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第9章螺纹结合的公差与配合学习目的和要求1．了解螺纹的作用，分类及使用要求，熟悉普通螺纹的主要几何参数。
2．了解普通螺纹的几何参数误差对螺纹互换性的影响，掌握保证螺纹互换性的条件。
3．熟悉普通螺纹的公差与配合，能正确理解螺纹标记的技术含义。
4．了解普通螺纹的检测方法。
9．1 概述螺纹在机械行业中应用很广，螺纹的互换程度也很高。
螺纹的几何参数较多，国家标准对螺纹的牙型、公差与配合等都作了规定，以保证其几何精度。
9．1．1螺纹分类及使用要求螺纹的种类繁多，按螺纹结合性质和使用要求可分为以下三类。
1．联接螺纹联接螺纹又称紧固螺纹。
其作用是使零件相互连接或紧固成一体，并可拆卸。
如螺栓与螺母联接、螺钉与机体联接、管道联接。
这类螺纹多用三角形牙型。
对这类螺纹的要求主要是可旋合性和联接可靠性。
旋合性是指相同规格的螺纹易于旋人或拧出，以便装配或拆卸。
联接可靠性是指有足够的连接强度，接触均匀，螺纹不易松脱。
2．传动螺纹传动螺纹用于传递运动、动力和位移。
对它的使用要求是传递动力的可靠性，传动比要稳定，有一定的保证间隙，以便传动和储存润滑油。
传动螺纹的牙型常用梯形、锯齿形、矩形和三角形。
3．密封螺纹用于密封的螺纹联接，如管螺纹的联接，要求结合紧密，不漏水、不漏气、不漏油。
对这类螺纹结合的要求主要是具有良好的旋合性和密封性本章主要介绍应用最广泛的公制普通螺纹的公差配合与检测。
9．1．2 普通螺纹的主要几何参数1．普通螺纹的基本牙型按GB／T192一2003规定，普通螺纹的基本牙型如图9-1所示。
基本牙型定义在轴向剖面上，基本牙型是指削去原始正三角形的顶部和底部所形成的内、外螺纹共有的理论牙型。
它是确定螺纹设计牙型的基础，内、外螺纹的大径、中径、小径的基本尺寸都在基本牙型上定义。
2．普通螺纹的主要几何参数（1）原始三角形高度H 由原始三角形顶点沿垂直于螺纹轴线方向到其底边的距离，如图9-1所示。
H与螺距P的几何关系为H=3P/2（2）大径D(d) 螺纹的大径是指与外螺纹的牙顶(或内螺纹的牙底)相切的假想圆柱的直径。
第九章螺纹结合的互换性为了满足普通螺纹的使用要求和保证互换性，我国发布了一系列有关普通螺纹的国家标准：GB/T14791-1993《螺纹术语》、GB/T197-2003《普通螺纹公差》、GB/T192-2003《普通螺纹基本牙型》、GB/T193-2003《普通螺纹直径与螺距系列》等。
第一节螺纹结合的使用要求和几何参数一螺纹的种类和使用要求螺纹结合在机械制造和仪器制造中应用很广泛。
按其结合性质和使用要求不同，可分为：1 紧密螺纹这类螺纹连接要求保证紧密性，螺纹结合必须有—定的过盈，相当于圆柱体结合的过盈配合。
2 普通螺纹普通螺纹也称紧固螺纹，用于紧固和连接零件。
普通螺纹结合要求是：可旋合性和连接的可靠性。
要求其牙侧间的最小间隙等于或接近于零，相当于圆柱体配合中的几种小间隙配合。
3 传动螺纹传动螺纹通常指丝杠和测微螺纹，用来传递运动或实现精确位移。
由此，对它的主要要求是：要有足够的位移精度，即保证传动比的准确性、运动的灵活性、稳定性和较小的空行程。
因此这类螺纹的螺距误差要小，而且应有足够的最小间隙。
二普通螺纹的主要几何参数1 普通螺纹的基本牙型普通螺纹的基本牙型是指在螺纹轴线剖面内高为H的等边三角形（原始三角形）上，顶部截去H/8、底部截去H/4所形成的理论牙型。
该牙型具有螺纹的基本尺寸，如图9-1所示。
2 普通螺纹的主要几何参数(1) 基本大径（D、d）基本大径是指与内螺纹牙底或外螺纹牙顶相切的假想圆柱的直径，内、外螺纹基本大径分别用符号D和d表示。
普通螺纹的公称直径是指螺纹的基本大径。
普通螺纹的尺寸系列是以大径与不同螺距的组合，尺寸系列和螺距如表9-1。
图9-2普通螺纹中径与单一中径图9-1 普通螺纹的主要几何参数(2) 基本小径（D1、d1）基本小径是指与内螺纹牙顶或外螺纹牙底相切的假想圆柱的直径。
内、外螺纹的基本小径分别用符号D1和d1表示，如图9-1所示。
内螺纹基本小径和外螺纹基本大径统称为顶径，内螺纹基本大径和外螺纹基本小径统称底径。
(3) 基本中径(D2、d2)基本中径是指一个假想的圆柱的直径，该圆柱的母线通过牙型上沟槽和凸起宽度相等的地方，此假想圆柱的直径称为基本中径。
内、外螺纹基本中径分别用符号D2和d2表示，如图9-1所示。
3 螺距（P）和导程（Ph）螺距是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离。
其基本尺寸用P表示，如图9-1所示。
导程是指同一条螺旋线上的相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，用符号Ph表示。
4 单一中径（D2a、d2a）单一中径是指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尺寸一半的地方。
单一中径可以用三针法测得，用来表示螺纹中径的实际尺寸。
内、外螺纹的单一中径分别用符号D2a和d2a表示，如图9-2。
5 牙型角（α）和牙侧角（α/2）牙型角是指螺纹牙型上相邻牙侧间的夹角，用α表示。
理论牙型角α的理论值为60o，见图9-1。
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，用α/2表示，普通螺纹牙侧角的理论值为30o，见图9-1。
6 螺纹旋合长度被连接件为铁制品，取其长度近似等于1.5 倍的螺纹基本大径；若被连接件为钢材制作，取其长度近似等于1 倍的螺纹基本大径。
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。
表9-2是螺纹的基本尺寸。
第二节 影响螺纹结合精度的因素 实现普通螺纹的互换性，保证结合精度，则要求连接螺纹必须保证具有良好的可旋入性和一定的连接强度。
所以在螺纹的大径和小径处，内外螺纹不得相互干涉， 在内、外螺纹基本大径和基本小径间分别存在间隙，不会影响旋合性。
因此，影响螺纹可旋入性和连接强度的主要因素是中径偏差、螺距和牙侧角偏差。
一 中径偏差的影响中径大小直接影响螺纹配合的松紧程度。
只有当外螺纹的中径比内螺纹小时，才能保证内、外螺纹的旋合性；反之，内、外螺纹将会产生干涉而妨碍旋合性。
但是，外螺纹的中径过小，内螺纹的中径过大，则配合过松、影响连接强度和密封性。
因此对内外螺纹中径必须加以限制。
二 螺距误差的影响螺距误差包括螺距局部误差（单个螺距误差△P ）和螺距累积误差（△P ∑），前者与旋合长度无关、后者与旋合长度有关。
而且后者对螺纹的旋合性影响最大，因此必须加以限制。
三 牙侧角偏差的影响牙侧角偏差是指牙侧角的实际值与其基本值之差。
它是螺纹牙侧相对于螺纹轴线的位置误差。
它对螺纹的旋合性和连接强度均有影响。
四 螺纹作用中径1 作用中径与中径（综合）公差当外螺纹存在螺距误差和牙侧角偏差时，其作用中径比实际中径要增大f P 与f α/2值，在规定长度内，这个正好包容变大了的实际外螺纹的一个假想的具有基本牙型的内螺纹的中径，就称为外螺纹的作用中径，代号为d 2fe ，见图9-5。
实际内螺纹存在螺距误差和牙侧角偏差，也相当于实际内螺纹的中径减小了f P 与f α/2值。
在规定的旋合长度内，具有基本牙型，包容实际内螺纹的假想外螺纹的中径 ，就成为内螺纹的作用中径，代号为D 2fe 。
作用中径计算：对外螺纹 d 2fe = d 2a +（f P + fα/2） （9-3）对内螺纹 D 2fe = D 2a -（f P + f α/2） （9-4）对于普通螺纹零件，为了加工和检测的方便，在标准中只规定了一个中径（综合）公差，用这个中径（综合）公差同时控制中径、螺距及牙侧角三项参数的偏差。
即T d2≥f d2+f P + f α/2 （9-5）T D2≥f D2+f P + f α/2 （9-6）2 中径的合格条件中径为螺纹的配合直径，与圆柱体相似，为保证可旋入性和螺纹件本身的强度及连接强度，实际螺纹的作用中径应不超越最大实体中径，实际螺纹的单一中径不超越最小实体中径，用公式表示普通螺纹中径合格条件为对外螺纹 d 2fe ≤d 2M （d 2max ）；d 2a ≥d 2L （d 2min ） （9-7） 对内螺纹 D 2fe ≥D 2M （D 2min ）；D 2a ≤D 2L （D 2max ） （9-8） 图9-3 螺距偏差的中径当量 图9-4 牙侧角偏差的中径当量图 9-5 螺纹作用中径第三节 普通螺纹的公差与配合一 螺纹公差标准的基本结构在GB/T197-2003《普通螺纹 公差》标准中，只对中径和顶径规定了公差，而对底径（内螺纹大径和外螺纹小径）没给公差，要求由加工的刀具控制。
在螺纹加工过程中，由于旋合长度的不同，加工难易程度也不同。
因此，螺纹公差精度由公差带（公差大小和位置）及旋合长度构成，如图9-6所示。
二 螺纹公差带普通螺纹公差带沿着基本牙型的牙侧、牙顶和牙底分布，由公差（公差带大小）和基本偏差（公差带位置）两要素构成，在垂直于螺纹轴线方向上计量其基本大、中、小径的极限偏差和公差。
1 普通螺纹公差普通螺纹公差带大小由公差值确定，公差值取决于公差等级和公称直径。
内、外螺纹的中径和顶径的公差等级见表9-3，其中6级为基本级。
各级中径公差和顶径公差的数值见表9-4和表9-5。
2 普通螺纹的基本偏差普通螺纹公差带的位置由基本偏差确定。
标准对内螺纹只规定有H 、G 两种基本偏差，见图9-7。
而对外螺纹规定有h 、g 、f 和e 四种基本偏差，见图9-8（图中d 3max 为外螺纹实际小径的最大允许值）；内、外螺纹的中径、顶径和底径基本偏差数值相同见表9-6。
三 螺纹的旋合长度与公差精度等级国标中对螺纹旋合长度规定了短旋合长度（S ）、中等旋合长度（N ）和长旋合长度（L ）三组。
按螺纹公差带和旋合长度形成了三种公差精度等级，从高到低分别为精密级、中等级和粗糙级。
普通螺纹的推荐公差带如表9-7所示。
四 保证配合性质的其他技术要求普通螺纹一般不规定形位公差，其形位误差不得超出螺纹轮廓公差带所限定的极限区域。
仅对精、中、粗G 、H 、h 、g 、f 、e S 、N 、L 螺纹公差精度基 本 偏 差公 差 等 级旋 和 长 度公 差 带、、、、、、图9-6 螺纹公差标准的基本结构图9-7 内螺纹的公差带位置 图9-8 外螺纹的公差带位置高精度螺纹规定了在旋合长度内的圆柱度、同轴度和垂直度等形位公差。
它们的公差值一般不大于中径公差的50%，并按包容要求控制。
螺纹牙侧表面的粗糙度，主要按用途和公差等级确定，可参考表9-8表9-9为从标准中摘出的仅三个尺寸段的旋合长度值。
五 螺纹的标记普通螺纹的完整标记由螺纹特征代号、尺寸代号、公差带代号、旋合长度代号和旋向代号组成，如图9-9所示。
1 特征代号 普通螺纹特征代号用字母“M”表示。
2 尺寸代号包括公称直径（D 、d ）、导程（Ph ）和螺距（P ）的代号，对粗牙螺纹可省略标注其螺距项，其数值单位均为mm 。
（1）单线螺纹的尺寸代号为“公称直径×螺距”。
（2）多线螺纹的尺寸代号为“公称直径×Ph 导程P 螺距”。
如要需要说明螺纹线数时，可在螺距P 的数值后加括号用英语说明，如双线two starts ；三线为three starts ；四线为four starts 。
3 公差带代号公差带代号是指中径和顶径公差带代号。
中径公差带代号在前，顶径在后。
如果中径和顶径公差带相同，只标一个公差带代号。
螺纹尺寸代号与公差带代号间用半字线“-”分开。
3.1 标准规定，在下列情况下，最常用的中等公差精度的螺纹可省略标注公差带代号：①公称直径D ≤1.4mm 的5H 、D ≥1.6mm 的6H 和螺距p =0.2mm 、其公差等级为4级的内螺纹；②公称直径d ≤1.4mm 的6h 和d ≥1.6mm 的6g 的外螺纹。
3.2 内外螺纹配合时，它们的公差带中间用斜线分开，左边为内螺纹公差带，右边为外螺纹公差带。
例如M20-6H/5g6g 。
3.3 旋合长度代号普通螺纹的旋合长度分为三组：短旋合长度（S ）、中等旋合长度（N ）和长旋合长度（L ），其中N 省略不标。
3.4 旋向代号对于左旋螺纹，要在旋合长度代号后标注“LH”代号，右旋螺纹省略旋向代号。
3.5 螺纹标注示例例 M20×2-5g6g-S –LH ：表示公称直径为20，细牙螺纹，螺距为2，中径公差带5g ，顶径公差带6g ，短旋合长度，左旋单线细牙普通外螺纹。
例 M14×Ph6P2-7H-L-LH ：表示公称直径为14mm ，导程6mm ，螺距2mm ，中经和顶径公差带为7H ，长旋合，左旋三线普通内螺纹。
图9-9 螺纹的标记方法第四节普通螺纹公差与配合的选用一螺纹公差精度的选用主要取决于螺纹的用途精密级用于精密连接螺纹。
即要求配合性质稳定、配合间隙小，需保证一定的定心精度的螺纹连接。
中等级用于一般用途的螺纹连接。
粗糙级用于不重要的螺纹连接，以及制造比较困难（如长盲孔的攻丝）或热轧棒上和深盲孔加工的螺纹。
