螺纹连接中孔径尺寸及位置精度的确定方法浅释

螺纹连接中孔径尺寸及位置精度的确定方法浅释

螺纹连接是机械连接中最常用的连接方式之一。在设计螺纹连接时，为保证螺纹连接设计既符合使用要求又能顺利地装配且实现装配互换性，合理确定螺栓通孔直径大小及孔组位置精度就显得非常重要。本文将结合作者在轻卡后桥设计中的实际应用案例，对螺栓连接中通孔尺寸及位置精度确定方法进行简单介绍。

螺栓连接的一般性原则

GB/T5277-1985《紧固件 螺栓和螺钉通孔》中规定了精装配、中等装配、粗装配三种螺栓通孔。各规格螺栓通孔尺寸规定如下表1（螺栓和螺钉通孔直径）。

在工装夹具的设计中，如果无特殊要求，螺栓通孔一般按照中等装配进行设计，通孔尺寸精度、位置精度按照经济精度进行确定。但是在后桥设计中，从功能、可靠性等方面考虑，通孔与螺杆之间的间隙一般要求≤ 0.5mm，甚至为了满足受力要求，间隙要求更小。下面举例说明。如图1 所示为差速器总成，从动齿轮通过螺栓与壳体连接。由于属于关键传动件且位于后桥内部，拆装不方便，所以从动齿轮的螺栓连接安全系数要求很高。在设计该螺栓连接时，一般要求该螺栓只承受预紧拉力，所以螺栓与通孔的配合间隙一般设置为0.3mm。但是受结构限制，部分后桥中，该螺栓同时承受剪切力。为了提高安全系数，必须使多个螺栓同时承受剪切力。这就要求螺栓与通孔的配合间隙更小。

图1 差速器总成

当螺栓承受剪切力， 螺栓与通孔需要小间隙配合时， 如何才能保证螺栓能够顺利装配且实现装配互换性能呢？这就要求螺栓孔的体外作用尺寸（Dfe)≥ 螺杆的体外作用尺寸(dfe)。体外作用尺寸是指在被测要素的给定长度上，与实际轴(孔)体外相接的最小理想孔(轴)的直径。计算公式为：

注：为便于说明，本文中位置度公差与尺寸公差采用独立原则。举例说明如下：如图2(a)所示零件，校验能否满足在没有过盈情况下自由装配。

我们知道实现装配互换性的充分条件是，计算过程见表格2。

图2 零件装配互换性实例

表2 验算过程

螺纹连接中位置度公差校验

螺纹连接按照连接方式不同可以分为螺栓连接和螺钉连接。螺栓连接是指用螺栓穿过两个或几个被连接零件上的通孔的连接。螺钉连接是指把双头螺柱、螺钉等紧固件拧入一个被连接零件的螺孔中，且穿过其余的被连接零件上的通孔。下面分别导出两种连接方式的位置度计算公式。

螺栓连接方式

通过上述我们知道保证螺栓无过盈装配的充分条件为。将图2所示实例进行演化，得到如图3(c)所示螺栓连接方式。在实际使用过程中，各通孔尺寸公差和位置度公差相同，所以公式推导如下：

图3 螺栓连接演化图

螺钉连接方式

保证螺钉无过盈装配的充分条件为。将图2所示实例进行演化，得到如图4（c）所示螺钉连接方式。假设通孔和螺纹孔尺寸公差和位置度公差也相同，螺钉采用包容要求，公式推导如下：

图4 螺钉连接演化图

实用意义

公式（1）、（2）分别为螺栓连接和螺钉连接时，通孔和螺纹孔尺寸公差和位置度公差的计算公式。该公式对螺纹连接设计甚至孔轴设计具有十分重要的指导意义。目前，在后桥的从齿螺栓连接、半轴双头螺栓改普通螺栓连接设计中已经使用该公式进行校验并取得了良好的效果。同时，对比两公式我们不难看出，当精密配合时，螺钉连接对位置度的要求更高。所以，在进行螺纹连接设计时，统筹考虑成本、空间布置、经济精度及性能要求，尽可能地选择螺栓通孔连接方式。