CN1071164C - 高精度螺纹及其制造工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺纹，特别是一种易实现高精度生产的螺纹及其制造工具。通过改变螺纹的廓线，将其设计成在普通螺纹理论廓线附近变化，在某些场合部分新廓线甚至可设计成远偏离于理论廓线，新的廓线各线段可以由曲线段圆滑连接而成，甚至可以沿轴线和螺旋线方向连续变化。这样可以取得最高的精度和经济精度。

为制作高精度螺纹，使用与所需牙型相匹配的形状阴阳相对的内丝板或外丝锥，通过滚压、搓制、轧制或攻制而成。

Description

高精度螺纹及其制造工具

本发明涉及一种螺纹，可以是外螺纹，也可以是内螺纹，特别是一种易实现高精度生产的螺纹及其制造工具。

如所周知，螺纹多用于紧固、密封、调节或承力。螺纹的制作过程不可避免会存在误差，如尺寸误差和形状误差。尺寸误差主要表现于大小径的误差，形状误差主要表现在螺距误差、牙形角误差及其积累误差，一种误差的变化将引起其它误差的变化，而误差的大小，是衡量螺纹精度高低的依据。对以上各种误差，传统的方法是采用“中径补偿”来补救，即单独用控制虚拟的中径来补偿各种误差，使螺纹得以实现其基本功能，中径成为普通螺纹最重要的功能参数。显然，这种补偿方法实际上是难以控制的，是以大幅度降低中径的精度为代价的，并没有直接减少或消除螺纹的制造误差，使螺纹的综合精度不但没有提高，反而明显下降。据《GB197普通螺纹公差与配合》与《GB1800公差与配合》两项标准的对比，同等经济精度，螺纹的公差值(即允许的制造误差值)要比同等精度的标准公差值增大10至20倍，精度降低6至7个等级。举例说，按照传统普通螺纹技术及其标准(即GB197)生产出来的螺纹，若以GB1800标准来衡量，6级经济精度的螺纹，其公差值约在标准公差的IT12至IT13级，与一般工厂规定的自由尺寸公差同一级别，也可以说，毫无精度可言，而要生产IT6级精度的螺纹，按现行做法，是不可能实现的事情，甚至连标准也没有制定。

针对上述问题，本发明的目的在于提供新的螺纹廓线，方便用不同的、易于直接控制及测量的各种参数来生产各种不同用途的高精度螺纹。

本发明通过如下方式来实现目的，由于螺纹精度的提高在于在保证使用要求的前提下去减少径向间隙和轴向间隙。本发明通过改变螺纹的廓线，将其设计成在普通螺纹理论廓线附近变化，在某些使用场合部分新廓线甚至可设计成远偏离于理论廓线。对一般的非干涉配合螺纹副场合，新设计的廓线偏小，并被普通螺纹理论廓线所包络，但两廓线各对应段的距离不全恒为零，是否为零视螺纹实际使用环境而定；对于干涉配合状态，可视设计需要，让某部位廓线超出理论廓线范围。并且新的廓线各线段不要求为直线段，可以由曲线段圆滑连接而成。新廓线的尺寸，甚至可以沿螺纹轴线和螺旋线方向连续变化。至于两廓线的具体偏差量以及沿螺纹轴线和螺旋线方向的变化量，显然还与螺纹制作材料及使用时的受力状态相关，均存在一个最小值或最佳值。显然上述各对应段距离全恒为零即为理论廓线。

采用这种螺纹廓线，可以方便地针对螺纹不同的应用场合，确定设计时控制廓线的不同的部位，可取得最高的精度和经济精度，生产出满足需要的螺纹。如本发明的廓线在理论牙顶(牙根)内廓处设计一凸(凹)台，显然控制好凸(凹)台尺寸，就可有效地减少径向间隙和轴向间隙，即能极大地消除大径或小径的误差(直线度或者同轴度)、螺距误差以及其积累误差。而控制原牙形廓线的变形程度可控制牙形廓线的误差及其积累误差，如当螺纹用于单向受力时，可以仅控制一侧的线段变化，即能满足螺纹副的配合精度要求。通过上述廓线变化，可以独立有效地控制或消除螺纹的非关键参数(如牙型角、螺距)误差对关键的参数(如大径或小径)精度的影响，使螺纹功能参数的单项精度和综合精度得到明显的提高。

为制作高精度螺纹，本发明使用与所需牙型相匹配的形状阴阳相对的内丝板或外丝锥，通过公知的方法滚压、搓制、轧制或攻制而成。内丝板的形状可以是圆形、板形或弧形。

现结合附图作进一步的叙述：

图1为本发明的螺纹廓线图，其中3为凸(凹)台，2为本发明廓线。

图2为本发明的螺纹廓线图及其与理论螺纹廓线关系，其中1为理论螺纹廓线，2为本发明的螺纹廓线，3为凸(凹)台。

图3为非干涉配合时，内外螺纹间的间隙分布图，其中1为理论螺纹廓线，2为本发明的螺纹廓线。

图4为一种非对称螺纹与标准螺纹联接时的受力图。

图5为一种非对称螺纹廓线与标准螺纹廓线关系图。其中，4、5为两种廓线的不重合部分，5为本发明的新廓线(部分)，4为标准螺纹廓线(部分)，1和2为重合部分的廓线。

图6为一种调节螺纹的间隙分布图。

各图中箭头均表示力的方向。

现结合附图说明直接控制误差而提高精度的高精度螺纹廓线不同的设计情况。设计的本质是各参数均以“设计、制造、测量和装配”四大基准实现同一的原理为依据的，均可进行单独精度控制。在一般情况下，由于螺纹是单方向受力状态下使用的，这时制造高精度螺纹仅需控制受力面的间隙s、y为零，也就是控制螺纹副的单侧完全贴合，这种情形下凸(凹)台(3)实际可不存在，也就是图1中线段CD(AB)和线段EF(HG)长度为零，非受力面的间隙任由其大于零，不刻意控制；而若不考虑削弱牙型强度的因素，更可控制间隙x、p同时大于零，有利于直接消除角度制造误差对配合精度的影响，这时普通对称三角螺纹实质上转变为只有单向接触的非对称螺纹(图4)，且当x足够大时，可完全消除角度及螺距的误差及其累积误差对螺纹径向精度的影响，这种螺纹可从双方向旋进，与非对称侧接触组成螺纹副时会产生性能的转变，如新增加精确定位和在六个自由度方向全自锁的性能；在制造调节螺纹时，可设定间隙x、p、s、g大于零，控制间隙t、z、h，这时的三角螺纹转化为矩形螺纹来控制(图6)；当螺纹副的间隙差t_内-t_外和z_内-z_外是正值时，螺纹为一般的间隙配合，可让其它尺寸参数存在间隙情况下单独和精确地控制间隙t或z，即可依据GB1800的标准选择t、z的公差及其配合公差带；当t_内-t_外和z_内-z_外为负值时，螺纹副为干涉配合状态，精度控制及其配合公差带的意义是-样的。控制间隙y+h可对螺距误差进行补偿，控制β_内-β_外或γ_内-γ_外的数值可对牙形半角误差作补偿。在非干涉配合情况下，参数y+h、β_内-β_外或γ_内-γ_外要进行对螺距制造和牙形半角误差完全补偿，这个间隙和角度的最小值应大于它们的误差及累积误差，并且参数y+h可单独增大其数值，就可同时补偿螺距及角度误差对螺纹径向精度的影响，等等。

通过上述廓线设计，螺纹的大径、小径或牙形、螺距精度得到单独、直接有效的控制，螺纹的精度和配合精度得到明显的提高，其尺寸精度公差可比GB197规定的数值减少90％至95％，甚至可执行GB1800标准，实现螺纹的经济精度与普通零件的经济精度的统一，同时也实现了螺纹的经济精度和精度的统一，从而使“螺纹就是零件”，实现螺纹“象零件一样设计，象零件一样的精度生产，象零件一样选择配合公差带”的设想成为可能。

Claims (9)

1．一种高精度螺纹，可以是外螺纹，也可以是内螺纹，特别是易于按需控制，实现高精度生产的螺纹，其特征在于螺纹廓线设计成在普通螺纹理论廓线附近变化，在某些使用场合部分新廓线甚至可设计成远偏离于理论廓线，两廓线各对应段距离不同时恒为零。

2．一种用于制造权利要求1所述的高精度螺纹所用的制造工具，使用内丝板攻出外螺纹或外丝锥攻出内螺纹，其特征在于所用工具的螺纹形状与权利要求1中所述的螺纹相配且形状阴阳相对。

3．根据权利要求1所述的螺纹，其廓线各线段是由曲线段圆滑连接而成。

4．根据权利要求1或3所述的螺纹，其廓线段的尺寸，可沿螺纹轴线和螺旋线方向连续变化。

5．根据权利要求4所述的螺纹，其廓线的尺寸沿螺纹轴线和螺旋线方向的连续变化函数可以是线性的，也可以是非线性的。

6．根据权利要求1或3所述的螺纹，其廓线在理论牙顶内廓处设计有凸台。

7．根据权利要求1或3所述的螺纹，其廓线在理论牙根内廓处设计有凹台。

8．根据权利要求1或3所述的螺纹，其廓线为非对称螺纹廓线。

9．根据权利要求2所述的螺纹制造工具，内丝板的形状可以是圆形，也可以是板形或弧形。

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