螺紋環(huán)規(guī)量化檢測方法研究

吳秋梅　張明柱

摘 要：螺紋環(huán)規(guī)用于檢測外螺紋，它自身的合格性是用螺紋校對規(guī)進(jìn)行檢測。這是一種定性判斷。在現(xiàn)有測量條件下，本文提出了一種定量檢測螺紋環(huán)規(guī)作用中徑的方法。本方案通過測量螺紋環(huán)規(guī)和螺紋校對規(guī)配合時的軸向間隙，間接計算出螺紋環(huán)規(guī)的作用中徑具體數(shù)值，使用泰勒原則對螺紋環(huán)規(guī)進(jìn)行合格性的定量判斷。

關(guān)鍵詞：螺紋環(huán)規(guī);軸向間隙;定量檢測;作用中徑

中圖分類號：TG85 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）26-0050-03

Research on Quantitative Detection Method of Thread Ring Gauge

WU Qiumei ZHANG Mingzhu

（Henan University of Science and Technology，Luoyang Henan 471000）

Abstract： The thread ring gauge is used to detect the external thread and its own qualification is detected by the thread calibration gauge. This is a qualitative judgment. Under the existing measurement conditions， this paper proposed a method for quantitatively detecting the diameter of the thread ring gauge. This program indirectly calculates the specific diameter of the working diameter of the thread ring gauge by measuring the axial clearance when the thread ring gauge and the thread calibration gauge are matched， and uses the Taylor principle to quantitatively judge the qualification of the thread ring gauge.

Keywords： thread ring gauge;axial clearance;quantitative detection;virtual pitch diameter

1 螺紋檢測方法現(xiàn)狀分析

螺紋的加工精度是影響其使用性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)。目前常使用螺紋量規(guī)進(jìn)行螺紋尺寸合格性的檢驗[1]。螺紋量規(guī)包括螺紋塞規(guī)和螺紋環(huán)規(guī)，分別對內(nèi)螺紋和外螺紋進(jìn)行檢驗，如圖1所示。螺紋環(huán)規(guī)的螺紋是內(nèi)螺紋，目前多用更高精度的外螺紋塞規(guī)（螺紋校對規(guī)）對環(huán)規(guī)進(jìn)行定性的綜合測量。每一個規(guī)格的螺紋環(huán)規(guī)就必須有一套螺紋校對規(guī)，螺紋校對規(guī)制作費用高，周期長、易磨損[2-4]。

2 螺紋環(huán)規(guī)定量檢測方案的設(shè)想

工作螺紋（內(nèi)螺紋和外螺紋）的通端的綜合檢測實際上是螺紋作用中徑的測量。作用中徑是假想的包含螺紋實際偏差的具有標(biāo)準(zhǔn)螺距、標(biāo)準(zhǔn)牙型的螺紋，影響實際螺紋的旋合性。按《圓柱螺紋量規(guī)校準(zhǔn)規(guī)范》（JJF 1345—2012）對螺紋校對規(guī)的基本參數(shù)進(jìn)行測量后，先計算出螺紋校對規(guī)的單一中徑，再計算出螺紋校對規(guī)的作用中徑，然后加上試驗所得螺紋配合的間隙，可得到螺紋環(huán)規(guī)的作用中徑，接著使用泰勒原則進(jìn)行螺紋環(huán)規(guī)中徑的合格性判斷。

根據(jù)普通螺紋的合格性判斷準(zhǔn)則——泰勒原則，合格的螺紋必須滿足以下要求。對于外螺紋來說，作用中徑不大于最大極限中徑，單一中徑不小于最小極限中徑，即

[d2m≤d2min]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

[d2單一≥d2max]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

對于內(nèi)螺紋來說，作用中徑不小于最小極限中徑，單一中徑不大于最大極限中徑，即

[d2m≥d2max]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

[d2單一≤d2min]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（4）

當(dāng)被測螺紋精度不高時，單一中徑[d2單一]（[D2單一]）一般可以用螺紋中徑[d2a]（[D2a]）代替。

不管是內(nèi)螺紋還是外螺紋，其作用中徑不但決定于實際中徑，而且決定于螺距累積誤差和牙型半角偏差的大小。它們的關(guān)系用式（5）、式（6）表示。

[D2m=D2a-（fp+fα2）]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （5）

[d2m=d2a+（fp+fα2）]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（6）

當(dāng)[fp]與[fα2]為已知時，泰勒原則相關(guān)關(guān)系如圖2所示，圖中，[d2]、[D2]分別為外螺紋、內(nèi)螺紋的中徑，[Td2]及[TD2]為國家標(biāo)準(zhǔn)查閱出的公差。

合格的外螺紋實際中徑的變動范圍如圖2（a）所示。

[d2amin≤d2a≤d2amax]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（7）

[d2amin=d2amin]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（8）

[d2amax=d2max-fp-fα2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（9）

合格內(nèi)螺紋的實際中徑變動范圍如圖2（b）所示。

[D2amin≤D2a≤D2amax]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（10）

[D2amax=D2max]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （11）

[D2amin=D2amin+（fp+fα2）]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （12）

3 試驗驗證方案

為了進(jìn)行螺紋副配合間隙的測量，本研究設(shè)計了一種試驗工裝（見圖3），工裝包含5種零件。件1是已經(jīng)計算出作用中徑的螺紋校對塞規(guī)，兩端為外螺紋，件1的通端（T端）和被測件2螺紋環(huán)規(guī)連接，件1的止端（Z端）和下端的件5底座的內(nèi)螺紋連接。

調(diào)整彈簧和調(diào)整墊片組合使用，使彈簧處于壓縮狀態(tài)，彈簧上端頂住螺紋環(huán)規(guī)的下端面，彈簧下端作用到底座上。向螺紋環(huán)規(guī)的上端面施加壓力[F]，隨著壓力增大，其逐漸抵消彈簧作用到塞規(guī)下端面的彈力，上端螺紋的間隙逐漸由集中到一側(cè)變?yōu)閮蓚?cè)都有間隙變化，下端螺紋的間隙也出現(xiàn)同樣的變化。

這種間隙的變化可以借用電子萬能試驗機來測出精確數(shù)值。內(nèi)外螺紋作用中徑相對于軸線的徑向偏差（[Δr]）與軸線偏差（[Δx]）存在的幾何關(guān)系如圖4所示。

當(dāng)螺紋為普通標(biāo)準(zhǔn)螺紋時，[α=60°]，而

[Δx=0.866Δr]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? （13）

由圖4可知，當(dāng)內(nèi)外螺紋配合后，螺紋作用中徑的關(guān)系為：

[D2m-d2m=2×Δr=1.154Δx]? ? ? ? ? ? ? （14）

測出校對規(guī)的作用中徑[d2m]，通過測量軸向間隙[Δx]，再按式（14）來計算出螺紋環(huán)規(guī)的作用中徑[D2m]。

螺紋中徑極限尺寸的計算公式為：

[d2=d-2×38H]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（15）

查閱相關(guān)資料，可得中徑的下極限偏差[EI]和公差帶[Td2]的數(shù)值，則中徑的最小尺寸為[d2min=d2+EI]，中徑的最大尺寸[d2max=d2min+Td2]。

查閱相關(guān)資料，可得[ZR]和[TR2]的數(shù)值（[ZR]為通端螺紋環(huán)規(guī)中徑公差帶的中心線到工件外螺紋中徑上偏差的距離，[TR2]為通端和止端螺紋環(huán)規(guī)的中徑公差），則通端螺紋環(huán)規(guī)的中徑制造最大極限尺寸為：

[D通中大=d2max-ZR+TR/2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（16）

通端螺紋環(huán)規(guī)的中徑制造最小極限尺寸為：

[D通中小=d2max-ZR-TR/2]? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（17）

將[D2m]與螺紋環(huán)規(guī)中徑極限誤差（[D通中小]，[D通中大]）比較，如果在這個區(qū)間，證明螺紋環(huán)規(guī)是合格的，反之不合格。

參考文獻(xiàn)：

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