《螺纹键配合与公差》课件

螺纹键配合与公差本课程深入探讨螺纹、键和花键结构的公差配合及检测方法，适用于机械工程、制造工程和测量技术等专业通过系统学习，学生将掌握公差配合的基本原理，理解螺纹、键和花键的公差标准，并能够进行公差计算和选择课程内容涵盖从基础理论到实际应用的完整知识体系，为精密机械设计和制造提供坚实的理论基础课程目标1掌握基本概念深入理解螺纹、键和花键的基本概念、分类和结构特点，为后续学习奠定坚实基础2理解公差原理全面掌握公差配合的基本原理，包括公差带、基本偏差和配合类型的理论知识3学习检测方法熟练掌握螺纹、键和花键的公差标准和各种检测方法，提升实际工程应用能力4培养计算能力能够独立进行公差计算和合理选择配合类型，解决实际工程中的公差设计问题课程目录第一部分公差配合基础1课程4-8建立公差配合的基本概念，学习国家标准系统和基本偏差理论2第二部分螺纹及螺纹配合课程9-24深入学习螺纹基本参数、公差计算和检测方法，掌握螺纹配合设计第三部分键配合3课程25-35了解键的类型和公差系统，学习键配合设计和检测技术4第四部分花键配合课程36-46掌握花键的结构特点、公差配合和实际应用案例分析第五部分检测技术与应用5课程47-50学习现代检测技术和工具，了解精密测量的发展趋势公差配合基础基础理论标准体系公差配合是机械制造中确保零件互换性和装配质量的核心我国采用GB/T1800系列标准，与国际ISO标准保持一致技术它通过规定零件尺寸的允许变动范围，实现批量生这套标准体系涵盖了从IT01到IT18的公差等级，满足不同产中的标准化和规范化精度要求的工程需求公差的基本概念尺寸公差基本尺寸公差带允许的最大尺寸与最小用于确定公差和偏差的最大极限尺寸与最小极尺寸之差，表示零件制理论精确尺寸，是设计限尺寸之间的范围，在造精度的要求范围的理想值图形上表现为一个带状区域实例计算对于φ50±

0.02mm，最大极限尺寸为

50.02mm，最小极限尺寸为

49.98mm，公差为

0.04mm配合的定义和类型间隙配合零件组合后始终保持间隙，用于需要相对运动的连接过渡配合零件组合可能出现间隙或过盈，用于定位要求较高的连接过盈配合零件组合后始终保持过盈，用于需要牢固连接的场合基本偏差和公差带基本偏差系统公差等级轴用小写字母a-z表示，孔用从IT01到IT18共18个等级，数大写字母A-Z表示每个字母字越小精度越高IT01用于代表不同的公差带位置，为量块等超精密零件，IT18用设计提供标准化选择于粗糙加工零件优先配合系列H/h为基准配合，H/k、H/n、H/p、H/s等为常用配合组合，满足大多数工程应用需求国家标准系统标准号标准名称主要内容GB/T1800-2009极限与配合标准系基本偏差和公差等列级GB/T1801-2009极限与配合配合的选择和应用GB/T1182-2008产品几何技术规范形位公差的标注方法ISO286国际标准对应与国际标准的一致性螺纹及螺纹配合公差配合螺纹配合涉及大径、中径和小径的公差控制基本参数螺距、牙型角、螺旋升角和有效直径是螺纹的四个基本参数检测方法三线法、量规法和光学检测是主要的螺纹检测手段螺纹的基本参数Pα螺距牙型角相邻两牙对应点之间的轴向距离，决定螺纹的密度牙型两侧面之间的夹角，标准螺纹为60°ψd2螺旋升角有效直径螺旋线与垂直于轴线的平面的夹角螺纹啮合面积的计算直径，螺纹配合的关键参数常用螺纹类型不同类型的螺纹适用于不同的工程场合普通螺纹用于一般连接，梯形螺纹用于传动，锯齿形螺纹用于单向传力，管螺纹用于管道连接每种螺纹都有其特定的几何参数和公差要求螺纹基本尺寸大径螺纹的最大直径，外螺纹为d，内螺纹为D中径螺纹的有效直径，外螺纹为d2，内螺纹为D2小径螺纹的最小直径，外螺纹为d1，内螺纹为D1螺纹旋合原理中径补偿机制啮合要求分析为保证旋合性，内螺纹中径需增大一个数几何关系建立螺纹啮合时需要考虑制造误差的影响，包值fp来补偿各种制造误差，确保螺纹能够内外螺纹的几何参数必须匹配，确保正确括螺距误差、牙型角误差和表面粗糙度等顺利装配的螺旋线重合和牙型配合螺距、牙型角因素对旋合性能的影响等基本参数需要严格一致螺距误差的中径当量定义理解螺距误差中径当量fp是为补偿螺距累积误差折算到中径上的数值计算公式fp=Pα×p/2×cotα/2，其中Pα为螺距累积误差应用场景不同螺纹类型的中径当量计算方法略有差异螺纹公差区中径公差大径公差TD

2、Td2控制螺纹的配合性能，是TD、Td主要影响螺纹的强度和外观螺纹公差的核心质量公差带位置小径公差H、G、e、g、h等字母表示不同的TD

1、Td1决定螺纹的根部强度和加公差带位置工难度普通螺纹公差等级精密级螺纹中等级螺纹粗糙级螺纹4H/4h、5H/5h等级用于精密仪器、6H/6g、6G/6g是最常用的公差等7H/8g、9H/8g用于对精度要求不高航空航天等高精度场合这类螺纹要级，适用于一般机械连接平衡了制的场合制造成本低，适用于批量生求极高的制造精度，通常需要专用设造成本和使用性能，是工程设计的首产的普通连接件备和严格的工艺控制选•建筑五金•航空发动机零件•汽车零部件•农用机械•精密测量仪器•一般机械设备•临时性连接•高精度传动机构•标准紧固件螺纹公差的表示方法公差符号标准表示代号含义图纸标注采用字母和数字组合表示，M20-6H/6g表示公称直径M表示公制螺纹，6表示公在技术图纸中规范标注螺纹简洁明确20mm的螺纹配合差等级，H/g表示配合类型公差要求螺纹配合类型间隙配合过渡配合过盈配合用于可拆卸连接，如螺栓螺母组合用于半永久性连接，在装配和拆卸之用于永久性连接，如螺纹锁紧机构配合间隙确保装拆方便，适用于维修间取得平衡既有一定的连接强度，通过过盈量产生很大的装配力，确保频繁的连接部位又能在必要时拆卸连接的牢固可靠内、外螺纹配合的计算基本尺寸确定根据设计要求确定螺纹的公称直径、螺距等基本参数，建立计算基础公差带计算根据选定的公差等级和配合类型，查表确定各直径的公差数值极限尺寸计算计算内外螺纹各直径的最大、最小极限尺寸，确保配合要求实例分析以M24×2-6H/6g配合为例，详细演示完整的计算过程和结果分析螺纹配合选择功能要求选择装配要求选择制造成本选择根据螺纹连接的功能要求选择合适考虑装配工艺和设备条件手工装精度要求越高制造成本越大在满的配合类型传动螺纹需要较紧配配适合较松配合，机械装配可选择足使用要求的前提下，应尽量选择合，连接螺纹可选择较松配合不较紧配合装配频率高的连接应选较低的精度等级，降低制造成本和同的工作环境对配合精度有不同要择间隙配合加工难度求螺纹公差实例分析螺纹误差对装配的影响中径误差影响中径误差直接影响螺纹的配合性能，过大会导致配合过紧或过松螺距误差影响螺距误差累积会使螺纹无法正常旋合，特别是在长螺纹中表现明显牙型角误差影响牙型角误差会改变螺纹的接触状态，影响载荷分布和连接强度累积误差分析各种误差综合作用，需要通过公差设计进行合理控制和补偿螺纹检测方法三线法测量螺纹量规检测光学投影检测使用标准测量丝测量使用环规和塞规快速通过光学投影仪观察螺纹中径，精度高但检测螺纹合格性，效螺纹轮廓，直观准操作复杂，适用于精率高适合批量检测确，适用于螺纹形状密螺纹检测检测专用测量仪螺纹专用测量仪器，自动化程度高，测量精度和效率俱佳螺纹量规环规应用塞规应用量规设计原则环规用于检测外螺纹，分为通规和止塞规用于检测内螺纹，同样分为通规量规公差带的分布遵循国家标准，制规两种通规应能顺利旋入外螺纹，和止规通规应能顺利旋入内螺纹，造公差和磨损公差都有严格规定量止规不应旋入超过规定圈数量规的止规不应旋入塞规的制造精度直接规的使用寿命和检测精度需要通过定设计遵循泰勒原则，确保检测的准确影响内螺纹的检测质量期校验来保证性和可靠性键配合尺寸公差键槽公差键宽、键高的公差控制决定轴上键槽和孔中键槽的公差键的类型配合性能设计配合设计平键、楔形键、切向键等不同类型适用于不同传动要求根据载荷和使用条件选择合适的键配合键的类型键连接是机械传动中重要的连接方式平键包括普通平键、导向平键和半圆键，主要用于轴与轮毂的周向定位楔形键分为单斜和双斜，通过楔紧作用传递转矩切向键包括单切向和双切向，适用于重载传动不同类型的键适用于不同的工况条件和传动要求平键的基本尺寸宽度与高度键宽b与键高h按标准比例设计，确保强度要求轴径对应根据轴径d查表确定键的宽度和高度尺寸长度选择键长l根据传递转矩和材料强度要求确定端部形状键端部可设计为圆头、方头或斜头形式平键的公差系统h9h11键宽公差键高公差控制键与键槽的侧面配合影响键槽深度和装配要求±

0.5IT9长度公差精度等级轴向长度的允许偏差范围根据使用要求选择合适精度键槽的基本尺寸轴上键槽深度t1和宽度b的设计要求，确保键的正确安装和传力孔中键槽深度t2和宽度b的设计，与轴上键槽配合形成完整的键连接尺寸关系键槽尺寸与键尺寸的配合关系，保证装配要求和使用性能端部形状键槽端部的圆弧过渡或直角设计，影响加工工艺和应力分布键槽的公差系统宽度公差等级深度公差等级公差带位置键槽宽度的公差等级通常选用N9或键槽深度公差等级一般为H11或N、P、JS等字母表示不同的公差带P9，根据配合要求确定N9用于一H12，主要控制键的顶面间隙深度位置N表示过渡配合，P表示过盈般配合，P9用于较紧配合公差等公差对键连接的传力性能和装配质配合，JS表示对称公差带，适用于级的选择直接影响键连接的松紧程量有重要影响双向配合要求度平键配合类型侧面配合顶面配合b/B配合是键连接的主要配合方式，通过键的侧面与键槽h/t1+t2配合主要起定位作用，键的顶面与轮毂键槽底面侧面的接触传递转矩这种配合要求键宽和键槽宽度的精之间通常保持一定间隙这种配合有助于键的装拆，但不确控制，是键连接设计的核心参与转矩传递•传递转矩的主要方式•主要起定位作用•配合精度要求较高•通常保持间隙•影响传动平稳性•便于装配和拆卸键配合公差计算键宽公差计算根据标准查取键宽的基本偏差和公差等级，计算键宽的极限尺寸键高公差计算确定键高的公差数值，影响键槽深度设计和装配间隙控制键槽公差计算计算轴上和孔中键槽的公差，确保与键的正确配合配合间隙计算计算键配合的最大最小间隙或过盈量，验证设计合理性键配合选择实例轻载荷配合对于传递小转矩的轻载荷场合，选择N9/h9配合，保证装拆方便，降低制造成本适用于仪器仪表和轻型机械设备中载荷配合一般机械传动选择P9/h9配合，在传力可靠性和装配性之间取得平衡这是最常用的键配合类型，适用于大多数工程应用重载荷配合重载传动设备选择P9/h8或更紧配合，确保键连接的可靠性用于矿山机械、重型设备等高载荷工况冲击载荷配合冲击载荷工况需要选择过盈配合，如P8/h7，通过预紧力提高连接刚度，适用于冲压设备、锻造机械等键连接的检测尺寸检测深度检测位置度检测使用游标卡使用深度尺或检测键槽相对尺、千分尺等专用量具检测于轴心线的位工具检测键键槽深度，控置精度，确保宽、键高的实制键的顶面间键连接的同轴际尺寸，确保隙和装配质度要求符合公差要量求专用量具键宽卡尺、键槽量规等专用量具，提高检测效率和精度键配合的应用案例传动轴配合往复运动配合精密仪器配合普通传动轴采用标准平键连接，选择往复运动机构中的键连接需要考虑轴精密仪器中的键连接要求极高的精度6H/h9配合，既保证传力要求又便于装向力的影响，通常选择导向平键，配和稳定性，选择IT7或更高精度等级，拆维修广泛应用于减速器、传动装合精度要求较高，确保运动平稳确保仪器的测量精度和可靠性置等设备中花键配合花键类型尺寸参数2直齿花键、渐开线花键等不同类型的结大径、小径、齿数、模数等基本几何参构特点数检测方法公差配合分度检测、跨棒测量等专业检测技术中心定位、齿侧定位等不同配合方式花键的类型直齿花键渐开线花键齿形为矩形，制造简单，齿形为渐开线，承载能力广泛应用于中小型机械传强，适用于高载荷传动动中具有良好的自定心齿根应力分布均匀，疲劳性能和传动平稳性强度高三角形花键齿形为三角形，主要用于轻载传动和定位连接制造成本低，但承载能力有限直齿花键的基本参数D大径花键的外径，决定花键的整体尺寸和强度d小径花键的内径，影响轴的强度和加工难度z齿数花键的齿数，通常为偶数，影响传动平稳性m模数齿距与π的比值，标准化参数便于设计选用花键公差类型中心定位齿侧定位混合定位以花键的大径或小径作为定位基准，以花键的齿侧面作为定位基准，径向兼顾中心定位和齿侧定位的优点，在齿侧面保持较大间隙，便于装配这保持较大间隙这种方式传递转矩能径向和切向都有一定的定位精度适种定位方式适用于传递转矩不大、对力强，适用于重载传动，但对中心精用于对传动精度和承载能力都有要求中心精度要求较高的场合度要求不高的场合的场合•传矩能力强•综合性能好•径向定位精度高•径向间隙较大•制造成本较高•齿侧间隙较大•适用于重载传动•应用范围广•适用于轻载传动花键的公差表示公差符号系统采用与圆柱面配合相似的公差符号，简化设计和制造标准表示法8×36×40H7/f7表示齿数

8、小径36mm、大径40mm的花键配合代号含义解析数字表示基本尺寸，字母和数字组合表示公差等级和配合类型直齿花键公差带花键部位内花键公差外花键公差配合性质大径H11a11间隙配合小径D9/H9h9/f8过渡/间隙配合齿侧面D9/H7h9/f7根据定位方式选择花键配合的计算基本尺寸确定根据传递转矩和轴径要求确定花键的齿数、模数和基本尺寸参数公差带计算根据定位方式和精度要求选择合适的公差等级，查表确定公差数值极限尺寸计算计算内外花键各部位的最大最小极限尺寸，确保配合要求计算实例以8×36×40H7/f7配合为例，详细演示完整计算过程和验证方法花键配合选择原则传递转矩要求1重载传动选择齿侧定位，轻载传动可选中心定位轴向移动要求需要轴向滑动的场合选择间隙配合，固定连接选择过渡配合制造难度选择在满足使用要求前提下选择较低精度等级，降低制造成本推荐配合方案4中心定位H7/g6，齿侧定位F8/h7，混合定位H7/h6花键圆锥结合公差圆锥结合特点圆锥度参数通过锥度配合实现轴向定位和径向标准圆锥度为1:10或1:20，影响装配定位的统一力和定位精度应用实例公差计算航空发动机、精密机床主轴等高精圆锥花键公差计算需考虑锥度误差度传动系统对配合的影响花键检测方法分度检测法跨棒测量法专用量具使用分度台检使用标准测量花键塞规、环测花键的齿距棒测量花键的规等专用量误差和齿向误跨棒距离，简具，用于批量差，适用于高便快速的检测生产中的快速精度花键检方法检测测综合检测仪花键综合检测仪器，能同时检测多个参数，精度高效率好花键配合应用案例汽车变速箱工程机械航空发动机汽车变速箱中的花键连接承受频繁的挖掘机、装载机等工程机械的动力传航空发动机的花键连接要求极高的精换挡冲击，要求高强度和耐磨性通动系统采用重载花键连接选择齿侧度和可靠性采用圆锥花键或高精度常采用渐开线花键，选择H7/f7配合，定位方式，配合等级为F8/h7，承受大直齿花键，配合等级达到IT6或更高，确保平稳换挡和长期可靠性转矩和冲击载荷确保发动机安全运行检测技术与工具检测基本原理常用检测工具公差检测基于长度测量和角游标卡尺、千分尺、百分度测量的基本原理通过比表、量规等是常用的检测工较实际尺寸与标准尺寸的偏具不同工具有不同的测量差，判断零件的合格性检范围和精度，需要根据被测测精度通常为被测公差的对象的公差等级合理选择1/10到1/3测量误差分析测量误差包括系统误差和随机误差系统误差可通过校正消除，随机误差通过多次测量和统计分析减小正确的测量方法和环境控制对减小误差至关重要光滑极限量规塞规应用量规设计检测孔的尺寸，通规应能通过，止规不应通过塞规的量规公差带的设计遵循国家标准，确保检测的准确性和通端检测孔的最小极限尺寸量规的使用寿命卡规应用公差关系检测轴的尺寸，通规应能套入，止规不应套入环规的量规公差带与工件公差带的关系，保证100%合格品通通端检测轴的最大极限尺寸过和100%废品被拒收。