螺纹环规检验与测量方法的可靠性分析

螺纹环规检验与测量方法的可靠性分析 (原载中国测试技术2008第4期) 梁 平 （广东省计量科学研究院，广州 510405） ：针对我国目前在螺纹环规测量方法中存在的问题，根据其测量原理进行了可靠性分析。提出了对于螺 距不大于0.5 mm的螺纹环规，采用校对规检验作用中径及单一中径；而对于螺距大于0.5 mm的螺纹环规，则采 用校对规检验作用中径，双球法测量单一中径。该方法可以克服螺纹环规现行测量方法的不足，减少误判的风险， 得到更可靠的结果。 螺纹环规;测量;中径 Dependability Analysis on checking and measuring screw thread ri ng gauge LIANG Ping (Guangdong Institute of Metrology, Guangzhou 510405,China) At present, There may existent problems in traditional method of checking and measurin g screw thread ring gauge. Based on measured theory, dependability of this way of measurement is ana lyzed in this paper. Rational new method for checking ring gauge is put forward in this paper. For pitch less than 0.5 mm check plug is used to inspect size on virtual effective diameter and simple effective di ameter, but for pitch over 0.5 mm, check plug is only used to inspect size on virtual effective diameter, simple effective diameter is measured by double ball. This method may eliminate weakness of traditional way for checking ring gauge and may reduce risk, result of measurement is more reliable. Screw thread ring gauge; Measure; Effective diameter 1 对于普通螺纹一般是采用通止量规来检验其合格与否，这种方法有经济性高，操作简便的优点，在各国都普 遍使用。采用这一方法的前提是必须具备高准确度的螺纹量规。但怎样判断高准确度的螺纹量规是否合格呢？螺纹 量规分为螺纹塞规与螺纹环规，对于螺纹塞规一般是采用对单一中径、螺距、牙形角、螺距、大径、小径各单项参 数进行测量来判别合格与否；但要对螺纹环规的各单项参数进行测量就较难。目前，我国普遍采用的是校对规检验 方法。这种方法的局限性有：无法知道螺纹单个参数的具体值，几种参数混合在一起，使某些不具备基本使用性能 的螺纹量规可以通过螺纹校对量规通、止规的检验而不被发现（无法发现个别参数的不合格）。由此，在螺纹产品 生产厂家与客户之间，螺纹量规生产厂家与计量部门之间，经常会在判断螺纹合格与否的问题上产生比较大的分 歧。 现在，我国GB/T3934普通螺纹量规及JJG 888圆柱螺纹量规检定规程对螺纹环规中径的检验以校对塞规为基本方法，因此，绝大多数的螺纹量规生产厂采用此方法对螺纹环规进行检验。这种方法是源于1905年 英国人泰勒提出的泰勒原则，螺纹通端量规保证了内、外螺纹间的可装配性；螺纹止端量规保证了螺纹件具有一定 的机械强度。 螺纹中径合格性的判断原则为：“实际螺纹的作用中径不能超出最大实体牙型的中径，而实际螺纹上任何部位 的单一中径不能超出最小实体牙型的中径。”可用下列不等式表示： d作用?d2max （1） 外螺纹： d单一?d2min （2） 内螺纹：D作用?D2min （3） D单一?D2max （4） 式中：d作用—外螺纹的作用中径； d单一—外螺纹的单一中径； d2max、—外螺纹中径的最大极限尺寸； d2min —外螺纹中径的最小极限尺寸； D作用—内螺纹的作用中径； D单一—内螺纹的单一中径； D2max、—内螺纹中径的最大极限尺寸； D2min—内螺纹中径的最小极限尺寸； 下面分析采用校对规检验螺纹环规的工作情况：如果不计算螺纹量规的制造误差，校对塞规的通规就是最大 实体牙型的理想边界，那么实际螺纹能与通规旋合并顺利通过则说明该实际螺纹的作用中径一定没有超出最大实体 牙型的中径；校对塞规止规及损规的牙型是在最小实体牙型上截短了，类似一个测头宽度等于P/2的固定式螺纹卡 规，其所控制的中径基本符合单一中径的定义，如果实际螺纹能被止规(或损规)所止，则说明该实际螺纹的单一中径没有超出最小实体牙型的中径。 由上可知，螺纹校对塞规基本上体现了中径合格性的判断原则。但是，由于实际螺纹存在螺距和牙型角误差， 校对塞规与螺纹环规旋合时构成配合的还是作用中径，这样对外螺纹(校对塞规)的作用中径会加大，而对内螺纹(螺 纹环规)的作用中径会减小。如图1所示。作用中径、螺距和牙型角误差的关系式如下： 图1 单一中径与作用中径的关系 d作用 = d单一＋fα＋fp （5） D作用 = D单一－(fα＋fp) （6） 式中：fα— 牙型角误差的中径当量 fp — 螺距误差的中径当量 根据上式可知，在考虑螺纹量规螺距和牙型角误差的情况下，校对塞规的通规能与螺纹环规旋合并顺利通过， 则说明该实际螺纹环规的作用中径一定不小于最大实体牙型的中径，一定满足D作用?D2min的条件，完全符合中径合格性的判断原则。校对塞规止规(或损规)在检验螺纹环规单一中径时，虽然校对塞规止规(或损规)是截短牙型(中径线与牙侧直线部分顶端之间的径向距离为0.1P)，而且相互旋合量不超过一个螺距，由于螺距误差而影响的 中径当量fp可不考虑，但牙型角误差会影响校对塞规止规(或损规)和螺纹环规的相互作用中径值，当由于牙型角误 差致使作用中径加大时，这样就产生了误判，把不合格的螺纹环规判为合格。因此，采用校对塞规止规检验螺纹环 规单一中径并不能保证完全符合中径合格性的判断原则。假设螺纹环规的牙型半角误差为Δα，则其相互旋合的中径根据图2可得： 图2 校对止规与环规相互旋合示意图 D单一=D2max+fα （7） 当 >0时， (8) 当 <0时， (9) fα的主要原因是截短牙 从(8)及(9)式可知，用校对塞规止规(或损规)检验螺纹环规单一中径时，其产生误差 型有0.1P的牙面高度。 对于螺距不超过0.5 mm的螺纹环规，在校对塞规的通规能与环规旋合并顺利通过时，如果校对塞规的止规 (或损规)与环规相互旋合量不超过一个螺距，当牙型半角误差,p=0.5 mm, 时，其引起的中径当量为 =0.004 mm 从上面可知，对于螺距不大于0.5 mm的螺纹环规，校对塞规的止规(或损规)与环规旋合时，牙型角误差对其作用中径影响较小，其作用中径基本与单一中径一致，误判的可能性较小。但对螺距大于0.5 mm的螺纹环规，采用校对规检验，误判的可能性就比较大, 特别是对首次检定的螺纹环规，在校对规检验合格的情况下，采用双球 法测单一中径，有时得到的单一中径会远远大于其最大极限值。这说明对螺距大于0.5 mm的螺纹环规，采用两种方法检测是不一致的，采用校对规检验产生误判的概率很大。 同时，在制造校对通规时考虑半角误差及螺距误差对作用中径的影响，由螺纹环规中径公差带的中心线至校 对通规中径公差带的中心线之间有给定值m, 校对通规的中径值比螺纹环规的最小中径值小m-TR/2，如果校对通规和螺纹环规的半角误差及螺距误差很小，其作用中径等于单一中径。此时，在螺纹环规单一中径小于最小中径时， 校对通规仍能旋合通过，根据中径合格性的判断原则，应为合格，实际上该螺纹环规是不合格的, 这样也会产生误判。 3结束语 为了保证螺纹环规检验的可靠性，对于螺距大于0.5 mm的螺纹环规，建议采用双球法测量单一中径，得到 更可靠的结果。 为了证明此结论，从2003年开始，我利用单位的Mahr精密测长仪，对螺纹环规检定时采用双球法测量单一 中径，同时也用校对规进行检验，从客户反馈情况来看，与以上结论完全符合。从理论上来说，双球法与三针法测 量螺纹塞规的原理完全是一样的。测量螺纹环规的单一中径采用双球法，只要配有足够多的测球，使用最佳测球， 测球与螺纹牙两侧的接触点间的距离恰好等于二分之一基本螺距，所测值完全符合单一中径的定义，所以其测量值 保证完全符合中径合格性的判断原则。