螺纹环规量化检测方法研究

吴秋梅　张明柱

摘 要：螺纹环规用于检测外螺纹，它自身的合格性是用螺纹校对规进行检测。这是一种定性判断。在现有测量条件下，本文提出了一种定量检测螺纹环规作用中径的方法。本方案通过测量螺纹环规和螺纹校对规配合时的轴向间隙，间接计算出螺纹环规的作用中径具体数值，使用泰勒原则对螺纹环规进行合格性的定量判断。

关键词：螺纹环规;轴向间隙;定量检测;作用中径

中图分类号：TG85 文献标识码：A 文章编号：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 螺纹检测方法现状分析

螺纹的加工精度是影响其使用性能优劣的重要指标。目前常使用螺纹量规进行螺纹尺寸合格性的检验[1]。螺纹量规包括螺纹塞规和螺纹环规，分别对内螺纹和外螺纹进行检验，如图1所示。螺纹环规的螺纹是内螺纹，目前多用更高精度的外螺纹塞规（螺纹校对规）对环规进行定性的综合测量。每一个规格的螺纹环规就必须有一套螺纹校对规，螺纹校对规制作费用高，周期长、易磨损[2-4]。

2 螺紋环规定量检测方案的设想

工作螺纹（内螺纹和外螺纹）的通端的综合检测实际上是螺纹作用中径的测量。作用中径是假想的包含螺纹实际偏差的具有标准螺距、标准牙型的螺纹，影响实际螺纹的旋合性。按《圆柱螺纹量规校准规范》（JJF 1345—2012）对螺纹校对规的基本参数进行测量后，先计算出螺纹校对规的单一中径，再计算出螺纹校对规的作用中径，然后加上试验所得螺纹配合的间隙，可得到螺纹环规的作用中径，接着使用泰勒原则进行螺纹环规中径的合格性判断。

根据普通螺纹的合格性判断准则——泰勒原则，合格的螺纹必须满足以下要求。对于外螺纹来说，作用中径不大于最大极限中径，单一中径不小于最小极限中径，即

[d2m≤d2min]                               （1）

[d2单一≥d2max]                             （2）

对于内螺纹来说，作用中径不小于最小极限中径，单一中径不大于最大极限中径，即

[d2m≥d2max]                               （3）

[d2单一≤d2min]                               （4）

当被测螺纹精度不高时，单一中径[d2单一]（[D2单一]）一般可以用螺纹中径[d2a]（[D2a]）代替。

不管是内螺纹还是外螺纹，其作用中径不但决定于实际中径，而且决定于螺距累积误差和牙型半角偏差的大小。它们的关系用式（5）、式（6）表示。

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

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

当[fp]与[fα2]为已知时，泰勒原则相关关系如图2所示，图中，[d2]、[D2]分别为外螺纹、内螺纹的中径，[Td2]及[TD2]为国家标准查阅出的公差。

合格的外螺纹实际中径的变动范围如图2（a）所示。

[d2amin≤d2a≤d2amax]                         （7）

[d2amin=d2amin]                             （8）

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

合格内螺纹的实际中径变动范围如图2（b）所示。

[D2amin≤D2a≤D2amax]                           （10）

[D2amax=D2max]                          （11）

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

3 试验验证方案

为了进行螺纹副配合间隙的测量，本研究设计了一种试验工装（见图3），工装包含5种零件。件1是已经计算出作用中径的螺纹校对塞规，两端为外螺纹，件1的通端（T端）和被测件2螺纹环规连接，件1的止端（Z端）和下端的件5底座的内螺纹连接。

调整弹簧和调整垫片组合使用，使弹簧处于压缩状态，弹簧上端顶住螺纹环规的下端面，弹簧下端作用到底座上。向螺纹环规的上端面施加压力[F]，随着压力增大，其逐渐抵消弹簧作用到塞规下端面的弹力，上端螺纹的间隙逐渐由集中到一侧变为两侧都有间隙变化，下端螺纹的间隙也出现同样的变化。

这种间隙的变化可以借用电子万能试验机来测出精确数值。内外螺纹作用中径相对于轴线的径向偏差（[Δr]）与轴线偏差（[Δx]）存在的几何关系如图4所示。

当螺纹为普通标准螺纹时，[α=60°]，而

[Δx=0.866Δr]                            （13）

由图4可知，当内外螺纹配合后，螺纹作用中径的关系为：

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

测出校对规的作用中径[d2m]，通过测量轴向间隙[Δx]，再按式（14）来计算出螺纹环规的作用中径[D2m]。

螺纹中径极限尺寸的计算公式为：

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

查阅相关资料，可得中径的下极限偏差[EI]和公差带[Td2]的数值，则中径的最小尺寸为[d2min=d2+EI]，中径的最大尺寸[d2max=d2min+Td2]。

查阅相关资料，可得[ZR]和[TR2]的数值（[ZR]为通端螺纹环规中径公差带的中心线到工件外螺纹中径上偏差的距离，[TR2]为通端和止端螺纹环规的中径公差），则通端螺纹环规的中径制造最大极限尺寸为：

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

通端螺纹环规的中径制造最小极限尺寸为：

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

将[D2m]与螺纹环规中径极限误差（[D通中小]，[D通中大]）比较，如果在这个区间，证明螺紋环规是合格的，反之不合格。

参考文献：

[1]李晓滨.中国螺纹标准化发展历程[J].机械工业标准化与质量，2015（12）：17-24.

[2]王艳，周建伟.螺纹测量方法综述[J].山东工业技术，2019（1）：57.

[3]何燕侠，刘振宁.浅析螺纹的几种测量方法[J].汽车实用技术，2016（4）：127-128.

[4]陈海平，曾攀，方刚，等.螺纹副承载的分布规律[J].机械工程学报，2010（9）：171-178.