差確定的。螺紋的基本牙型是計(jì)算螺紋偏差的基礎(chǔ)，螺紋的公差帶位置由基本偏差決定，對(duì)外螺紋，基本偏差是上偏差（es）；對(duì)內(nèi)螺紋，基本偏差是上偏差（EI）。在普通螺紋標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)內(nèi)螺紋規(guī)定了代號(hào)為G、H兩種基本偏差，對(duì)外螺紋規(guī)定了代號(hào)為e、f、g、h四種基本偏差。見(jiàn)圖10-8。螺紋基本偏差值見(jiàn)有關(guān)表。圖10-8普通螺紋的基本偏差三、螺紋的公差帶及其選用公差代號(hào)由表示公差等級(jí)的數(shù)字和表示基本偏差的字母組成，如6H、5g等。標(biāo)準(zhǔn)中將螺紋規(guī)定為精密，中等，粗糙三種精度，將螺紋的旋合長(zhǎng)度，分為三組，即短旋合長(zhǎng)度（S），中等旋合長(zhǎng)度（N）和長(zhǎng)旋合長(zhǎng)度(L)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定常用的公差帶見(jiàn)表10-8.四、螺紋在圖樣上的標(biāo)注

完整的螺紋標(biāo)記由螺紋代號(hào)，螺紋公差帶代號(hào)和螺紋旋合長(zhǎng)度代號(hào)組成，中間用“－”隔開(kāi)。中等旋合長(zhǎng)度不標(biāo)注。必要時(shí)，可標(biāo)注旋合長(zhǎng)度數(shù)值。如M10×1－6H－20。內(nèi)、外螺紋裝配在一起，其公差帶代號(hào)用斜線(xiàn)分開(kāi)，如M20×2－6H/5g6g。左邊表示內(nèi)螺紋，右邊表示外螺紋。例10-2查出M20×2－7g6g螺紋上，下偏差。解：螺紋代號(hào)M20×2表示細(xì)牙普通螺紋，公稱(chēng)直徑20mm，螺距2mm；公差代號(hào)7g6g表示外螺紋中徑公差帶代號(hào)為7g，大徑公差帶號(hào)為6g。從有關(guān)表查知，g的基本偏差(es)=-38μm；公差等級(jí)為7時(shí)，中徑公差Td2=200μm；公差等級(jí)為6時(shí)，大徑公差Ｔd=280μm；故中徑上偏差（es）=-38μm；中徑下偏差（ei）=es-Td2=-238μm；大徑上偏差（es）=-38μm；大徑下偏差（ei）=es-Td=-318μm第四節(jié)梯形螺紋簡(jiǎn)述各種傳動(dòng)螺紋如機(jī)床絲桿，起重機(jī)螺桿等，其螺紋牙型多采用梯形螺紋。這是因?yàn)樘菪温菁y傳動(dòng)效率高，精度高和加工方便等優(yōu)點(diǎn)，并能夠滿(mǎn)足傳動(dòng)螺紋的使用要求。梯形螺紋結(jié)合屬于間隙配合性質(zhì)。一、梯形螺紋基本尺寸二、梯形螺紋公差一、梯形螺紋基本尺寸

梯形螺紋的特點(diǎn)是內(nèi)，外螺紋僅中徑公稱(chēng)尺寸相同，而小徑和大徑的公稱(chēng)尺寸不同，這與普通螺紋是不一樣的。梯形螺紋牙型與基本尺寸按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，如圖10-9所示。

基本尺寸的名稱(chēng)，代號(hào)及關(guān)系式見(jiàn)表10-8。各直徑基本尺寸系列見(jiàn)有關(guān)表。圖10-9梯形螺紋

1.公差帶位置與基本偏差國(guó)標(biāo)規(guī)定其外螺紋的上偏差es及內(nèi)螺紋的下偏差EI為基本偏差。對(duì)內(nèi)螺紋的大徑D4，中徑D2及小徑D1規(guī)定了一種公差帶位置H，其基本偏差為零，見(jiàn)圖10-13。對(duì)外螺紋的中徑d2規(guī)定了三種公差帶位置h、e和c，對(duì)大徑d和小徑d3只規(guī)定了一種公差帶位置h。二、梯形螺紋公差圖10-13內(nèi)螺紋公差帶圖10-14外螺紋公差帶a）大、中、小徑的公差帶位置為hb）大、小徑公差帶位置為h，中徑為e、c

2.公差帶大小及公差等級(jí)。

內(nèi)，外螺紋各直徑公差等級(jí)見(jiàn)表10-9，內(nèi)螺紋小徑的公差數(shù)值，外螺紋大徑的公差數(shù)值，內(nèi)、外螺紋中徑公差數(shù)值及外螺紋小徑公差數(shù)值見(jiàn)有關(guān)表。

3.旋合長(zhǎng)度

旋合長(zhǎng)度按梯形螺紋公稱(chēng)直徑和螺距的大小分為N，L兩組。N為中等旋合長(zhǎng)度；L為長(zhǎng)旋合長(zhǎng)度。旋合長(zhǎng)度數(shù)值見(jiàn)有關(guān)表。

4.螺紋精度與公差帶的選用由于標(biāo)準(zhǔn)對(duì)內(nèi)螺紋小徑D1和外螺紋大徑只規(guī)定一種公差帶（4H，4h);標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外螺紋小徑d3的公差位置永遠(yuǎn)為h,公差等級(jí)數(shù)與中徑公差等級(jí)數(shù)相同。故梯形螺紋僅選擇并標(biāo)記中徑公差帶，代表梯形螺紋公差帶。標(biāo)準(zhǔn)對(duì)梯形螺紋規(guī)定了中等和粗糙兩種精度，其選用原則是：一般用途采用中等精度，對(duì)精度要求不高時(shí)選用粗糙精度。一般按表10-10規(guī)定選用中徑公差帶。表10-10內(nèi)外螺紋選用公差帶精度內(nèi)螺紋外螺紋NLNL中等7H8H7h、7e8e粗糙8H9H8e、8c9c

5.螺紋標(biāo)記梯形螺紋的標(biāo)記由梯形螺紋代號(hào)，公差帶代號(hào)及旋合長(zhǎng)度代號(hào)組成。旋合長(zhǎng)度為中等旋合長(zhǎng)度時(shí)不標(biāo)注。在裝配圖中，梯形螺紋的公差帶要分別注出內(nèi)，外螺紋的公差帶代號(hào)，前面是內(nèi)螺紋公差代號(hào)，后面是外螺紋公差，中間用斜線(xiàn)分開(kāi)。如圖Tr40X7-7H/7e。普通螺紋是多參數(shù)要素，其檢測(cè)方法可分為綜合檢測(cè)和單項(xiàng)檢測(cè)兩類(lèi)。第五節(jié)普通螺紋的檢驗(yàn)一、綜合檢驗(yàn)二、單項(xiàng)檢驗(yàn)

綜合檢驗(yàn)是指按泰勒原則使用螺紋量規(guī)檢驗(yàn)被測(cè)螺紋各個(gè)幾何參數(shù)的誤差的綜合結(jié)果，用該量規(guī)的通規(guī)檢驗(yàn)被測(cè)螺紋的作用中徑（含底徑），用止規(guī)檢驗(yàn)被測(cè)螺紋的單一中徑，還要用光滑極限量規(guī)檢驗(yàn)被測(cè)螺紋頂徑的實(shí)際尺寸。

檢驗(yàn)內(nèi)螺紋的量規(guī)稱(chēng)為螺紋塞規(guī)，檢驗(yàn)外螺紋的量規(guī)稱(chēng)為螺紋環(huán)規(guī)。

參看圖10-10和圖10-11，螺紋量規(guī)通規(guī)模擬體現(xiàn)被測(cè)螺紋的最大實(shí)體牙形，檢驗(yàn)被測(cè)螺紋的作用中徑是否超出其最大實(shí)體牙形的中徑，并同時(shí)檢驗(yàn)被測(cè)螺紋底徑的實(shí)際尺寸是否超出其最大實(shí)體尺寸。因此，通規(guī)應(yīng)具有完整的牙型，并且其螺紋的長(zhǎng)度應(yīng)等于被測(cè)螺紋的旋合長(zhǎng)度。一、綜合檢驗(yàn)圖10-10用螺紋塞規(guī)和光滑極限塞規(guī)檢驗(yàn)內(nèi)螺紋

止規(guī)用來(lái)檢驗(yàn)被測(cè)螺紋的單一中徑是否超出其最小實(shí)體牙形的中徑，因此止規(guī)采用截短牙型，并且只有2～3個(gè)螺距的螺紋長(zhǎng)度，以減少牙側(cè)角偏差和螺距誤差對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果的影響。圖10-11用螺紋環(huán)規(guī)和光滑極限卡規(guī)檢驗(yàn)外螺紋

用螺紋量規(guī)檢驗(yàn)時(shí)，若其通規(guī)能夠旋合通過(guò)整個(gè)被測(cè)螺紋，則認(rèn)為旋合性合格，否則不合格；如果其止規(guī)不能旋入或不能完全旋入被測(cè)螺紋，則認(rèn)為連接強(qiáng)度合格，否則不合格。

螺紋量規(guī)通規(guī)、止規(guī)以及檢驗(yàn)螺紋頂徑用的光滑極限量規(guī)的設(shè)計(jì)計(jì)算，詳見(jiàn)GB/T3934—2003《普通螺紋量規(guī)

技術(shù)條件》。二、單項(xiàng)檢驗(yàn)單項(xiàng)測(cè)量是指對(duì)被測(cè)螺紋的各個(gè)實(shí)際幾何參數(shù)分別進(jìn)行測(cè)量，主要用于測(cè)量精密螺紋、螺紋量規(guī)、螺紋刀具和絲杠螺紋。常用的單項(xiàng)測(cè)量方法有以下幾種。

1.三針?lè)y(cè)量外螺紋單一中徑三針?lè)y(cè)量外螺紋單一中徑屬于間接測(cè)量法。參看圖10-18a，將三根直徑相同的精密圓柱量針?lè)謩e放入被測(cè)螺紋直徑方向的兩邊溝槽中，與牙型兩側(cè)面接觸，然后用指示式量?jī)x測(cè)量這三根量針外側(cè)母線(xiàn)之間的距離（跨針距）