授课课题：普通螺纹的公差与配合

目的要求：1.了解螺纹联接的种类及特点；

2.掌握螺纹联接的公差与配合的特点；

3.掌握螺纹联接的标注。

重    点：螺纹联接的公差与配合，螺纹联接的标注

难    点：螺纹联接的公差与配合

一、概述

1．（圆柱）螺纹的种类和使用要求

（1）普通螺纹：主要要求是可旋合性，联结的可靠性；

（2）传动螺纹：主要要求是传递位移的准确性和传递动力的可靠性；

（3）紧密螺纹：主要要求是结合的紧密性，不漏水，不漏油，不漏气。

2．普通螺纹的基本牙型及主要几何参数

（1）基本牙型：基本牙型的理想状态是在高为H的等边三角形（原始三角形）上截去其顶部和底部而形成的。

（2）主要几何参数

大径（D、d）：与外螺纹的牙顶或内螺纹的牙底相重合的假想圆柱的直径。

相结合的内、外螺纹的大径基本尺寸相等，即D =d 。

内螺纹的大径D又称“底径”,外螺纹的大径d又称“顶径”。

国标规定普通螺纹的大径为螺纹的公称直径。

小径（D1、d1）：与外螺纹的牙底或内螺纹的牙顶相重合的假想圆柱的直径。

相结合的内、外螺纹的小径基本尺寸相等,即D１=d1。

内螺纹的小径D1又称顶径；外螺纹的小径d1又称底径。

中径（D2、d2）：一假想圆柱的直径，该圆柱的母线通过螺纹牙型上的沟槽和凸起宽度相等的地方。

此假想圆柱称为中径圆柱，中径圆柱的母线称为中径线，其轴线即为螺纹轴线。

相结合的内、外螺纹中径的基本尺寸相等，即D２=d２.

　　　　　　图7-1普通螺纹基本牙型　　　　　　　　　　　图7-2螺纹的单一中径

单一中径（D2s、d2s）：一假想圆柱的直径，该圆柱的母线通过螺纹牙型上的沟槽宽度等于二分之一基本螺距的地方。

用以表示螺纹中径的实际尺寸。

螺距P：相邻两牙中径线上对应点间的轴向距离。

导程L：同一螺旋线上相邻两牙中径线上对应点间的轴向距离。

单线螺纹，L=P，多线螺纹，L=nP   n—螺纹线数

牙型角α（60°）：相邻两牙侧面的夹角。

牙型半角α/2（30°）：牙侧与螺纹轴线的垂直线间的夹角。

旋合长度：沿螺纹轴线方向相互旋合部分的长度。

二、螺纹几何参数误差对互换性的影响

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。

影响螺纹互换性的主要几何参数有五个: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、还会影响联接的可靠性,从而影响螺纹的互换性。

    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，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。

1.螺距误差的影响

螺距误差：分为单个螺距误差（ΔＰ）和螺距累积误差（ΔＰ∑）

ΔＰ：指实际螺距（Ｐa）与基本螺距（Ｐ）的差，ΔＰ＝Ｐa－Ｐ

ΔＰ∑：指在规定长度内，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的最大差值。对互换性的影响明显。

（ΔＰ∑）的影响与旋合长度（Ｌ）有关。

假设内螺纹理想，外螺纹仅螺距有误差：

若外螺纹的螺距比内螺纹的大（ΔＰ＞0），则内、外螺纹在螺牙的右侧干涉；反之，则在螺牙的左侧干涉。干涉量可用旋合长度上的n个螺牙的累积误差ΔＰ∑表示。

显然，具有理想牙型的内螺纹与具有螺距误差的外螺纹将发生干涉而无法旋合，实际生产中，为保证旋合性，把外螺纹的中径减去一数值fp，此fp值称为中径补偿值。

fp=1.732∣△P∑∣

若内螺纹具有螺距误差，为保证旋合性，应把内螺纹的中径加上一数值fp。

2. 牙型半角误差的影响

牙型半角误差：指实际牙型半角与基本牙型半角之差。是螺纹牙侧相对于螺纹轴线的位

置误差，即Δ（α/2）=αa /2－α/2。

图7-3牙型半角误差的影响

假设内螺纹理想，外螺纹小于内螺纹Δ（α/2）〈０，则内外螺纹在中径以上部位干涉；若Δ（α/2）＞０，则在中径以下部位干涉。

同样，可将牙型半角误差转变成中径当量fа/2，为保证旋合性，把具有牙型半角误差的外螺纹的中径减去一数值fа/2，把具有牙型半角误差的内螺纹的中径加上一数值fа/2。

0.44Ｐ∣△α/2∣　（△α/2＜０即外螺纹α/2小于内螺纹的α/2〉

    fа/2　＝  0.291Ｐ∣△α/2∣　（△α/2＞０即外螺纹α/2大于内螺纹的α/2）

　　　　　　　　　0.36Ｐ（∣△α/2∣左＋∣△α/2∣右）/2（△α/2＜＞同时存在）

3.中径误差（ΔD2、d2）的影响

中径误差：指实际中径与基本中径的差：ΔD2（d2）＝D2s（d2s）－D2（d2）

影响：D2s　过小， d2s过大，影响旋合性；

D2s　过大， d2s过小，影响连接强度。

内、外螺纹相互作用集中在牙型侧面，内、外螺纹中径的差异直接影响着牙型侧面的接触状态。所以，中径是决定螺纹配合性质的主要参数。

1）作用中径的概念：

定义：在旋合长度内实际起作用的中径。

即在规定的旋合长度内，恰好包容实际外（内）螺纹的一个理想内（外）螺纹的中径

为外（内）螺纹作用中径d2m（D2m）.

表示：

对于外螺纹，当有了螺距误差、牙型半角误差，就只能和一个中径增大了的内螺纹旋合，其效果相当于外螺纹实际起作用的中径增大了，这个增大了的假想中径称为作用中径，其值为：

d2作用= d2实际+ fp+ fа/2

对于内螺纹，当有了螺距误差、牙型半角误差，就只能和一个中径减小了的外螺纹旋合，其效果相当于内螺纹的中径减小了，这个减小了的假想中径称为作用中径，其值为： 

D 2作用= D 2实际—（fp+ fа/2）

2）中径公差

    对于普通螺纹，影响其互换性的主要参数是中径、螺距和牙型半角。由于螺距误差和牙

型半角误差对螺纹互换性的影响均可以折算成中径当量，并与中径尺寸误差形成作用中径。

   考虑到作用中径的存在，可以不单独规定螺距公差和牙型半角公差，而仅规定一项中径

公差，用以控制中径本身的尺寸误差、螺距误差和牙型半角误差的综合影响。

3）螺纹中径合格性判定原则

由于作用中径的存在以及螺纹中径公差的综合性，因此中径合格与否是衡量螺纹互换性的主要依据。

判断原则:

实际螺纹的作用中径不允许超出最大实体牙型的中径；

任何部位的单一中径不允许超出最小实体牙型的中径。

对于外螺纹：d2作用≤d2max（保证旋入）；d2单一≥d2min（保证连接强度）

对于内螺纹：D2作用≥D2min（保证旋入），D2单一≤D2max（保证连接强度）。

对于普通螺纹：未单独规定螺距及牙型半角公差，只规定了中径公差。

中径公差用来实际中径、螺距及牙型半角三个要素的误差。

4.实际顶径和底径的控制

由于实际螺纹底径误差对螺纹使用性能的影响相对较小，所以只需以顶径公差带TD1

（D1max、D1min）、Td（dmax、dmin）控制实际顶径D1a、da。

D1min ≤D1a ≤D1max

dmin ≤da ≤dmax

底径属性尺寸,不规定具体公差值.只规定牙底实际轮廓的任何点不得超过按基本误差所确定的最大实体牙型.

三、普通螺纹的精度设计

1、螺纹公差带

公差带的特点：

①沿基本牙型分布；

②位置和大小在垂直于螺纹轴线方向计值。

图7-4普通螺纹的公差带布置

1）螺纹的公差等级（公差带的大小）

GB/T197-1981规定了中径、顶径公差等级。

（1）螺纹的基本牙型是计算螺纹偏差的基准，基本牙型为零线；

（2）对于外螺纹，基本偏差是上偏差(es)；对于内螺纹，基本偏差是下偏差（EI）；

（3）在普通螺纹标准中，对内螺纹规定了代号为G、H 两种基本偏差，对外螺纹规定了代号为e、f、g、h 四种基本偏差。

（4）其中H、h 的基本偏差为零，G 基本偏差为正值，e、f、g 的基本偏差为负值。

2.螺纹的精度设计

1）结合精度的确定

配合精度包括：公差等级（精密、中等、粗糙级）和旋合长度（S、N、L）。

螺纹配合精度不仅与螺纹公差等级有关，还与螺纹的旋合长度有关。旋合长度愈长，螺距的累积误差愈大，较难旋合，且加工长螺纹比短螺纹难以保证精度。因此对不同的旋合长度规定不同大小的公差带，旋合长度是螺纹精度设计中必须考虑的因素。

国标中规定了不同公称直径和螺距所对应的旋合长度:

短(S) 、中(N)、长(L)三种旋合长度（表10-9）。

国标按螺纹公差等级和旋合长度规定了三种类型的公差带，分别是:    

        精密级、中等级和粗糙级(表10-8). 代表着不同的加工难度。

   对于不同旋合组的螺纹，应采用不同的公差等级，以保证配合精度和加工难易程度相当。

•精密级——用于精密联结螺纹。

•中等级——用于一般用途联结。

•粗糙级——用于要求不高及制造困难的螺纹。

2）旋合长度的确定

一般多用N组。根据公称直径和螺距选择。

3）公差带的确定

是螺纹公差等级和基本偏差的组合。多用6H、6g.

   表示方法是公差等级后加上基本误差代号。

 如外螺纹：6f；内螺纹：6H。与普通尺寸公差带代号相反。

4）配合的选用

理论上，表中的内外螺纹可以构成各种配合，但从保证足够的接触高度出发，最好选用H/g、H/h、G/h的配合。

为保证连接强度、接触高度、装拆方便，国标推荐优先采用H/g、H/h、G/h配合。

对大批量生产的螺纹，为装拆方便，应选用H/g、G/h配合。

对单件小批量生产的螺纹，可用H/h配合，以适应手工拧紧和装配速度不高等使用特性。

对高温下工作的螺纹，为防止氧化皮等卡死，用间隙配合：H/g（450°以下）、H/e（450°以上）

对需镀涂的外螺纹，当镀层厚为10μm、20μm、30μm时,用g、f、e与Ｈ配合。当均需电镀时，用G/e、G/f配合。

5）表面粗糙度的确定

国标有普通螺纹的表面粗糙度推荐值。

牙面表面粗糙度影响螺纹耐磨性、配合性质的稳定性、抗疲劳强度和抗腐蚀性等。

牙面表面粗糙度由Ra控制．

螺纹牙侧表面粗糙度Ra值符合标准：

1．普通螺纹的标记：由螺纹代号（含螺纹公称直径、螺距、）；螺纹公差带代号（按

中径、顶径顺序）；螺纹旋合长度组成，中间用“——”隔开。即：“螺纹代号 — 螺纹公差带代号 — 螺纹旋合长度代号”。

举例：外螺纹：M20—5g6g—S

      内螺纹：M20×1.5LH—6H

  2．标注示例

（1）在零件图上：应标注单个螺纹的标记，如M10 -5g6g -S ，M20⋅2LH-6H -40

图例：

M10LH-4H5H

（2）在装配图上：应标注螺纹的配合公差。如M20×2—6H/5g6g—S。

例题1：说明M40×7（14/2）LH—5g6g—s的含义

普通外螺纹，公称尺寸40mm，螺距7mm，导程14mm，线数2，左旋，中径公差带代号5g，顶径公差带代号6g.

例题2  有一螺栓M24×2—6h，测得其单一中径d2S=25.6mm，螺距误差△P=+35μm，牙型半角误差△α/2（左）=-30′，△α/2（右）= +65′，试判断其合格性。

解：1）查表10-10得：中径基本尺寸d2 =22.701 mm，

       查表10-7 得　中径上误差 es=0    

查表10-6得：  中径公差  Td 2= 170μm，

      经计算可得外螺纹中径极限尺寸  

          d2max =22.701 mm，    d2 min =22.531 mm， 

    2）计算螺距累积误差和牙型半角误差的中径当量及作用中径为

          f P= 1.732×35μm= 0.061mm

          f a/2 =0.36×2（︱-30︱+65）／２μm=0.034 mm 

          = 22.6+0.061+0.034=22.695mm

    3）判断合格性

       d2m=22.695mm＜d2max =22.701 mm，

       d2S=22.6mm＞d2 min =22.531 mm，

      故该螺纹中径合格。

本章小结：

1.了解螺纹的基本常识，熟悉螺纹的主要几何参数；

2.掌握普通螺纹公差及配合的国家标准。特别是普通螺纹公差等级、基本偏差和配合的相关规定、种类及选用原则；

3.掌握常用螺纹的标注方法。下载本文