第七章螺纹联结精度 学习指导 本章主要介绍了螺纹的种类、用途，普通螺纹的基本牙型和主要几何参数；螺距误差和 牙型半角偏差对螺纹互换性的影响；作用中径及中径合格条件；螺纹标记及普通螺纹公差带 的特点；普通螺纹的常用检测方法等。要求理解螺距误差和牙型半角偏差对螺纹互换性的影 响；作用中径及中径合格条件。熟悉保证螺纹互换性的条件。另外，简单介绍了特殊的梯形 螺纹应用——机床梯形丝杠、螺母的精度设计标准，作为知识扩展。 螺纹是各种机电设备中应用最广泛的标准件之一。它山相互结合的内、外螺纹组成，通 过旋合后牙侧面的接触作用来实现其功能。 为了保证螺纹联结的互换性和标准化，正确进行螺纹联结精度设计，本章涉及到的现行 国家标准主要有： GB/T14791-93《螺纹术语》 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》 GB/T196-2003《普通螺纹基本尺寸》 GB/T197-2003《普通螺纹公差》 GB/T2516-2003《普通螺纹极限偏差》 GB/T15756-2008《普通螺纹极限尺寸》 GB/T1167-1996《过渡配合螺纹》 GB/T1181-1998《过盈配合螺纹》 GB/T5796.1-2005《梯形螺纹第1部分：牙型》 GB/T5796.2-2005《梯形螺纹第2部分：直径与螺距系列》 GB/T5796.3-2005《梯形螺纹第3部分：基本尺寸》 GB/T5796.4-2005《梯形螺纹第4部分：公差》 GB/T12359-2008《梯形螺纹极限尺寸》 JB/T2886-2008《机床梯形丝杠、螺母技术条件》 第一节普通螺纹精度设计概述 一、螺纹种类及使用要求 螺纹按其用途一般可以分为3类： 1.普通螺纹 又称为紧固螺纹，牙型一般为三角形，按照螺距的不同有粗牙和细牙之分。通常用于将 各种机械零件联结紧固成一体，粗牙螺纹的直径和螺距的比例适中、强度好，细牙螺纹用于 薄壁零件和轴向尺寸受限制的场合或微调机构。对此类螺纹的主要要求是具有良好的旋合性 和联结的可靠性。 2.传动螺纹 牙型有三角形、梯形、矩形和锯齿形等。通常用于实现旋转运动与直线运动的转换以及 传递动力或精确的位移，如车床传动丝杠、螺旋千分尺上的测微螺杆。对此类螺纹的主要要 求是传递动力的可靠性和传递位移的准确性，螺纹牙侧的接触均匀性和耐磨性，联结应保证 一定的间隙，以便传动和储存润滑油等。 3.紧密螺纹 1
牙型一般为三角形。通常用于实现两个零件紧密连接而无泄漏的结合，1管螺纹。对此 类螺纹的主要要求是联结应具有一定的过盈，以防止漏水、漏气或漏油， 除上述二类螺纹外，还有一些专门用途的螺纹，如石油螺纹 、气瓶螺纹、灯泡蝶纹以及 轮胎气门芯螺纹等。 螺纹的种类很多，本章仪从互换性的角度对普通蝶纹联结的精度设计及其相关标准内容 进行介绍。对于梯形擦纹和机床梯形丝杠、蝶母则只作简单介绍。 二。普通螺纹的基本牙型和几何参数 1.基本术语 (1)燃纹。是指在特定表面上，沿螺旋线形成的具有规定牙型的连续凸起（是指送到 两侧面间的实体部分，又称牙)，见图(71)。在圆杜表面上所形成的螺纹称为圆柱螺纹， 在圆锥表面上形成的噬文叫圆排蝶纹，普通螺纹的介绍以圆打蝶纹为例。在圆针外表面上所 形成的螺纹称为外螺纹，在圆杜内表面上所形成的蝶纹称为内蝶纹。沿一条蝶旋线所形成的 螺纹称为单线螺纹 沿两条或两条以 上的蝶旋线 该螺旋线在轴向等距分布)所形成的螺 称为多线蝶纹，顺时针旋转时旋入的蝶纹称为右旋螺纹，逆时针旋转时旋入的螺纹称为左 旋蝶纹，见图(72). 4a 右 左 图-1普通螺纹联结及其牙型结构 图7-2普通螺纹旋向 (2)牙项、牙底、牙侧。在螺纹凸起的项部，连接相邻两个牙侧的爆纹表面称为牙项： 布蝶纹沟槽的底部，连接相邻两个牙侧的蝶纹表面称为牙底：在通过螺纹轴线的剂面上，牙 顶和牙底之间的那部分螺纹表面利 为牙侧。见图7-1 (3)螺纹副。是指内外螺文相五旋合形成的联结。 2.基本牙型 蝶纹牙型是指在通过蝶纹轴线的剂面上，蝶纹的轮廓形状。 按GBT1922003的期定.普诵螺文的基本不型是在原始一角形的基础上，截大止风 部H8和底部H4而形成的，牙形角为60 顶部和底部削平后牙顶的究度为P8、牙 底的宽度为P4,见图(7-3)。图(7-3)是普通螺纹的原始二角形，它是两个贴合若、月 底边平行于螺纹轴线的等边=角形，边长为P,高为H:图(7-3b)中粗实线就是普通螺 纹的基本不型轮廓
XA☒ 图7-3普通蝶纹的基本牙型的形成 3.几何参数 (1)大径D、d,是指与外蝶纹牙项或内蝶纹牙底相切的假想圆柱的直径，见图(74) 国家标准规定，普通蝶纹大径的基本尺小为蝶纹的公称直径，内螺纹基本大径用D表示， 外螺纹基本大径用d表示。 (2)小径D,、d,·是指与外螺纹牙底或内蝶致牙顶相切的假想圆柱的直径，见图(74) 内蝶纹基本小径用D表示，外螺纹基本小径用d,表示， (3)中径D,d,。足指一个假想圆柱的直径，该圆杜的母线通过牙型上沟槽和凸起 宽度相等的地方（均为P2),见图(74）。该假想圆柱称为中径圆柱。内螺纹基本中径用D 表示，外蝶纹基本中径用d,表示。 图74普通螺纹的大径、小径、中径 中径是普通螺纹公差与配合中的主要参数之一，中径的大小决定了缘纹牙侧相对于与轴 线的径向位。普通螺致中径并非大径与小径的平均值。 大径、中径，小径的具体数值可查询GB/T196一2003中“表1《基木尺寸》”。本节选 录其中部分数值，见附表(71)，以供参考，如有史多需要可自行查阅该国家标准。 (4)顶径。是指与外螺纹或内螺纹牙项相切的假想圆柱的直径，即外蝶纹的大径d或 内蝶纹的小径D, (S)底径是指与外蝶纹或内蝶纹牙底相切的假想圆柱的直径，即外螺纹的小径d,或 内蝶纹的大径D。 3
(6)单一中径D,、d,。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12基本堞距(P2)的地方，见图(7-5).当蝶距无误差时，中径与单一中径相 等：当螺距有误差时，则二者不相等。内蝶纹单一中径用D,表示，外纹单一中径用d, 表示。 图75普通螺纹的单一中径 图7-6普通螺纹的作用中径 (7)作用中径D,m、d,。是指在规定的旋合长度内，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、半角以及牙型高度，并另在牙顶处和牙底处州 有间原，以保证包容时不与实际蝶纹的大、小径发生干涉，即蝶纹联结在旋合时起作用的中 径。见图(7-6)。内螺纹作用中径用D表示，外螺纹作用中径用d,m表示。 《8)螺距P。是指相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离，见图(7-7)。普通螺 文的紫距分粗牙和细牙两种。 农妮媒纹 中径线 图7-7普通螺纹的螺距、导程 图7-8普通螺纹的螺纹升角 螺距的具体数值应按GBT193一2003中“表1《直径与螺距标准组合系列》”的推荐根 据蝶纹公称直径进行选用，不得随意确定。本节选录其中部分数值，见附表(7-2)，以供参 考，如有史多需要可自行查阅该国家标准。除此之外，根据设计要求还可参考GBT 9144 2003《普通螺纹优选系列》 在一个螺纹副中，内、外蝶纹的蝶距是相同的。 普通蝶纹的大径、小径、中径、媒距之间的关系可用下列公式表示： D.d,)=Dd)-2xH=Dd)-0.6495P (7-1) D,(d)=Dd)-2x3H=Dd)-1.0825P (7-2) (9)导程P。是指同一条蝶饰线上的相邻两不在中径线上对应两点倒的轴向距离，见 图(7-7)。对单线蝶纹，导程等于蝶距：对多线螺纹，导程等于螺距与蝶纹线数的乘积， B=nP. (10)螺纹升角（导程角）中。是指在中径圆杜上，螺旋线的切线与垂直于蝶致轴线的 4
平面的夹角，见图(7-8)，螺纹升角可用下式计算 (7-3) nd,nd. (11)牙型角α、牙型半角α2。牙型角是指在螺纹牙型上两相邻牙侧向的夹角，普通 螺纹的理论牙形角α=60°：牙型半角是指不型角的一半，普通蝶纹的理论牙型半角α2=30 见图(7-9)（普通螺纹的牙型角、牙型半角GB/T14791-93P7图14） 合长度 图？-9普通螺纹的牙型角、牙型半角 图7-10普通螺纹的旋合长度 牙型半角的大小和倾斜方向会影响螺纹的旋合性和接触面积，故牙型半角α2也是螺 纹联结精度设计的主参数之 (12)螺纹旋合长度。螺致旋合长度是指两个相互配合的蝶纹沿螺纹轴线方向相互旋合 部分的长度，见图(7-10). 旋合长度的具体数值应按GB/T197一2003中“表6《螺纹的旋合长度》”的推荐进行选 用，不得随意确定。本节选录其中部分数值，见附表(？-3)，以供参考，如有史多需要可自 行查阅该国家标准， 相互旋合的在一个螺纹副中，内、外螺纹的基本参数应相同 第二节普通螺纹几何参数误差对其互换性的影响 紫纹加工中，山于刀具、机床等加工误差的原因，会造成螺纹几何参数产生误差，继而 影致的使用性能，蝶纹的旋合性、联结强度等。为了保证蝶纹联结的五换性，即保证 螺纹联结时的可旋合性和可靠性，必须分析螺纹儿何参数对其产生影用的具体情况。影响 通蝶纹五换性的几何参数主要有五个 大径、中径、小径、蝶距和牙形半角。其中，螺距误 差、牙形半角误差和中径误差尤为币要。 一、大、小径误差对普通螺纹互换性的影响 效在丁中，大小径中径都不可免地在在仙丁，这可能导到内 外螺纹在旋合时不测产 干涉 而无法旋合 为防止这种情况的发生，在螺纹精度设计时，常 通过蝶纹公差的设计，使得内蝶纹大、小径的实际尺寸分别大于外螺纹大、小径的实际尺寸 即保证在大径、小径的结合处具有适当的向隙值。但若内蝶纹的小径过大或外蝶纹的大径过 小，又会减小螺纹牙侧的接触面积，从而影响螺纹联结的可靠性。因此，国家标准中对普通 螺纹的大径、小径也规定了公差，分别参见附表(74)、附表(7-5)、附表(7-6)、附表(7-7)。 二、螺距累积误差对普通螺纹互换性的影响 蝶距误差分为蝶距局部误差△P和螺距累积误差△P,两种，主要是山加工机味运动链的 传动误差引起的，如果用成型刀具如板牙、丝锥加工螺纹，则刀具本身的媒距误差也会直接 传递到螺纹上造成蝶距误差 蝶距累积误差△P是指在规定的蝶致长度内，任意两同名牙侧与中径线交点间的实际轴 5
向距离与比基本值之单的最大始对值。山于一一般洗择的“理定的噬效长度”都是旋合长度 因此螺距累积误差与旋合长度有关，是影响螺纹使用的主要因素，即也就足影响螺纹联结互 换性的主要因素。 对于蝶纹联结，蝶距误差会使内外蝶纹牙测发生干涉而影明旋合性，并使载荷集中在少 数几个牙侧面上，影响连接的可靠性与承载能力。对于传动螺纹，蝶距误差会影响运动精度 及空行程的大小 假设一普通蝶纹联结，其内螺纹具有理想牙型，无蝶距误差和半角误差：外蝶纹中径 牙型半角均无误差，仪存在蝶距误差（在旋合长度内，有螺距累积误差△P)。见图(711）， 可知在这种情况下，内、外螺纹旋合时牙侧会产生干涉（见图7-11中阴影部分）而无法旋 合，月随着旋进牙数的增加，牙侧的干涉量会有所增大 mP条 外螺 图7-11螺距误差对螺纹互换性的影响 山此可知，△P茧然是螺纹牙侧在轴线方向上的位置误差，但是从影响旋合性来看，它 和螺纹牙侧在径向的位置误差（外媒纹中径增大、内螺纹中径成小）的结果是相同的。因此 为了使一个实际有螺距误差的外蝶纹可旋入具有理想牙型的内蝶纹，应把外螺纹的中径d 减小一个数值∫：同理，当内螺纹有螺距误差时，为了保证可旋合性，应把内螺纹的中径 加大一个数值∫。这个中径增大或减小的数值厂，是为补偿螺距误差的影响而换算成中径的 数值，被称为△P,的中径当量值。 从图7.11的Aahe中可以看出： fr =AP:cot (7-4) 对于牙形半角a/2=30的普通螺纹=1.732△P。山于△P:不论是正或负，都影响 旋合性（只是干涉发生在左、右牙侧面的个同而已），故△PΣ取绝对值。 三、牙型半角误差对普通螺纹互换性的影响 牙型半角误差（△？）是指螺致牙侧相对于螺致轴线的方向误盖，它等于实际牙型半 角与其理论牙型半角之差，对螺纹的旋合性和连接强度均有影响。蝶纹牙型半角误差分为两 种，一种是螺纹的左、右牙型半角不相等，车削蝶纹时，若车刀未装正，会造成这种结果： 另一种是螺致的左、右牙型半角相等，但不等于30，这是螺纹加工刀具的角度不等于60 所致 牙型半角误差对互换性的影响可以用其中径当量值来衡量，见图(712).假定内螺纹 6
具有基本牙型，外螺纹的中径、螺距与内螺纹一样没有误差，但其左右牙型半角存在误差 〔A)利心号引·此动无到A引利A号引。是F还是负血内，外烂致炭合时 左右牙侧都将可能产生干涉（见图7-12中的阴影部分）而无法旋合。为了保证旋合性，必 须将外螺纹中径减小一个数值∫。（或内螺纹中径增大一个数值厂）。这个中径增大或减小 的数值∫。是为补偿牙型半角误差的影响而换算成中径的数值，被称为牙型半角误差的中径 当量值。 图(7-12)是外螺纹的△α2为负值，在项牙侧处出现干涉现象而无法旋合：图(7-12b) 是外螺纹的△a2为正值，在牙底牙侧处出现干涉现象而无法旋合：图(7-12)是外螺纹 的（△气）(A》。、布医和底的牙侧都会产生干沙现象、两测干沙区的干莎星也 不相同。 图712牙型半角误差对螺纹互换性的影响 山图7-12中的几何关系，可以推导出一定的半角误差情况下，牙型半角误差的中径当 量值∫。为（公式有待确定） (7-5) 式中 P一蝶距(mm): —左牙型半角误差()： —右不型半角误差()： K,、K,—修正系数，其值的确定列于表（7-1)
表1K1、K,值的取法 内螺致 外螺致 (AS (4S >0 0 0 0 <0 K2 K K2 2 32 2323 式7-5是一个通式，是以外螺致存在牙型半角误差时的情况推导整理出来的，当假设外 螺纹具有理想牙型，而内蝶纹存在牙型半角误差，上式同样适用。 四、中径误差对普通螺纹互换性的影响 从前面介绍的内容可以看到，纹中径跟大、小径一样，若外螺纹的中径比内蝶纹的中 径大，内、外螺纹将因产生干涉而无法旋合，从而影年螺纹的可旋合性：但若外螺纹的中径 与内螺纹的中径相比太小，又会使螺纹联结过松，同时影啊接触面积，降低螺纹联接的可靠 性。除此之外，蝶距误差与牙型半角误差的存在，对内螺纹相当于中径减小，对外蝶纹相当 于中径增大，并月分别通过∫。和厂可以折算到中径上 山此可见，中径误差直接或间接都会影响普通螺纹的互换性，必须加以控制。 五、保证普通螺纹互换性的条件 1.普通螺纹的作用中径 作用中径是内、外螺纹旋合时实际起作用的中径 普通螺纹没有螺距误差和牙型半角误差时，内、外螺纹旋合时实际起作用的中径便是 螺纹的实际中径，即作用中径值与实际中径值相等。 当普通媒纹存在误差，外蝶纹有牙型半角误差时，为了保证其旋合性，只能与一个中 径较大的内螺纹旋合，其效果相当于将外螺纹的牛径增大一个中径当量值了。，即相当于外 螺纹在旋合中真正起作用的中径比实际中径增大了一个∫。值：当该外蝶纹同时又存在蝶距 累积误差时，该外蝶纹在旋合中真正起作用的中径又比原来增大了一个值。其作用中径 等于外螺纹的实际单一中径与螺距误差及牙型半角误差的中径当量值之和，即 dim=di+un+fp) (7-6) 同理，当内螺纹存在螺距误差和半牙型半角误差时，只能与一个中径较小的外螺纹旋合， 其效果相当于内螺纹的中径减小了。因此，对于外蝶纹而言，其作用中径等于内螺纹的实际 单一中径与螺距误差及牙型半角误差的中径当量值之差，即 Dm=D。-U+fr) (7-7) 显然，普通爆纹的作用中径是山单一中、螺距误差、牙形半角误差二者综合作用的结
果而形成的。因此，在国家标准中没有规定普通螺纹的蝶距公差和牙型半角公差，而是将其 换算成中径公差的一部分，通过检验中径米控制普通螺纹的螺距误差和牙型半角误差， 2.保证普通螺纹互换性的条件 首先，要保证内、外蝶纹能顺利旋合，必须满足一个条件，即内螺纹的作用中径不小于 外螺纹的作用中径 其次，外螺纹的作用中径过大或内蝶纹的作用中径过小，都会影响蝶纹联结的旋合性： 外蝶纹的实际单一中径过小或内蝶纹的实际单一中径过大，又会影时到蝶纹联结的强度。因 北，中径合格与查是衡量蝶敦万换性的主要指标，要保证墨纹的万换性，就要保证内、外螺 纹的作用中径和实际单 中径不超过各自一定的界限值，而判断螺纹中径的合格性则应遵 “极限尺小判断原则 茶勒原”。 按照该原则，螺纹中径的合格性条件为：螺纹的作用中径不能超过螺纹的最大实体牙型 (最大实体状态下的牙型)中径，任何位置上的单一中径不能超过蝶纹的最小实体牙型（最 小实体状金下的不型)中径。见图(713)。结合 内 第二章和第四章的内容，螺纹中径的合格性条件 可表示为： 内螺纹：D2n之D,D.≤Dmm 外螺纹：d2n≤dm,dm之d, 外纹 螺纹中径合格性州斯原则 图7-13普通螺纹中径合格性判断原则 需要说明的是：在GB/T197-2003中已经删除了上述“中径合格性判断原则"的相关内 容。该标准中指出，螺纹的检测手段有许多种，应根据螺纹的不同使用场合及螺纹加工条件， 山产品设计者自己决定采用何种螺纹检验手段。因为此判断原则在现场尚在使用，这甲只是 简述旧国标GBT197 1981中的相关内容，以做参考 第三节普通螺纹精度 GBT1972003规定了普通螺纹（一般用途米制螺纹）的公差，普通螺纹的基本牙型 和直径与蝶距系列分别符合GBT192一2003和GBT1932003中的规定.GB/T197-2003 适用于一般用途的机械紧固螺纹联结，其螺纹本身不具有封功能 一、普通螺纹公差带的基本结构 普通蝶纹公差带与第二章中介绍的尺公差带类似，山两个基本要素构成，即普通螺致 公差带的位置（基本偏差）和普通螺纹公差带的大小（标准公差）。普通螺纹的公差带是以 基本牙型为零线，沿者基本牙型的牙项、牙侧和牙底连续分布的，在垂直于螺纹轴线方向计 量大、中、小径的偏差和公差，见图(7-14)和图(7-15) 二、普通螺纹的公差等级 紫纹公差带的大小山公差值决定，公差值代号为T,并按大小分为若干级，用阿拉伯数 字表示。根据GB/T197一2003，现将内，外蝶纹大、中、小径的公差等级总结，见表(7-2)， 精度设计时按照此规定进行选取
表7-2普通螺纹的公差等级 螺纹直径公差等级 中径D, 4、5、6、7、8 内螺纹 小径D 4、5、6、7、8 中径d23,4、5、6、7、8、9 外螺纹 大径司 4.6.8 因为内纹加 工较外螺致加工因难，所以同级的内致中径公差值比外螺纹中径公差值 大30%左右，以满足“工艺等价”原则。各直径公差值分别见附表(7-4)、附表(7-5)、附表 7-6)、附表(77) 公差带位置为G 公养带位背为H 图7-14普通螺纹内螺纹的公差带位置 8日四 刷公差带位置为5 图7-15普通螺纹外纹的公差带位置 三、普通螺纹的基本偏差 如图7-14、图7-15所示，内、外螺纹的基本牙型是计算蝶纹偏差的基准，内、外螺纹 的公差带相对于基本牙型的位置与第二章中介绍的公差带位置一样山基本偏差确定。内螺纹