美制螺纹标准手册

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美制螺纹标准手册

YESWIN螺纹教材螺纹一般状况 : 螺纹提供紧固件使之能作负荷之转移. 1 何谓螺纹 : 所谓螺纹即为在一圆柱物体上作出突起之螺旋山状物,外螺纹适用于螺栓, 螺丝及螺桩, 内螺纹适用于螺帽及螺纹孔. 2 螺纹之组成 : 主要分为三部份螺峰, 螺谷及螺腹. 螺纹部顶端称之为螺峰, 螺纹部底端称为螺谷, 二者之间称为螺腹. 三者组成一V字型之构造. 螺峰与螺谷之直线距离为螺纹高H, 螺峰与螺峰之距离为螺距P, 在UN螺纹方面H = 0.866025 x P ( 假设状况螺峰与螺谷均为V字型尖锐端). 完全与不完全螺纹: 螺纹同时具有螺峰及螺谷之完整形状时称为完全螺纹, 若螺谷或螺3 峰未完全成型则称为不完全螺纹. 螺距 : 螺距P即垂直于螺丝(帽)轴螺纹上之任一点与邻近螺纹同一点之水平距离. 在UN4 螺纹系统中, 通常以每寸几个螺纹表示. 大径及小径 : 在外螺纹系统中, 螺峰之外径称为大径, 螺谷之外径称为小径. 内螺纹类5 则正好相反, 螺峰之内径为小径, 螺谷之外径为最大径. 螺腹: 螺腹与轴部所成之角度称为螺腹角( Flank Angle ), 轴部双边角度相等者称为对称, 6 在UN螺纹系统中, 螺腹角通常为30度且对称, 故UN螺纹之角度均为60度. 7 有效径 : 理论上而言为垂直于轴而通过螺峰螺谷某点之径. 对标准螺纹而言, 此点正好位于中点. 但对非标准螺纹而言, 此点可能位于中点附近之任一点, 视实际制造状况而定. 8 裕度 : 螺纹配合之裕度意味外螺纹及内螺纹均以其最大上限制造且结合时之宽裕度. 对紧固件而言, 裕度通常由外螺纹提供, 这表示外螺纹之大径, 有效径, 小径均需比基本螺纹型为小. 而内螺纹之三径则等于基本螺纹型. 9 制造公差: 公差之配合则视制造而定. 公差即上限与下限之差. 对外螺纹而言, 其公差为上限减去公差即为下限, 内螺纹则正好相反. 10 螺纹长及结合深度: 紧固件结合时, 外螺纹部之完全螺纹部之轴距为其螺纹长, 旋进内螺纹之距离为其结合深度, 螺纹长及结合深度对其强度有深切之影响. 11 螺距 : 螺距一般以每寸几个螺纹表示, 常用有英制统一粗螺纹, 细螺纹及8-螺纹三种. 12 螺纹强度 : 螺纹支撑转移负荷之力量决定于四个强度. 抗拉强度应力面积为螺纹支撑抵抗拉力之面积. 抗剪应力面积为计算径剪断力之面积. 防松应力面积为内螺纹及外螺纹结合互相松脱时之强度应力面积. 螺纹选择 :螺纹选择之三要素 : 螺纹型式, 螺纹数及等级. 1 螺纹型式 : IFI所承认之螺纹型式共有三种 : UN, UNR, UNJ. 它们全为60度螺纹, 不同之处仅在螺谷处. 1.1 UN 螺纹: UN螺纹型为最早之设计, 外螺纹螺谷为平底或圆底均可.1.2 UNR螺纹: UNR与UN螺纹之不同点在于其螺谷半径限制在0.108到0.144倍螺距. 依目前要要, 1”以下规格螺纹均需使用UNR螺纹. 1”以上之无法滚制螺纹而需切制时, 需UNR螺纹仍需声明, 否则应以UN 螺纹为主. UNK 螺纹 : UNK螺纹与UNR螺纹几乎完全相同, 具有相同之公差配合及螺谷半径公1.3 差, 其不同点就在于UNK螺纹强制必需检查及保证螺谷半径必需符合公差限制, UNK螺纹成为六角孔承窝螺丝及六角孔固定螺丝之标准. UNJ螺纹: UNJ螺纹为目前最适用之螺纹型式, 因为其对疲劳应力之抵抗超过其它型1.4 式之螺纹. 这个答案就是UNJ螺纹加大螺谷半径. 其螺谷半径为0.150到0.180倍之螺距. 螺纹配合: UN内螺纹紧固件通常配合UN及UNR外螺纹. 理论上而言, UN 内螺纹不能配合UNJ外螺纹, UNJ内螺纹可配合UN, UNR及UNJ外螺纹, 但配合UN及UNR螺纹时必须小心行之. 1.1 螺谷半径之一些观念 : UN螺纹不强制必需有螺谷半径, 其螺谷可以是平的, UNR之螺谷半径至少为0.105倍螺纹距, UNJ 之螺谷半径至少为0.150倍螺纹距, 很难相信这小小之差别会有多重要, 但它确实如此重要. 螺谷半径之加大会稍许增加螺纹静态之抗拉强度, 此为一个相当简单之几何原理, 当螺谷半径增加时, 螺谷径及抗拉强度面积亦会加大, 故其抗拉强度亦增加. 螺谷半径主要功能为增加疲劳应力抵抗能力. 对紧固件暴露于长期动态之产品寿命影响很大, 其动态应力之计算应包括所有之摇动, 震动, 撞击, 冲压等力量以至于应力之计算是如此困难, 但寻求更耐耗磨之产品之努力却不能停止, 直至改良其螺谷半径后, 此问题才告解决, 螺谷半径越大, 其抗疲劳度越佳. 螺纹数 : 螺纹数与螺距及直径有关, 英制统一螺纹之螺纹距表示为每寸几个螺纹, 英1.2 制统一螺纹共有11种规范, 但其中较重要者有三 : 粗螺纹( Coarse UNC ), 细螺纹( Finc UNF )及8螺纹( 8 – UN ). UNC螺纹为惠勒氏( Whitworth )于19世纪中叶发展而出, 他选择该系螺纹之理由为当时之制造技术仅能提供类似之螺纹产品, 但时至今日, 随着制造技术之改良及精进, 已能制造出更精确之精制螺纹, 于是又加进UNF细螺纹一种以满足各项需求. 而8螺纹系统则不管其外径为何每寸之螺纹数均为8个. 1.3 螺纹等级配合: 螺纹配合意味着结合时内螺纹及外螺纹之松紧程度. 英制统一螺纹外螺纹有1A, 2A, 3A三种, 内螺纹亦有1B, 2B, 3B三种等级. 这些级数使用来表示其配合程度, 级数越高, 配合之松紧度越紧. 另外尚有一种5级螺纹, 其内螺纹及外螺纹无配合公差, 当外螺纹旋入内螺纹时, 其相互咬紧而无空隙存在, 请参考ANSI/ASME B1.12 A-75页. 级数1A及1B : 级数1A及1B是一种配合起来很松之螺纹. 适用于需快速装卸之紧固件. 1A及1B仅适用于1/4”以上之粗螺纹及细螺纹紧固件. 用于机械方面非常少, 事实上, 北美地区使用此级之紧固件比率还不到千分之一.级数2A及2B : 级数2A及2B之螺纹是目前使用最广之级数, 几乎90%以上之紧固件均使用本级数, 对制造和经济性而言, 此为最适当之级数. 级数3A及3B : 级数3A及3B之螺纹适用于需配合度良好之场合如六角承窝螺丝及内六角孔固定螺丝.航空用螺栓螺帽及其它高强度或高安全顾虑之紧固件. 螺纹配合之观念 :螺纹之配合应注意公差应严而配合度应松. 同时更好之品质可得到较佳之使用效率. 在图1上显示出1/2"-13 UNC螺纹之各级数相关性. 1B 螺纹 2B螺纹3B 螺纹内螺纹 .4597 .4565 195% 2A 螺纹130% .4548 2A 螺纹97.5% 2A 螺纹基本有效径.4500 30% 2A 螺纹之配合公差75 % .4485 .4485 2A 螺纹150% .4463 2A 螺纹 .4435 .4411 1A 螺纹2A 螺纹 3A 螺纹外螺纹强度 : 螺纹配合之强度决定于足够的螺纹长结合深度及长度. 螺纹之抗拉强度与级数无关. 但级数越高, 防松能力越好. 表面处理: 相当多之紧固件作表面处理以防止锈蚀及增进表面光泽. 表面处理将增加成品之厚度. 表面处理之紧固件之适用性在稍后章节将花相当大的篇幅介绍. 足够让我们了解到2A螺纹之表面处理之适用性, 但3A螺纹因为没有配合公差, 所以表面处理时必需特别小心以免造成无法组合. 高温状况:当紧固件长其暴露在高温( 通常在500度F以上)时,就必需加大配合公差以避免磨损情形发生. 表1 螺纹强度面积表 As Ar ASs Asn 尺寸抗松应力面积螺纹距抗拉强度面积抗剪应力面积 (平方寸/寸) 螺纹系列平方寸平方寸外螺纹内螺纹 2A 3A 2B 3B 0.00180 0.00151 0-80 UNF 0.0603 0.0748 0.106 0.116 0.00263 0.00218 1-64 UNC 0.0835 0.0913 0.133 0.144 0.00278 0.00237 1-72 UNF 0.0831 0.0922 0.130 0.142 0.00370 0.00310 2-56 UNC 0.101 0.109 0.162 0.174 0.00394 0.00339 2-64 UNF0.101 0.109 0.156 0.170 0.00487 0.00406 3-48 UNC 0.118 0.127 0.191 0.204 0.00523 0.00451 3-56 UNF 0.118 0.130 0.186 0.201 0.00604 0.00496 4-40 UNC 0.138 0.147 0.221 0.235 0.00661 0.00566 4-48 UNF 0.140 0.151 0.216 0.232 0.00796 0.00672 5-40 UNC 0.161 0.172 0.248 0.263 0.00830 0.00716 5-44 UNF 0.162 0.173 0.246 0.262 0.00909 0.00745 6-32 UNC 0.180 0.189 0.281 0.296 0.01015 0.00874 6-40 UNF 0.182 0.197 0.274 0.292 0.0140 0.0120 8-32 UNC 0.226 0.239 0.334 0.353 0.0147 0.0128 8-36 UNF 0.227 0.244 0.331 0.350 0.0175 0.0145 10-24 UNC 0.263 0.277 0.401 0.420 0.0200 0.0175 10-32 UNF 0.275 0.289 0.389 0.411 0.0242 0.0206 12-24 UNC 0.312 0.327 0.458 0.478 0.0258 0.0226 12-28 -UNF 0.317 0.336 0.450 0.474 0.0318 0.0269 1/4-20 UNC 0.368 0.385 0.539 0.563 0.0364 0.0326 1/4-28 UNF 0.373 0.403 0.521 0.549 0.0524 0.0454 5/16-18 UNC 0.470 0.502 0.682 0.710 0.0580 0.0524 5/16-24 UNF 0.479 0.520 0.663 0.696As Ar ASs Asn 尺寸抗松应力面积螺纹距抗拉强度面积抗剪应力面积(平方寸/寸) 螺纹系列平方寸平方寸外螺纹内螺纹 2A 3A 2B 3B 0.07750.0678 3/8-16 UNC 0.576 0.619 0.802 0.860 0.0878 0.0809 3/8-24 UNF 0.578 0.644 0.800 0.837 0.106 0.0933 7/16-14 UNC 0.677 0.734 0.981 1.01 0.119 0.109 7/16-20 UNF 0.685 0.761 0.908 0.991 0.142 0.126 1/2-13 UNC 0.779 0.854 1.12 1.16 0.160 0.149 1/2-13 UNF 0.799 0.887 1.08 1.13 0.182 0.162 9/16-12 UNC 0.893 0.974 1.27 1.32 0.203 0.189 9/16-18 UNF 0.901 1.02 1.23 1.29 0.226 0.202 5/8-11 UNC 0.998 1.09 1.42 1.47 0.256 0.240 5/8-18 UNF 0.998 1.13 1.37 1.43 0.334 0.302 3/4-10 UNC 1.21 1.34 1.72 1.78 0.373 0.351 3/4-16 UNF 1.23 1.38 1.66 1.73 0.462 0.419 7/8-9 UNC 1.43 1.58 2.03 2.09 0.509 0.480 7/8-14 UNF 1.441.63 1.962.03 0.606 0.551 1-8 UNC 1.66 1.82 2.332.40 0.663 0.625 1-12 UNF 1.66 1.87 2.77 2.35 0.680 0.646 1/14 UNS 1.67 1.89 2.23 2.33 0.763 0.693 1-1/8-7 UNC 1.88 2.04 2.65 2.72 0.790 0.728 1-1/8-8 UN 1.89 2.07 2.63 2.70 0.969 0.890 1-1/4-7 UNC 2.11 2.30 2.94 3.02 1.000 0.929 1-1/4-8 UN 2.12 2.33 2.92 3.00 1.16 1.05 1-3/8-6 UNC 2.34 2.52 3.27 3.35 1.23 1.16 1-3/8-8 UN 2.34 2.58 3.21 3.30 1.41 1.29 1-1/2-6 UNC 2.58 2.773.57 3.65 1.49 1.41 1-1/2-8 UN 2.57 2.84 3.50 3.61As Ar ASs Asn 尺寸抗松应力面积螺纹距抗拉强度面积抗剪应力面积(平方寸/寸) 螺纹系列平方寸平方寸外螺纹内螺纹 2A 3A 2B 3B 1.78 1.68 1-5/8-8 UN 2.80 3.10 3.79 3.91 1.90 1.74 1-3/4-5 UNC 3.04 3.24 4.20 4.30 2.08 1.98 1-3/4-8 UN 3.03 3.35 4.08 4.21 2.41 2.30 1-7/8-8 UN 3.253.634.37 4.50 2.50 2.30 2-4-1/2 UNC 3.53 3.724.83 4.93 2.77 2.65 2-8 UN 3.48 3.86 4.66 4.81 3.25 3.02 2-1/4-4-1/2 UNC 4.02 4.235.44 5.55 3.56 3.42 2-1/4-8 UN 3.93 4.37 5.24 5.40 4.00 3.72 2-1/2-4 UNC 4.50 4.70 6.07 6.20 4.44 4.29 2-1/2-8 UN 4.38 4.87 5.81 6.00 4.93 4.62 2-3/4-4 UNC 4.995.226.68 6.82 5.43 5.26 2-3/4-8 UN 4.83 5.386.39 6.60 5.97 5.62 3-4 UNC 5.48 5.747.29 7.44 6.51 6.32 3-8 UNC 5.28 5.89 6.95 7.20 7.10 6.72 3-1/4-4 UNC 5.97 6.26 7.908.06 7.69 7.49 3-1/4-8 UN 5.73 6.40 7.53 7.79 8.33 7.92 3-1/2-4 UNC 6.47 6.77 8.51 8.68 8.96 8.75 3-1/2-8 UN 6.18 6.90 8.10 8.39 9.66 9.21 3-3/4-4 UNC 6.95 7.29 9.11 9.31 10.34 10.11 3-3/4-8 UN 6.61 7.41 8.678.98 11.08 10.61 4-4 UNC 7.44 7.81 9.71 9.92 11.81 11.57 4-8 UN 7.07 7.91 9.24 9.57 参照备注 12 3 4,6 5,6备注 : 1 在英制统一螺纹中, 1-12 UNF系细螺纹螺纹之规范, 1-14 UNS系一种径/距混合制, 在美国, 通常使用1-14 UNS螺纹. 22 2 As = 0.7854 ( D - 0.9743/n) 3 Ar = 0.7854 ( D - 1.3/n) As : 抗拉强度应力面积Ar : 抗剪应力面积 D : 基本螺纹径 D :基本螺纹径 n : 每寸螺纹数 n : 每寸螺纹数 4 ASs = 3.1416 x Le x Kn max x n x [ 1/2n +0.57735 x (Es min - Kn max)] ASs : 外螺纹抗松应力面积 Le : 螺纹作用长度 n : 每寸螺纹数Kn max : 外螺纹螺谷径上限 Es min : 外螺纹有效径下限 5 ASn = 3.1416 x Le x Ds min x n x [ 1/2n +0.57735 x (Ds min - En max)] ASn : 内螺纹抗松应力面积 Le : 螺纹作用长度n : 每寸螺纹数Ds min : 内螺纹最大径下限 En max : 内螺纹有效径上限 6 Kn, Es, Ds, En值请参照ANSI/ASME B1.1A-38页. 运送处理 : 大多数之紧固件在使用前均需运送处理, 此因螺纹( 外螺纹)很容易受损之故. 展延性: 低及中级强度之紧固件配上2A螺纹有相当好之展延性, 此因其具有配合公差及较大之公差范围使得螺纹更具弹性. 高强度之紧固件具有低展延性,需配合较严格之螺纹. 震动 : 螺纹配合度越佳, 因震动所导至螺纹松动之危险性越低, 易言之, 防松性视其螺纹配合性而言. 成本 : 螺纹配合度越佳,成本越高. 螺纹表面处理: 表面处理将会增加厚度, 如果超过限度,将会产生配合上之问题, 因此在表面处理前必需采取适当之措施. 在北美州处理表面处理之原则如下 : 除热浸锌类厚度大之处理层外, 表面处理不能违反基本螺纹配合原则. 除非购买者之特殊要求, 2A螺纹可以适应表面处理. 易言之, 表面处理后之最大径为基本尺寸, 同样之要求亦适用于3A螺纹. 如果在表面处理后仍需保留2A螺纹之特性限制时, 则符号2A应以2AG代替. 所谓2AG螺纹即与未表面处理之2A螺纹之特性要求一样. 1A螺纹不论其表面处理与否, 规格限制均相同.3A螺纹及所有内螺纹均无配合公差, 这意味者1A,2AG, 3A外螺纹之最大径及1B, 2B, 3B内螺纹之最小径在表面处理前必须调整以适应表面处理之厚度. 当表面处理厚度超过其配合公差时, 就必须调整其制造公差, 不论是调整外螺纹或内螺纹之限制, 此时外螺纹准许违反其基本螺纹限制. 在60度角之螺纹, 螺腹及有效径之增加约为表面处理层厚度之4倍. 表面处理厚度通常以最低限制表示, 而不管其上限为何, 所以一般而言, 通常规定其有效径变动为厚度之6倍.例如2A螺纹表面面处理厚度为0.00015”, 则配合以0.0009”以上之尺寸变动以便容纳增加之厚度. 通常在如此处理之后, 制造流程便不致以会发生问题. 一个较详细对于表面处理之处理状况规定在ANSI/ASME B1.1 A-48页. 在检验表面处理后之尺寸允收状况时, 使用之量具与未表面处理之量具一样, 但2A螺纹则不相同, 在表面处理后, GO适用3A环规, NOGO适用2A环规, 另外还有一种状况是大厚度之表面处理. 在大厚度之表面处理状况下, 美国最普遍之作法为加大内螺纹之孔径而不是减少外螺纹之外径, 这是因为加大孔径或减少外径均会减低螺纹结合强度, 而通常螺帽之强度是配合螺栓强度, 因此可加大孔径而非减少外径以避免结合强度之损失. 另外一个理由则纯粹基于经济上之考虑. 螺纹允收 : 螺纹具有两种功能 : 结合及承受负荷. 结合功能端视其尺寸特性, 而负荷状况则有赖于尺寸配合及材料级数, 尺寸不良之产品常造成不能结合或结合不良, 配合不当或材质错误则造成强度不足. 螺纹允收检验则在检验其尺寸特性是否合乎要求, 经常我们使用量规( 螺纹规及环规)或其它检验设备作检验. 通常螺纹允收状况由购买者决定, 这是因为他最了解紧固件使用状况及使用要求( 包含尺寸, 强度, 紧固件工作环境, 负荷及安全顾虑等等 ). 为帮助决定如何检验, ANSI/ASME B1.3 A-53页规定有量具量测系统可供使用. B1.3 共有三种系统以供螺纹测试, 分别为21, 22, 23三种, 它们之间之分别为需求状况之不同适用.系统编号越高, 其所测量之需要特性越多. 系统21系使用于低, 中强度一般工程用途之外螺纹紧固件. 系统22适用于高强度外螺纹紧固件, 系统23适用于UNJ系统外螺纹紧固件.同时系统21适用于除了UNJ系统内螺纹紧固件之所有内螺纹紧固件, UNJ 系统内螺纹紧固件则适用系统23, 系统22几乎不用于内螺纹紧固件. 这三种系统系为大部份常用紧固件而设计, 如果客户所需求为特殊要求, 则适当的修正本系统是被允许的. 螺纹强度: 螺纹组合有六种强度之失败模式: - 外螺纹之拉断. - 外螺纹之松脱. - 内螺纹之松脱. - 外螺纹纵轴之剪断. - 外螺纹扭断. - 内螺纹螺纹之扯裂. 拉断, 松脱, 扯断通常发生于使用阶段, 扭断导因于结合过紧, 剪断只发生于负荷过大.紧固件强度计算: 四个紧固件结合强度负荷面积为: a) 抗拉强度应力面积, b) 剪断应力面积( 最小径抗剪面积),外螺纹抗松应力面积, c) 内螺纹抗松应力面积. 所有数据资料及计算公式请参考表 1. 螺栓破断失败模式 : 在选择紧固件时, 设计人员应避免失败之产生-组合时结合过紧及工作负荷过大–导至螺栓破断或螺纹崩坏. 有一个相当重要之观念是: 在结合紧固件之过程中, 应该注意其降伏强度, 如果螺栓在结合的过程中破断, 是显而易见且容易矫正的, 且必须马上采取措施. 另外, 螺纹崩坏是一种另一型式之失败, 它通常是逐渐发生的, 从螺纹结合处逐渐脱落,其发生之时间要好几个小时以上, 一开始是查觉不出的. 螺纹崩坏之防止: 防止紧固件螺纹崩坏之关键在提供足够之紧固件结合长度, 将螺帽之膨涨率减至最低,并选择适当之强度级数以防止螺纹损坏. 螺纹结合长度: 防止螺纹于配合时崩坏之最明显之作法乃是加大结合长度. 但会增加成本. 当螺栓及螺帽结合而承受垂直之负荷时, 螺栓承受拉力, 螺帽则承受压缩力, 如果螺丝及螺栓之材料一样, 且均为标准螺纹型, 则其各部承受力均相等. 螺栓承受垂直负荷时, 将对螺纹产生拉伸作用而有拉长效果, 同样的, 螺帽因压缩作用螺纹将有缩短效果. 这些变形将于螺栓及螺帽二者继续进行到二者全部螺纹密接. 其结果造成全部负荷不均匀地分配在螺纹上, 造成接合之第一螺纹所承受的负荷超过平均负荷, 而最后结合之末端螺纹承受负荷却比较小, 实验证实第一结合螺纹其承受之负荷可以超过平均负荷之2倍,而末端所承受之负荷小于平均负荷之1/2, 这就是为何螺栓之破断通常位于螺栓与螺帽或螺孔结合之第一螺纹, 同样之研究更指出在同一结合长下, 螺距愈小, 第一螺纹所承受之负荷就愈大. 如将结合长加长到螺栓径之一倍以上亦不可行, 这是因为额外之结合螺纹仅可承受少部份之负荷且第一螺纹需足够粗大到可以将负荷成功地分配到其它螺纹, 就此观点而言, 十分可能失败. 螺帽膨涨: 当垂直负荷增加时, 螺栓伸长, 螺帽则因压缩而由墙向外挤压而膨涨, 这是因为螺纹部角度及负荷之故, 当螺帽强度越低, 或墙越薄, 膨涨就越厉害. 螺帽膨涨之控制相当重要, 因为膨涨导致结合长缩短, 抗剪应力面积减少, 单位剪断应力增加, 将造成不利之影响, 而螺纹距越细, 影响就越严重. 螺帽之对边为其公称径之1.5倍以上时相当理想, 但如小于1.5倍时就必需小心, 凸缘螺帽之抗膨涨相当不错, 至于螺纹孔, 一般而言不必考虑膨涨. 紧固件材料强度: 如果螺栓及螺帽之强度相当时, 则因为垂直负荷而导致螺纹断裂时, 则无法确定是内螺纹或外螺纹先被破坏. 如果螺栓之材料强度大于螺帽-大多数螺栓螺帽之配合状况-则螺栓之螺纹装配时不易变形, 即使是螺帽之降伏强度更低之状况下亦然, 在此情形下, 在螺纹破坏时, 外螺纹将先将内螺纹破坏. 同样的, 如果螺帽之材料强度大于螺栓, 则在破坏情形下, 螺栓之螺纹将先被螺帽之螺纹所破坏. 一般而言, 螺栓及螺帽之材料强度越接近, 则破坏之强度越低, 如果强度不一样, 则破坏强度会高一点, 这就是为何测试螺帽所使用之治具及螺栓需均硬化之原因. 根据表1各应力表, 我们可以很轻易的算出螺栓及螺帽结合所需要的结合长和最低的强度级数, 紧固件之选择必需先确定负荷以确知螺纹的确可以支持剪应力负荷( 螺纹剪应力面积乘螺纹结合长乘材料剪断强度)及拉伸应力负荷( 抗拉应力面积乘材料抗拉强度). 螺纹暴露于握取长中之影响: 材料被紧固件所结合之总厚度称为握取长度( GRIP ). 在紧固件组合后, 螺栓之螺纹负荷长度通常等于握取长度加上可能在螺帽内之一至二螺纹, 在握取长度中之螺栓螺纹数将严重影响到紧固件之最终抗拉强度-导至负荷失败. 螺栓螺帽结合抗拉失败之状况, 如果螺帽之位置位于螺栓之任一点但自螺帽之承受面至螺栓螺纹末端至少有四个完全螺纹时, 螺栓之拉力保持不变, 但当螺帽越接近螺栓螺纹末端时, 螺栓之拉力会增加, 甚至会比原来拉力多增加20%. 当螺栓暴露于握取长度之螺纹拉力增加时, 螺栓及螺帽之抗剪力会降低, 这是因为螺栓拉长-紧固件结合失败之前奏-会在与螺帽结合之螺纹中发生. 紧固件结合长度减少, 剪应力增加. 想象得到的是可以避免螺栓破断或螺纹扯裂, 只要减少外螺纹暴露于握取长度中之螺纹数即可. 特殊螺纹之设计 : 以下省略,有兴趣请自行参照 IFI 本文计算及设计特殊螺纹.。

美制螺纹标准手册

YESWIN螺纹教材螺纹一般状况 :螺纹提供紧固件使之能作负荷之转移.1 何谓螺纹 : 所谓螺纹即为在一圆柱物体上作出突起之螺旋山状物,外螺纹适用于螺栓,螺丝及螺桩, 内螺纹适用于螺帽及螺纹孔.2 螺纹之组成 : 主要分为三部份螺峰, 螺谷及螺腹. 螺纹部顶端称之为螺峰, 螺纹部底端称为螺谷, 二者之间称为螺腹. 三者组成一V字型之构造. 螺峰与螺谷之直线距离为螺纹高H, 螺峰与螺峰之距离为螺距P, 在UN螺纹方面H = 0.866025 x P ( 假设状况螺峰与螺谷均为V字型尖锐端 ).完全与不完全螺纹 : 螺纹同时具有螺峰及螺谷之完整形状时称为完全螺纹, 若螺谷或螺3峰未完全成型则称为不完全螺纹.螺距 : 螺距P即垂直于螺丝(帽)轴螺纹上之任一点与邻近螺纹同一点之水平距离. 在UN4螺纹系统中, 通常以每寸几个螺纹表示.大径及小径 : 在外螺纹系统中, 螺峰之外径称为大径, 螺谷之外径称为小径. 内螺纹类5则正好相反, 螺峰之内径为小径, 螺谷之外径为最大径.螺腹 : 螺腹与轴部所成之角度称为螺腹角( Flank Angle ), 轴部双边角度相等者称为对称, 6在UN螺纹系统中, 螺腹角通常为30度且对称, 故UN 螺纹之角度均为60度.7 有效径 : 理论上而言为垂直于轴而通过螺峰螺谷某点之径. 对标准螺纹而言, 此点正好位于中点. 但对非标准螺纹而言, 此点可能位于中点附近之任一点, 视实际制造状况而定.8 裕度 : 螺纹配合之裕度意味外螺纹及内螺纹均以其最大上限制造且结合时之宽裕度. 对紧固件而言, 裕度通常由外螺纹提供, 这表示外螺纹之大径, 有效径, 小径均需比基本螺纹型为小.而内螺纹之三径则等于基本螺纹型.9 制造公差 : 公差之配合则视制造而定. 公差即上限与下限之差. 对外螺纹而言, 其公差为上限减去公差即为下限, 内螺纹则正好相反.10 螺纹长及结合深度 : 紧固件结合时, 外螺纹部之完全螺纹部之轴距为其螺纹长, 旋进内螺纹之距离为其结合深度, 螺纹长及结合深度对其强度有深切之影响.11 螺距 : 螺距一般以每寸几个螺纹表示, 常用有英制统一粗螺纹, 细螺纹及8-螺纹三种.12 螺纹强度 : 螺纹支撑转移负荷之力量决定于四个强度. 抗拉强度应力面积为螺纹支撑抵抗拉力之面积. 抗剪应力面积为计算径剪断力之面积. 防松应力面积为内螺纹及外螺纹结合互相松脱时之强度应力面积.螺纹选择 :螺纹选择之三要素 : 螺纹型式, 螺纹数及等级.1 螺纹型式 : IFI所承认之螺纹型式共有三种 : UN, UNR, UNJ. 它们全为60度螺纹, 不同之处仅在螺谷处.1.1 UN 螺纹 : UN螺纹型为最早之设计, 外螺纹螺谷为平底或圆底均可.1.2 UNR螺纹 : UNR与UN螺纹之不同点在于其螺谷半径限制在0.108到0.144倍螺距. 依目前要要, 1”以下规格螺纹均需使用UNR螺纹. 1”以上之无法滚制螺纹而需切制时, 需UNR螺纹仍需声明, 否则应以UN螺纹为主.UNK 螺纹 : UNK螺纹与UNR螺纹几乎完全相同, 具有相同之公差配合及螺谷半径公1.3差, 其不同点就在于UNK螺纹强制必需检查及保证螺谷半径必需符合公差限制, UNK螺纹成为六角孔承窝螺丝及六角孔固定螺丝之标准.UNJ螺纹 : UNJ螺纹为目前最适用之螺纹型式, 因为其对疲劳应力之抵抗超过其它型1.4式之螺纹. 这个答案就是UNJ螺纹加大螺谷半径. 其螺谷半径为0.150到0.180倍之螺距.螺纹配合: UN内螺纹紧固件通常配合UN及UNR外螺纹. 理论上而言, UN内螺纹不能配合UNJ外螺纹, UNJ内螺纹可配合UN, UNR及UNJ外螺纹, 但配合UN及UNR螺纹时必须小心行之.1.1 螺谷半径之一些观念 : UN螺纹不强制必需有螺谷半径, 其螺谷可以是平的, UNR之螺谷半径至少为0.105倍螺纹距, UNJ之螺谷半径至少为0.150倍螺纹距, 很难相信这小小之差别会有多重要, 但它确实如此重要. 螺谷半径之加大会稍许增加螺纹静态之抗拉强度, 此为一个相当简单之几何原理, 当螺谷半径增加时, 螺谷径及抗拉强度面积亦会加大, 故其抗拉强度亦增加. 螺谷半径主要功能为增加疲劳应力抵抗能力. 对紧固件暴露于长期动态之产品寿命影响很大, 其动态应力之计算应包括所有之摇动, 震动, 撞击, 冲压等力量以至于应力之计算是如此困难, 但寻求更耐耗磨之产品之努力却不能停止, 直至改良其螺谷半径后, 此问题才告解决, 螺谷半径越大, 其抗疲劳度越佳.螺纹数 : 螺纹数与螺距及直径有关, 英制统一螺纹之螺纹距表示为每寸几个螺纹, 英1.2制统一螺纹共有11种规范, 但其中较重要者有三 : 粗螺纹( Coarse UNC ), 细螺纹( FincUNF )及8螺纹( 8 – UN ). UNC螺纹为惠勒氏( Whitworth )于19世纪中叶发展而出, 他选择该系螺纹之理由为当时之制造技术仅能提供类似之螺纹产品, 但时至今日, 随着制造技术之改良及精进, 已能制造出更精确之精制螺纹, 于是又加进UNF细螺纹一种以满足各项需求. 而8螺纹系统则不管其外径为何每寸之螺纹数均为8个.1.3 螺纹等级配合 : 螺纹配合意味着结合时内螺纹及外螺纹之松紧程度. 英制统一螺纹外螺纹有1A, 2A, 3A三种, 内螺纹亦有1B, 2B, 3B三种等级. 这些级数使用来表示其配合程度, 级数越高, 配合之松紧度越紧.另外尚有一种5级螺纹, 其内螺纹及外螺纹无配合公差, 当外螺纹旋入内螺纹时, 其相互咬紧而无空隙存在, 请参考ANSI/ASME B1.12 A-75页.级数1A及1B :级数1A及1B是一种配合起来很松之螺纹. 适用于需快速装卸之紧固件. 1A及1B仅适用于1/4”以上之粗螺纹及细螺纹紧固件. 用于机械方面非常少, 事实上, 北美地区使用此级之紧固件比率还不到千分之一.级数2A及2B :级数2A及2B之螺纹是目前使用最广之级数, 几乎90%以上之紧固件均使用本级数, 对制造和经济性而言, 此为最适当之级数.级数3A及3B :级数3A及3B之螺纹适用于需配合度良好之场合如六角承窝螺丝及内六角孔固定螺丝.航空用螺栓螺帽及其它高强度或高安全顾虑之紧固件.螺纹配合之观念 :螺纹之配合应注意公差应严而配合度应松. 同时更好之品质可得到较佳之使用效率. 在图1上显示出1/2"-13 UNC螺纹之各级数相关性.1B 螺纹 2B 螺纹 3B 螺纹内螺纹 .4597 .4565 195% 2A 螺纹 130% .4548 2A 螺纹 97.5% 2A 螺纹基本有效径 .4500 30% 2A 螺纹之配合公差75 % .4485 .4485 2A 螺纹150% .4463 2A 螺纹 .4435 .4411 1A 螺纹2A 螺纹 3A 螺纹外螺纹强度 :螺纹配合之强度决定于足够的螺纹长结合深度及长度.螺纹之抗拉强度与级数无关. 但级数越高, 防松能力越好.表面处理:相当多之紧固件作表面处理以防止锈蚀及增进表面光泽. 表面处理将增加成品之厚度.表面处理之紧固件之适用性在稍后章节将花相当大的篇幅介绍. 足够让我们了解到2A螺纹之表面处理之适用性, 但3A螺纹因为没有配合公差, 所以表面处理时必需特别小心以免造成无法组合.高温状况:当紧固件长其暴露在高温( 通常在500度F以上 )时, 就必需加大配合公差以避免磨损情形发生.表1 螺纹强度面积表 As Ar ASs Asn尺寸抗松应力面积螺纹距抗拉强度面积抗剪应力面积 (平方寸/寸)螺纹系列平方寸平方寸外螺纹内螺纹2A 3A 2B 3B0.00180 0.00151 0-80 UNF 0.0603 0.0748 0.106 0.116 0.00263 0.00218 1-64 UNC 0.0835 0.0913 0.133 0.144 0.00278 0.00237 1-72 UNF 0.0831 0.0922 0.130 0.142 0.00370 0.00310 2-56 UNC 0.101 0.109 0.162 0.174 0.00394 0.00339 2-64 UNF 0.101 0.109 0.156 0.1700.00487 0.00406 3-48 UNC 0.118 0.127 0.191 0.204 0.00523 0.00451 3-56 UNF 0.118 0.130 0.186 0.2010.00604 0.00496 4-40 UNC 0.138 0.147 0.221 0.235 0.00661 0.00566 4-48 UNF 0.140 0.151 0.216 0.2320.00796 0.00672 5-40 UNC 0.161 0.172 0.248 0.2630.00830 0.00716 5-44 UNF 0.162 0.173 0.246 0.262 0.00909 0.00745 6-32 UNC 0.180 0.189 0.281 0.296 0.01015 0.00874 6-40 UNF 0.182 0.197 0.274 0.292 0.0140 0.0120 8-32 UNC 0.226 0.239 0.334 0.3530.0147 0.0128 8-36 UNF 0.227 0.244 0.331 0.3500.0175 0.0145 10-24 UNC 0.263 0.277 0.401 0.420 0.0200 0.0175 10-32 UNF 0.275 0.289 0.389 0.411 0.0242 0.0206 12-24 UNC 0.312 0.327 0.458 0.478 0.0258 0.0226 12-28 -UNF 0.317 0.336 0.450 0.474 0.0318 0.0269 1/4-20 UNC 0.368 0.385 0.539 0.563 0.0364 0.0326 1/4-28 UNF 0.373 0.403 0.521 0.549 0.0524 0.0454 5/16-18 UNC 0.470 0.502 0.682 0.710 0.0580 0.0524 5/16-24 UNF 0.479 0.520 0.663 0.696 As Ar ASs Asn尺寸抗松应力面积螺纹距抗拉强度面积抗剪应力面积 (平方寸/寸)螺纹系列平方寸平方寸外螺纹内螺纹2A 3A 2B 3B0.0775 0.0678 3/8-16 UNC 0.576 0.619 0.802 0.860 0.0878 0.0809 3/8-24 UNF 0.578 0.644 0.800 0.837 0.106 0.0933 7/16-14 UNC 0.677 0.734 0.981 1.01 0.119 0.109 7/16-20 UNF 0.685 0.761 0.908 0.991 0.142 0.126 1/2-13 UNC 0.779 0.854 1.12 1.160.160 0.149 1/2-13 UNF 0.799 0.887 1.08 1.130.182 0.162 9/16-12 UNC 0.893 0.974 1.27 1.320.203 0.189 9/16-18 UNF 0.901 1.02 1.23 1.290.226 0.202 5/8-11 UNC 0.998 1.09 1.42 1.470.256 0.240 5/8-18 UNF 0.998 1.13 1.37 1.430.334 0.302 3/4-10 UNC 1.21 1.34 1.72 1.780.373 0.351 3/4-16 UNF 1.23 1.38 1.66 1.730.462 0.419 7/8-9 UNC 1.43 1.58 2.03 2.09 0.509 0.480 7/8-14 UNF 1.44 1.63 1.96 2.03 0.606 0.551 1-8 UNC 1.66 1.82 2.33 2.400.663 0.625 1-12 UNF 1.66 1.87 2.77 2.350.680 0.646 1/14 UNS 1.67 1.89 2.23 2.330.763 0.693 1-1/8-7 UNC 1.88 2.04 2.65 2.72 0.790 0.728 1-1/8-8 UN 1.89 2.07 2.63 2.700.969 0.890 1-1/4-7 UNC 2.11 2.30 2.94 3.021.000 0.929 1-1/4-8 UN2.12 2.33 2.923.00 1.16 1.05 1-3/8-6 UNC 2.34 2.52 3.27 3.35 1.23 1.16 1-3/8-8 UN 2.34 2.58 3.21 3.301.41 1.29 1-1/2-6 UNC2.58 2.773.57 3.65 1.49 1.41 1-1/2-8 UN 2.57 2.84 3.50 3.61As Ar ASs Asn尺寸抗松应力面积螺纹距抗拉强度面积抗剪应力面积 (平方寸/寸)螺纹系列平方寸平方寸外螺纹内螺纹2A 3A 2B 3B1.78 1.68 1-5/8-8 UN2.803.10 3.79 3.911.90 1.74 1-3/4-5 UNC 3.04 3.24 4.20 4.302.08 1.98 1-3/4-8 UN3.03 3.354.08 4.212.41 2.30 1-7/8-8 UN3.25 3.634.37 4.502.50 2.30 2-4-1/2 UNC3.53 3.724.83 4.932.77 2.65 2-8 UN3.48 3.864.66 4.813.25 3.02 2-1/4-4-1/2 UNC4.02 4.235.44 5.553.56 3.42 2-1/4-8 UN 3.934.375.24 5.404.00 3.72 2-1/2-4 UNC 4.50 4.70 6.07 6.204.44 4.29 2-1/2-8 UN 4.38 4.875.816.004.93 4.62 2-3/4-4 UNC 4.995.226.68 6.825.43 5.26 2-3/4-8 UN 4.83 5.386.39 6.605.97 5.62 3-4 UNC 5.48 5.74 7.29 7.446.51 6.32 3-8 UNC 5.28 5.89 6.957.207.10 6.72 3-1/4-4 UNC 5.97 6.26 7.90 8.067.69 7.49 3-1/4-8 UN 5.73 6.40 7.53 7.798.33 7.92 3-1/2-4 UNC 6.47 6.77 8.51 8.688.96 8.75 3-1/2-8 UN 6.18 6.90 8.10 8.399.66 9.21 3-3/4-4 UNC 6.95 7.29 9.11 9.3110.34 10.11 3-3/4-8 UN 6.61 7.41 8.67 8.9811.08 10.61 4-4 UNC 7.44 7.81 9.71 9.9211.81 11.57 4-8 UN 7.07 7.91 9.24 9.57参照备注 12 3 4,6 5,6备注 :1 在英制统一螺纹中, 1-12 UNF系细螺纹螺纹之规范, 1-14 UNS系一种径/距混合制, 在美国,通常使用1-14 UNS螺纹.222 As = 0.7854 ( D - 0.9743/n)3 Ar = 0.7854 ( D - 1.3/n) As : 抗拉强度应力面积 Ar : 抗剪应力面积 D : 基本螺纹径 D : 基本螺纹径 n : 每寸螺纹数 n : 每寸螺纹数4 ASs = 3.1416 x Le x Kn max x n x [ 1/2n + 0.57735 x (Es min - Kn max)] ASs : 外螺纹抗松应力面积 Le : 螺纹作用长度 n : 每寸螺纹数 Kn max : 外螺纹螺谷径上限 Es min : 外螺纹有效径下限5 ASn = 3.1416 x Le x Ds min x n x [ 1/2n + 0.57735 x (Ds min - En max)] ASn : 内螺纹抗松应力面积 Le : 螺纹作用长度 n : 每寸螺纹数 Ds min : 内螺纹最大径下限 En max : 内螺纹有效径上限6 Kn, Es, Ds, En值请参照ANSI/ASME B1.1 A-38页.运送处理 : 大多数之紧固件在使用前均需运送处理, 此因螺纹( 外螺纹 )很容易受损之故.展延性 :低及中级强度之紧固件配上2A螺纹有相当好之展延性, 此因其具有配合公差及较大之公差范围使得螺纹更具弹性. 高强度之紧固件具有低展延性, 需配合较严格之螺纹.震动 :螺纹配合度越佳, 因震动所导至螺纹松动之危险性越低, 易言之, 防松性视其螺纹配合性而言.成本 :螺纹配合度越佳,成本越高.螺纹表面处理 :表面处理将会增加厚度, 如果超过限度, 将会产生配合上之问题, 因此在表面处理前必需采取适当之措施. 在北美州处理表面处理之原则如下 : 除热浸锌类厚度大之处理层外, 表面处理不能违反基本螺纹配合原则.除非购买者之特殊要求, 2A螺纹可以适应表面处理. 易言之, 表面处理后之最大径为基本尺寸, 同样之要求亦适用于3A螺纹.如果在表面处理后仍需保留2A螺纹之特性限制时, 则符号2A应以2AG代替. 所谓2AG螺纹即与未表面处理之2A螺纹之特性要求一样. 1A 螺纹不论其表面处理与否, 规格限制均相同.3A螺纹及所有内螺纹均无配合公差, 这意味者1A,2AG, 3A外螺纹之最大径及1B, 2B,3B内螺纹之最小径在表面处理前必须调整以适应表面处理之厚度.当表面处理厚度超过其配合公差时, 就必须调整其制造公差, 不论是调整外螺纹或内螺纹之限制, 此时外螺纹准许违反其基本螺纹限制.在60度角之螺纹, 螺腹及有效径之增加约为表面处理层厚度之4倍. 表面处理厚度通常以最低限制表示, 而不管其上限为何, 所以一般而言, 通常规定其有效径变动为厚度之6倍.例如2A螺纹表面面处理厚度为0.00015”, 则配合以0.0009”以上之尺寸变动以便容纳增加之厚度. 通常在如此处理之后, 制造流程便不致以会发生问题. 一个较详细对于表面处理之处理状况规定在ANSI/ASME B1.1 A-48页.在检验表面处理后之尺寸允收状况时, 使用之量具与未表面处理之量具一样, 但2A螺纹则不相同, 在表面处理后, GO适用3A环规, NOGO适用2A环规, 另外还有一种状况是大厚度之表面处理.在大厚度之表面处理状况下, 美国最普遍之作法为加大内螺纹之孔径而不是减少外螺纹之外径, 这是因为加大孔径或减少外径均会减低螺纹结合强度, 而通常螺帽之强度是配合螺栓强度, 因此可加大孔径而非减少外径以避免结合强度之损失. 另外一个理由则纯粹基于经济上之考虑.螺纹允收 :螺纹具有两种功能 : 结合及承受负荷. 结合功能端视其尺寸特性, 而负荷状况则有赖于尺寸配合及材料级数, 尺寸不良之产品常造成不能结合或结合不良, 配合不当或材质错误则造成强度不足. 螺纹允收检验则在检验其尺寸特性是否合乎要求, 经常我们使用量规( 螺纹规及环规 )或其它检验设备作检验. 通常螺纹允收状况由购买者决定, 这是因为他最了解紧固件使用状况及使用要求( 包含尺寸, 强度, 紧固件工作环境, 负荷及安全顾虑等等 ). 为帮助决定如何检验, ANSI/ASME B1.3 A-53页规定有量具量测系统可供使用. B1.3 共有三种系统以供螺纹测试, 分别为21, 22, 23三种, 它们之间之分别为需求状况之不同适用.系统编号越高, 其所测量之需要特性越多. 系统21系使用于低, 中强度一般工程用途之外螺纹紧固件. 系统22适用于高强度外螺纹紧固件, 系统23适用于UNJ系统外螺纹紧固件.同时系统21适用于除了UNJ系统内螺纹紧固件之所有内螺纹紧固件, UNJ系统内螺纹紧固件则适用系统23, 系统22几乎不用于内螺纹紧固件.这三种系统系为大部份常用紧固件而设计, 如果客户所需求为特殊要求, 则适当的修正本系统是被允许的.螺纹强度 :螺纹组合有六种强度之失败模式 :- 外螺纹之拉断.- 外螺纹之松脱.- 内螺纹之松脱.- 外螺纹纵轴之剪断.- 外螺纹扭断.- 内螺纹螺纹之扯裂.拉断, 松脱, 扯断通常发生于使用阶段, 扭断导因于结合过紧, 剪断只发生于负荷过大.紧固件强度计算 :四个紧固件结合强度负荷面积为 :a) 抗拉强度应力面积,b) 剪断应力面积( 最小径抗剪面积 ),外螺纹抗松应力面积,c) 内螺纹抗松应力面积.所有数据资料及计算公式请参考表1.螺栓破断失败模式 :在选择紧固件时, 设计人员应避免失败之产生-组合时结合过紧及工作负荷过大–导至螺栓破断或螺纹崩坏. 有一个相当重要之观念是 : 在结合紧固件之过程中, 应该注意其降伏强度, 如果螺栓在结合的过程中破断, 是显而易见且容易矫正的, 且必须马上采取措施.另外, 螺纹崩坏是一种另一型式之失败, 它通常是逐渐发生的, 从螺纹结合处逐渐脱落,其发生之时间要好几个小时以上, 一开始是查觉不出的.螺纹崩坏之防止 :防止紧固件螺纹崩坏之关键在提供足够之紧固件结合长度, 将螺帽之膨涨率减至最低,并选择适当之强度级数以防止螺纹损坏.螺纹结合长度 :防止螺纹于配合时崩坏之最明显之作法乃是加大结合长度. 但会增加成本.当螺栓及螺帽结合而承受垂直之负荷时, 螺栓承受拉力, 螺帽则承受压缩力, 如果螺丝及螺栓之材料一样, 且均为标准螺纹型, 则其各部承受力均相等.螺栓承受垂直负荷时, 将对螺纹产生拉伸作用而有拉长效果, 同样的, 螺帽因压缩作用螺纹将有缩短效果. 这些变形将于螺栓及螺帽二者继续进行到二者全部螺纹密接. 其结果造成全部负荷不均匀地分配在螺纹上, 造成接合之第一螺纹所承受的负荷超过平均负荷, 而最后结合之末端螺纹承受负荷却比较小, 实验证实第一结合螺纹其承受之负荷可以超过平均负荷之2倍, 而末端所承受之负荷小于平均负荷之1/2, 这就是为何螺栓之破断通常位于螺栓与螺帽或螺孔结合之第一螺纹, 同样之研究更指出在同一结合长下, 螺距愈小, 第一螺纹所承受之负荷就愈大.如将结合长加长到螺栓径之一倍以上亦不可行, 这是因为额外之结合螺纹仅可承受少部份之负荷且第一螺纹需足够粗大到可以将负荷成功地分配到其它螺纹, 就此观点而言, 十分可能失败.螺帽膨涨 :当垂直负荷增加时, 螺栓伸长, 螺帽则因压缩而由墙向外挤压而膨涨, 这是因为螺纹部角度及负荷之故, 当螺帽强度越低, 或墙越薄, 膨涨就越厉害.螺帽膨涨之控制相当重要, 因为膨涨导致结合长缩短, 抗剪应力面积减少, 单位剪断应力增加, 将造成不利之影响, 而螺纹距越细, 影响就越严重.螺帽之对边为其公称径之1.5倍以上时相当理想, 但如小于1.5倍时就必需小心, 凸缘螺帽之抗膨涨相当不错, 至于螺纹孔, 一般而言不必考虑膨涨.紧固件材料强度 :如果螺栓及螺帽之强度相当时, 则因为垂直负荷而导致螺纹断裂时, 则无法确定是内螺纹或外螺纹先被破坏.如果螺栓之材料强度大于螺帽-大多数螺栓螺帽之配合状况-则螺栓之螺纹装配时不易变形, 即使是螺帽之降伏强度更低之状况下亦然, 在此情形下, 在螺纹破坏时, 外螺纹将先将内螺纹破坏.同样的, 如果螺帽之材料强度大于螺栓, 则在破坏情形下, 螺栓之螺纹将先被螺帽之螺纹所破坏.一般而言, 螺栓及螺帽之材料强度越接近, 则破坏之强度越低, 如果强度不一样, 则破坏强度会高一点, 这就是为何测试螺帽所使用之治具及螺栓需均硬化之原因.根据表1各应力表, 我们可以很轻易的算出螺栓及螺帽结合所需要的结合长和最低的强度级数, 紧固件之选择必需先确定负荷以确知螺纹的确可以支持剪应力负荷( 螺纹剪应力面积乘螺纹结合长乘材料剪断强度 )及拉伸应力负荷( 抗拉应力面积乘材料抗拉强度 ).螺纹暴露于握取长中之影响 :材料被紧固件所结合之总厚度称为握取长度( GRIP ).在紧固件组合后, 螺栓之螺纹负荷长度通常等于握取长度加上可能在螺帽内之一至二螺纹, 在握取长度中之螺栓螺纹数将严重影响到紧固件之最终抗拉强度-导至负荷失败.螺栓螺帽结合抗拉失败之状况, 如果螺帽之位置位于螺栓之任一点但自螺帽之承受面至螺栓螺纹末端至少有四个完全螺纹时, 螺栓之拉力保持不变, 但当螺帽越接近螺栓螺纹末端时, 螺栓之拉力会增加, 甚至会比原来拉力多增加20%.当螺栓暴露于握取长度之螺纹拉力增加时, 螺栓及螺帽之抗剪力会降低, 这是因为螺栓拉长-紧固件结合失败之前奏-会在与螺帽结合之螺纹中发生. 紧固件结合长度减少, 剪应力增加. 想象得到的是可以避免螺栓破断或螺纹扯裂, 只要减少外螺纹暴露于握取长度中之螺纹数即可.特殊螺纹之设计 :以下省略,有兴趣请自行参照 IFI 本文计算及设计特殊螺纹.。

美制统一螺纹(UN)的标准系列及基本尺寸

美制统一螺纹(U N)的
标准系列及基本尺寸-CAL-FENGHAI.-(YICAI)-Company One1
美制统一螺纹(UN)
1864年,美国人威利.赛特斯（Willian Sellers）参照英国惠氏螺纹标准体系制定了美国国家螺纹（N）.这两种螺纹在直径与螺距系列和公差方面很相近，但美国国家螺纹的牙型（牙型角为60，削平高度为H/8）不同于惠氏螺纹牙型（牙型角为55，削平高度为H/6）在美国工业影响的地区和行业，美国家螺纹得到广泛应用.
第二次世界大战中，由于盟军所使用的螺纹标准不统一，后勤补给困难给盟军造成了严重的经济损失和人员伤亡.二战刚结束，美国英国和加拿大等盟国马上着手制定盟国间统一的螺纹标准，于1948年颁布了统一螺纹标准.由于当时美国的经济实力和军事实力在盟军内占主导地位，因此统一螺纹主要是依据美国国家螺纹标准而制定的，统一螺纹代号“UN”的前一个字母“U”来源于盟国间的“统一”；后一个字母“N”来源于美国国家螺纹的代号“N”.从此，统一螺纹开始挤占英国惠氏螺纹原有的使用市场.
表1-21统一螺纹的标准系列
公称直径基本大
径
D
牙数
n
基本中
径
D2
UNR外螺纹设计牙
型小径（参考）D2
内螺纹基本小径
D2
1/428 5/1624
统一细牙螺纹（UNC或UNRC）的基本尺寸。

美制螺纹标准加工参考

统一螺纹标准（美制螺纹标准）加工参考统一螺纹标准（统一螺纹标准（UTS UTS UTS）规定了一种标准螺纹形式和其他一系列数据，包括公）规定了一种标准螺纹形式和其他一系列数据，包括公差、差、容差和名称，容差和名称，容差和名称，通常多用于美国和加拿大。

通常多用于美国和加拿大。

它和世界其他地方常用的它和世界其他地方常用的ISO 公制螺纹相同，有着6060°的牙型角，只是°的牙型角，只是UTS 螺纹的主要尺寸（外径和螺距）以英寸为单位，用分数表示，而不是以毫米为单位的整数值。

UTS 目前由美国机械工程师协会程师协会//美国国家标准化组织（美国国家标准化组织（ASME/ANSI ASME/ANSI ASME/ANSI）管理控制。

）管理控制。

一. 标准：ANSI B1.1美国统一螺纹标准1. 统一螺纹（UN ）：1948年11月18日美国、英国和加拿大三国标准机构代表在华盛顿签订了协议，使三国的英制普通螺纹一致，这便是所谓的统一螺纹。

2. 统一螺纹的美国标准是ANSI B1.1，英国标准是BS 1580。

二. 统一螺纹牙型 1. 牙型角：60°2. 牙顶宽度：0.25P ；牙底宽度：0.125P ；牙底形状呈圆弧形。

三. 统一螺纹直径/螺距系列1. 统一螺纹直径/螺距组合按螺距分级有3个系列，即粗牙UNC 、细牙UNF 和特细牙UNEF 系列；不变螺距有8个系列，即4UN 、6UN 、8UN 、12UN 、16UN 、20UN 、28UN 和32UN 系列。

四. 统一螺纹的选择及应用1. UNC 粗牙螺纹系列该系列通常在批量生产的螺栓、螺钉、螺母和其它一般工程上采用。

低搞拉强度的材料，如铸件、低碳钢和其它软材料上加工的内螺纹应采用粗牙螺纹，以使内螺纹获得最佳的脱扣强度。

UNC 螺纹适用于要求快速拆或有可能产生腐蚀和轻微损伤的部位。

2. UNF 细牙螺纹系列该系列适用于不宜采用粗牙螺纹的螺栓、螺钉、螺母和其它应用场合。

统一螺纹标准(美制螺纹)

统一螺纹标准（美制螺纹标准）统一螺纹标准（UTS）规定了一种标准螺纹形式和其他一系列数据，包括公差、容差和名称，通常多用于美国和加拿大。

它和世界其他地方常用的ISO公制螺纹相同，有着60°的牙型角，只是UTS螺纹的主要尺寸（外径和螺距）以英寸为单位，用分数表示，而不是以毫米为单位的整数值。

UTS目前由美国机械工程师协会/美国国家标准化组织（ASME/ANSI）管理控制。

基本齿廓在本系列螺纹中，每个螺纹由大径Dmaj和螺距P规定。

UTS螺纹包括一个对称的V形螺纹。

在螺纹轴线的平面上，V形两边形成60°的夹角，V形高度为H，其最上的0.125和最下的0.25被切掉。

螺距P指两个螺纹顶端之间的距离。

UTS螺纹为单线螺纹，螺距等于导程（螺纹每360°的轴向距离）。

UTS螺纹通常不用螺距这一参数，而用每英寸的牙数（TPI），它与螺距互为倒数。

高度H和螺距P关系如下：在外螺纹中（如螺栓），大直径Dmaj和小直径Dmin规定了螺纹的最大尺寸。

这也就是说，外螺纹直径最大为Dmaj，但最小直径可小于小径Dmin。

相反，在内螺纹中（如螺母），大径和小径为最小尺寸，因此螺纹最小尺寸为Dmin,但最大尺寸可大于Dmaj。

小径Dmin和有效中径Dp是通过大径和螺距得来的，见下式：名称UTS螺纹的标准名称由一个表示螺纹公称直径（大径）的数字，后跟每英寸的牙数表示。

对直径小于1/4英寸的，标准中规定用一个整数表示。

所有其他直径均以英寸表示。

这组数字后可跟字母UNC、UNF或UNEF，分别表示“粗螺纹”、“细螺纹”或“超细螺纹”，或者也可跟公差级别。

例：6-32 UNC 2B （大径：0.1380英寸，螺距：32牙/英寸）常用尺寸大径（in）圈/英寸大径（mm）丝锥粗UNC 细UNF 超细粗细超细（UNEF这些数字大致遵循一个对数级数，每增加一个螺纹尺寸，其螺纹抗拉强度约增加一倍。

规格大于等于0#的螺纹，可用下列公式计算其大径：大径=螺纹#×0.013＂+0.060＂。

美制和英制螺纹标准手册

国外常用英制螺纹的代号、名称和标准号
Newmaker 标记代号 B.S.W. B.S.F. Whit.S Whit UN UNC UNF UNEF UNS UNR UNRC UNRF UNREF UNRS NPT
② ①
名称(或用途) 标准惠氏粗牙系列，一般用途圆柱螺纹
国别及标准号
Hale Waihona Puke 备注标准惠氏细牙系列，一般用途圆柱英国标准螺纹 BS84 附加的惠氏可选择系列，一般用途圆柱螺纹惠氏牙型的非标准螺纹恒定螺距系列的统一螺纹粗牙系列的统一螺纹细牙系列的统一螺纹超细牙系列的统一螺纹特殊系列的统一螺纹美国标准圆弧牙底恒定螺距系列的统一螺纹 ANSIB1.1 圆弧牙底粗牙系列统一螺纹圆弧牙底细牙系列统一螺纹圆弧牙底超细牙系列统一螺纹圆弧牙底特殊系列统一螺纹一般用途的锥管螺纹管接头用直管螺纹导杆连接用锥管螺纹机械连接用直管螺纹锁紧螺母用直管螺纹软管连接用直管螺纹干密封标准型锥管螺纹干密封短型锥管螺纹干密封标准型燃油用直管内螺纹干密封标准型一般用直管内螺纹一般用途的梯形螺纹美国标准 ANSIB1.5
牙型角为 55°的英制螺纹
标准牙型(牙底是平的或随意倒圆的)的内、外螺纹
圆弧牙底的 UNR、UNRC、UNRF、 UNREF、UNRS 只用于外螺纹而没有内螺纹
NPSC NPTR NPSM NPSL NPSH NPTF PTF-SAE SHORT NPSF NPS1 ACME
③
美国标准牙型角为 60°的英制管螺纹 ANSIB1.20.1
Ⅰ型 Ⅱ型美国标准 ANSIB1.20.3 Ⅲ型 Ⅳ型牙型角为 29°的英制传动螺纹
① 尺寸和公差使用与标准系列相同的公式计算的标准系列之外的所有直径与螺距组合。 ②我国的 60° 圆锥管螺纹 GB/T12716-1991 与之等效。 ③ACME 螺纹包括一般用途的和定心的两种配合的梯形螺纹，其中一般用途者与我国标准 GB/T5796-1986 规定的梯形螺纹的性能相类同 BHY

美制螺纹标准手册-教材

螺紋教材螺紋一般狀況:螺紋提供緊固件使之能作負荷之轉移:1何謂螺紋 : 所謂螺紋即為在一圓柱物體上作出突起之螺旋山狀物,外螺紋適用於螺栓, 螺絲及螺樁, 內螺紋適用於螺帽及螺紋孔.2螺紋之組成 : 主要分為三部份螺峰, 螺谷及螺腹. 螺紋部頂端稱之為螺峰, 螺紋部底端稱為螺谷, 二者之間稱為螺腹. 三者組成一V字型之構造. 螺峰與螺谷之直線距離為螺紋高H, 螺峰與螺峰之距離為螺距P, 在UN螺紋方面H = 0.866025 x P ( 假設狀況螺峰與螺谷均為V字型尖銳端 ).3完全與不完全螺紋 : 螺紋同時具有螺峰及螺谷之完整形狀時稱為完全螺紋, 若螺谷或螺峰未完全成型則稱為不完全螺紋.4螺距 : 螺距P即垂直於螺絲(帽)軸螺紋上之任一點與鄰近螺紋同一點之水平距離. 在UN 螺紋系統中, 通常以每寸幾個螺紋表示.5大徑及小徑 : 在外螺紋系統中, 螺峰之外徑稱為大徑, 螺谷之外徑稱為小徑. 內螺紋類則正好相反, 螺峰之內徑為小徑, 螺谷之外徑為最大徑.6螺腹 : 螺腹與軸部所成之角度稱為螺腹角( Flank Angle ), 軸部雙邊角度相等者稱為對稱, 在UN螺紋系統中, 螺腹角通常為30度且對稱, 故UN螺紋之角度均為60度.7有效徑 : 理論上而言為垂直於軸而通過螺峰螺谷某點之徑. 對標準螺紋而言, 此點正好位於中點. 但對非標準螺紋而言, 此點可能位於中點附近之任一點, 視實際製造狀況而定.8裕度 : 螺紋配合之裕度意味外螺紋及內螺紋均以其最大上限製造且結合時之寬裕度. 對緊固件而言, 裕度通常由外螺紋提供, 這表示外螺紋之大徑, 有效徑, 小徑均需比基本螺紋型為小,而內螺紋之三徑則等於基本螺紋型.9製造公差 : 公差之配合則視製造而定. 公差即上限與下限之差. 對外螺紋而言, 其公差為上限減去公差即為下限, 內螺紋則正好相反.10螺紋長及結合深度 : 緊固件結合時, 外螺紋部之完全螺紋部之軸距為其螺紋長, 旋進內螺紋之距離為其結合深度, 螺紋長及結合深度對其強度有深切之影響.11螺距 : 螺距一般以每寸幾個螺紋表示, 常用有英制統一粗螺紋, 細螺紋及8-螺紋三種. 12螺紋強度 : 螺紋支撐轉移負荷之力量決定於四個強度. 抗拉強度應力面積為螺紋支撐抵抗拉力之面積. 抗剪應力面積為計算徑剪斷力之面積. 防鬆應力面積為內螺紋及外螺紋螺紋選擇:螺紋選擇之三要素 : 螺紋型式、螺紋數及等級。

美制螺纹标准手册

螺纹一般状况：螺纹提供紧固件使之能作负荷之转移。

1何谓螺纹：所谓螺纹即为在一圆柱物体上作出突起之螺旋山状物,外螺纹适用于螺栓, 螺丝及螺桩, 内螺纹适用于螺帽及螺纹孔.2螺纹之组成 : 主要分为三部份螺峰，螺谷及螺腹。

螺纹部顶端称之为螺峰, 螺纹部底端称为螺谷, 二者之间称为螺腹。

三者组成一V字型之构造. 螺峰与螺谷之直线距离为螺纹高H, 螺峰与螺峰之距离为螺距P，在UN螺纹方面H = 0.866025 x P （假设状况螺峰与螺谷均为V字型尖锐端）.3完全与不完全螺纹：螺纹同时具有螺峰及螺谷之完整形状时称为完全螺纹, 若螺谷或螺峰未完全成型则称为不完全螺纹。

4螺距 : 螺距P即垂直于螺丝(帽)轴螺纹上之任一点与邻近螺纹同一点之水平距离. 在UN螺纹系统中，通常以每寸几个螺纹表示.5大径及小径：在外螺纹系统中，螺峰之外径称为大径，螺谷之外径称为小径. 内螺纹类则正好相反, 螺峰之内径为小径，螺谷之外径为最大径.6螺腹 : 螺腹与轴部所成之角度称为螺腹角（ Flank Angle ），轴部双边角度相等者称为对称，在UN螺纹系统中, 螺腹角通常为30度且对称, 故UN螺纹之角度均为60度。

7有效径：理论上而言为垂直于轴而通过螺峰螺谷某点之径. 对标准螺纹而言, 此点正好位于中点. 但对非标准螺纹而言, 此点可能位于中点附近之任一点，视实际制造状况而定.8裕度：螺纹配合之裕度意味外螺纹及内螺纹均以其最大上限制造且结合时之宽裕度。

对紧固件而言，裕度通常由外螺纹提供, 这表示外螺纹之大径, 有效径, 小径均需比基本螺纹型为小.而内螺纹之三径则等于基本螺纹型.9制造公差 : 公差之配合则视制造而定. 公差即上限与下限之差. 对外螺纹而言, 其公差为上限减去公差即为下限, 内螺纹则正好相反。

10螺纹长及结合深度 : 紧固件结合时，外螺纹部之完全螺纹部之轴距为其螺纹长, 旋进内螺纹之距离为其结合深度, 螺纹长及结合深度对其强度有深切之影响。

美制螺纹标准

美制螺纹美制标准螺纹（也称统一制螺纹）量规用于检测螺纹的内外牙，螺纹牙形角60度，由外径、每英寸牙数、精度组合表示，如1/4-20UNC-2B，表示1/4英寸外径、每英寸20牙、2B精度内螺纹塞规，若是左旋旋向，应加LH表示。

美制内螺纹默认精度为2B，3B紧密级亦可提供，此外美制外螺纹的默认精度为2A，紧密级精度为3A，订货时注明精度，不提供精度按默认精度提供。

美制螺纹系列众多，美制粗牙（UNC）、美制细牙（UNF）、美制特细牙（UNEF）、美制不变螺距螺纹（UN）、美制特殊螺纹（UNS）。

还有一些美制牙将另外描叙。

第二次世界大战中，盟军的武器和装备所使用的螺纹主要有两种：一种是英国的惠氏螺纹（BSW、BSF）；另一种是美国国家螺纹（UNC、UNF、UNEF、UN、UNS）；由于两种螺纹的标准不统一，给盟军造成了严重的经济损失和人员伤亡。

二战结束以后，美国、英国和加拿大等盟国马上制定了统一的螺纹标准，由于当时美国的经济实力和军事实力在盟军中占主导地位，统一制螺纹主要是依据美国国家螺纹标准制定的，因此，在紧固螺纹领域，统一制螺纹开始挤占英国惠氏螺纹的使用市场，惠氏螺纹的圆弧牙顶和牙底牙型，叫英国吃了苦果；另外，澳大利亚、马来西亚、印度尼西亚、阿根廷、智利、比利时、匈牙利、意大利、瑞典、捷克等各国家也制定了惠氏螺纹国家标准。

现在世界各国使用惠氏螺纹（BSW、BSF）的国家在不断减少，取而代之的是统一制螺纹（UNC、UNF、UNEF、UN、UNS）。

美制螺纹（UNC、UNF、UNEF、UN、UNS）相关规格：NO：0-80UNF、NO：1-64UNC、NO：2-56UNC、NO：3-48UNC、NO：4-40UNC、NO：4-48UNF、NO：5-40UNC、NO：6-32UNC、NO：6-40UNF、NO：8-32UNC、NO：8-36UNC、NO：10-24UNC、NO：10-32UNF、NO：10-40UNS、NO：12-24UNC、NO：12-28UNF、NO：12-36UNS、1/4-20UNC、1/4-24UNS、1/4-28UNF、1/4-32UNEF、5/16-18UNC、5/16-20UN、5/16-24UNF、5/16-27UNS、5/16-32UNEF、3/8-16UNC、3/8-20UN、3/8-24UNF、3/8-32UNEF、7/16-14UNC、7/16-20UNF、7/16-24UNS、7/16-28UNEF、1/2-12UNS、1/2-13UNC、1/2-16UN、1/2-20UNF、1/2-28UNEF、9/16-12UNC、9/16-18UNF、9/16-24UNEF、5/8-11UNC、5/8-18UNF、5/8-24UNEF、3/4-10UNC、3/4-16UNF、3/4-20UNEF、3/4-24UNS、7/8-14UNF、7/8-20UNEF、7/8-24UNS、15/16-28UN、1"-8UNC、1"-12UNF、1"-20UNEF、1-1/8-12UNF、1-1/8-16UN、1-1/4-7UNC、1-1/4-12UNF、1-1/2-6UNC等等。

美制统一螺纹(UN)的标准系列及基本尺寸

美制统一螺纹(UN)
1864年,美国人威利.赛特斯（Willian Sellers）参照英国惠氏螺纹标准体系制定了美国国家螺纹（N）.这两种螺纹在直径与螺距系列和公差方面很相近，但美国国家螺纹的牙型（牙型角为60，削平高度为H/8）不同于惠氏螺纹牙型（牙型角为55，削平高度为H/6）在美国工业影响的地区和行业，美国家螺纹得到广泛应用.
第二次世界大战中，由于盟军所使用的螺纹标准不统一，后勤补给困难给盟军造成了严重的经济损失和人员伤亡.二战刚结束，美国英国和加拿大等盟国马上着手制定盟国间统一的螺纹标准，于1948年颁布了统一螺纹标准.由于当时美国的经济实力和军事实力在盟军内占主导地位，因此统一螺纹主要是依据美国国家螺纹标准而制定的，统一螺纹代号“UN”的前一个字母“U”来源于盟国间的“统一”；后一个字母“N”来源于美国国家螺纹的代号“N”.从此，统一螺纹开始挤占英国惠氏螺纹原有的使用市场.
表1-21统一螺纹的标准系列
公称直径基本大
径
D
牙数
n
基本中
径
D2
UNR外螺纹设计牙型
小径（参考）D2
内螺纹基本小径
D2
1/4 0.2500 28 0.2268 0.2074 0.2113
统一细牙螺纹（UNC或UNRC）的基本尺寸。

美制螺纹标准手册

美制螺纹标准手册
《美制螺纹标准手册》（American Standard for Unified Inch Screw Threads）是一本关于美国螺纹标准的参考手册。

该手册详细介绍了美国国家标准（ANSI）关于螺纹的规范和要求。

该手册包含了各种不同类型的美制螺纹标准，包括内螺纹和外螺纹。

手册中给出了螺纹的尺寸、螺距、倒角、公差等详细信息。

美制螺纹标准手册是工程师、设计师、制造商和供应商等相关行业人员的重要参考资料。

使用该手册可以确保螺纹符合美国国家标准，从而确保螺纹配件的互换性和质量。

此外，该手册通常还提供了关于螺纹切削工具和设备的建议和指导。

这些信息有助于选择正确的切削工具，以获得最佳的螺纹加工效果。

总之，《美制螺纹标准手册》对于理解和应用美国螺纹标准是非常重要的参考资料，它在机械设计、工程制造和质量控制等领域有着广泛的应用。

美制螺纹标准全面讲解(收藏)

美标螺纹标注法在美标中螺纹一般是这样标注：0.25–20UNF–2A以前又为1/4–20UNF–2A①②③④①--公称直径（现在多以小数表示基本大径，单位：inch）②--每英寸牙数（即螺距）③--螺纹系列代号④--螺纹等级代号注：①的数值小于1/4in的小直径系列为公称直径代号，不是公称直径的英寸值，用0，1，2，3，4，5，6，8，10，12十个号码，来表示。

代号为0，1，2，3，4，5，6，8，10，12的螺纹大径（in）分别为：0.060，0.073，0.086，0.099，0.112，0.125，0.138，0.164，0.190，0.216；粗牙螺纹每英寸牙数分别为：—，64，56，48，40，40，32，32，24，24；细牙螺纹每英寸牙数分别为：80，72，64，56，48，44，40，36，32，28。

螺纹代号ThreadCode一、英制螺纹（螺纹牙型角55度）ThreadofBritishstandard(Threadpitchshapeangle55°)BSW－－－－英国标准惠氏螺纹（粗牙）BritishStandardWhitworthThread(Coarse)BSF－－－－英国标准惠氏螺纹（细牙）BritishStandardWhitworthThread(Fine)G－－－－直管螺纹（外螺纹分A、B两面级、丝锥分G、G－D）Straightpipethread(Outside)threadinA\B:tapsinG、G－D)R－－－－锥管外螺纹（旧代号ZG;KG）Outsidepaperpipethread(OldthreadcodeZG,KG)RC－－－－锥管内螺纹（旧代号ZG;KG）Insidetaperpipethread(OldthreadcodeZG,KG)二、美制螺纹（螺纹牙型角60度）ThreadofAmericanstandard(Threadpitchshapeangle60°UNC－－－－统一制粗牙螺纹（代替NC）Unifiedcoarsepitchthread(InsteadofNC)UNF－－－－统一制细牙螺纹（代替NF）Unifiedfinepitchthread(InsteadofNF)UNEF－－－－统一制超细牙螺纹Unifiedsuperfinepitchthread UN－－－－－统一制不变螺距螺纹UnifiedthreadUNS－－－－统一制特殊螺纹UnifiedSpecialthreadNPT－－－－一般用途锥管螺纹（旧代号Z;K）Taperpipethreadforgeneralpurpose(OldthreadcodeZ,K) NPSC－－－－管接头直管内螺纹InternalstraightpipethreadforconnectionNPSM－－－－设备上自由配合，机械连接用直管螺纹Straight pipe thread for general purposeNPTF－－－－干密封锥管螺纹DrysealtaperpipethreadNPSF－－－－干密封燃油直管螺纹DrysealstraightpipeinternalthreadNGT－－－－气瓶用锥螺纹Specialthreadforgascylinder三、米制螺纹MetricthreadZM－－－－－米制锥管螺纹Metrictaperpipethread四、其它螺纹OtherthreadsSM－－－－缝纫机螺纹ThreadforsewingmachinePZ－－－－气瓶用锥螺纹Specialthreadforgascylinder5V1－20V1－气门芯螺纹5V1－20V1－Tirevalvethread螺纹代号说明示例：1/4－20UNC1/4－公称直径1/4"20－每寸20牙UNC－美标统一制粗牙螺纹再举个例子1-14UNS2B1表示：公称直径，即螺纹的大径尺寸，也可以用分数值、螺纹号码或等值小数表示。

美制统一螺纹(UN)的标准系列及基本尺寸

美制螺丝规格表汇总手册

(0.50-13) 10.5918 11.02 11.43 11.59 12.70
36 00 51 00
9/16-12
0.490 0.508 0.515 0.562 12.0 12.3 0.4720
0 4 2 5 50
12.44 12.91 13.08 14.28 (0.5625-12) 11.9888
4 9 4 9 72
15.83 14.19 14.33 13.00 15.5270
44 61 58 23
0.748 0.677 0.683 0.625 17.2 17.3 0.7353
2 3 2 5 83
19.00 17.20 17.35 15.88 18.6766
43 34 33 77
0.873 0.794 0.800 0.736 20.2 20.3 0.8592
0.376 0.391 0.397 0.437
9.4
0.3600
9.20
0 1 25
0
9.550 9.933 10.08 11.11 (0.4375-14) 9.1440
4 9 89 25
1/2-13
0.434 0.450 0.456 0.500 10.6 10.9 0.4170
0 0 5 0 50
1 6 9 8 72
22.17 20.18 20.34 18.71 21.8237
67 28 29 47
0.998 0.910 0.916 0.844 23.2 23.2 0.9830
0 0 8 6 27
25.34 23.11 23.28 21.45 24.9682
92 40 67 28
美制外螺纹（2A）常用螺丝规格极限尺寸表（细牙）

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螺纹一般状况 :螺纹提供紧固件使之能作负荷之转移.1何谓螺纹 : 所谓螺纹即为在一圆柱物体上作出突起之螺旋山状物,外螺纹适用于螺栓, 螺丝及螺桩, 内螺纹适用于螺帽及螺纹孔.2螺纹之组成 : 主要分为三部份螺峰, 螺谷及螺腹. 螺纹部顶端称之为螺峰, 螺纹部底端称为螺谷, 二者之间称为螺腹. 三者组成一V字型之构造. 螺峰与螺谷之直线距离为螺纹高H, 螺峰与螺峰之距离为螺距P, 在UN螺纹方面H = 0.866025 x P ( 假设状况螺峰与螺谷均为V字型尖锐端 ).3完全与不完全螺纹 : 螺纹同时具有螺峰及螺谷之完整形状时称为完全螺纹, 若螺谷或螺峰未完全成型则称为不完全螺纹.4螺距 : 螺距P即垂直于螺丝(帽)轴螺纹上之任一点与邻近螺纹同一点之水平距离. 在UN螺纹系统中, 通常以每寸几个螺纹表示.5大径及小径 : 在外螺纹系统中, 螺峰之外径称为大径, 螺谷之外径称为小径. 内螺纹类则正好相反, 螺峰之内径为小径, 螺谷之外径为最大径.6螺腹 : 螺腹与轴部所成之角度称为螺腹角( Flank Angle ), 轴部双边角度相等者称为对称, 在UN螺纹系统中, 螺腹角通常为30度且对称, 故UN 螺纹之角度均为60度.7有效径 : 理论上而言为垂直于轴而通过螺峰螺谷某点之径. 对标准螺纹而言, 此点正好位于中点. 但对非标准螺纹而言, 此点可能位于中点附近之任一点, 视实际制造状况而定.8裕度 : 螺纹配合之裕度意味外螺纹及内螺纹均以其最大上限制造且结合时之宽裕度. 对紧固件而言, 裕度通常由外螺纹提供, 这表示外螺纹之大径, 有效径, 小径均需比基本螺纹型为小.而内螺纹之三径则等于基本螺纹型.9制造公差 : 公差之配合则视制造而定. 公差即上限与下限之差. 对外螺纹而言, 其公差为上限减去公差即为下限, 内螺纹则正好相反.10螺纹长及结合深度 : 紧固件结合时, 外螺纹部之完全螺纹部之轴距为其螺纹长, 旋进内螺纹之距离为其结合深度, 螺纹长及结合深度对其强度有深切之影响.11螺距 : 螺距一般以每寸几个螺纹表示, 常用有英制统一粗螺纹, 细螺纹及8-螺纹三种.12螺纹强度 : 螺纹支撑转移负荷之力量决定于四个强度. 抗拉强度应力面积为螺纹支撑抵抗拉力之面积. 抗剪应力面积为计算径剪断力之面积. 防松应力面积为内螺纹及外螺纹结合互相松脱时之强度应力面积.螺纹选择 :螺纹选择之三要素 : 螺纹型式, 螺纹数及等级.1螺纹型式 : IFI所承认之螺纹型式共有三种 : UN, UNR, UNJ. 它们全为60度螺纹, 不同之处仅在螺谷处.1.1UN 螺纹 : UN螺纹型为最早之设计, 外螺纹螺谷为平底或圆底均可.UNR螺纹 : UNR与UN螺纹之不同点在于其螺谷半径限制在0.108到0.144倍螺距. 依目前要要, 1”以下规格螺纹均需使用UNR螺纹. 1”以上之无法滚制螺纹而需切制时, 需UNR螺纹仍需声明, 否则应以UN螺纹为主.1.2UNK 螺纹 : UNK螺纹与UNR螺纹几乎完全相同, 具有相同之公差配合及螺谷半径公差, 其不同点就在于UNK螺纹强制必需检查及保证螺谷半径必需符合公差限制, UNK螺纹成为六角孔承窝螺丝及六角孔固定螺丝之标准.1.3UNJ螺纹 : UNJ螺纹为目前最适用之螺纹型式, 因为其对疲劳应力之抵抗超过其它型式之螺纹. 这个答案就是UNJ螺纹加大螺谷半径. 其螺谷半径为0.150到0.180倍之螺距.螺纹配合:U N内螺纹紧固件通常配合U N及U N R外螺纹.理论上而言,U N 内螺纹不能配合UNJ外螺纹, UNJ内螺纹可配合UN, UNR及UNJ外螺纹, 但配合UN及UNR螺纹时必须小心行之.1.1螺谷半径之一些观念 : UN螺纹不强制必需有螺谷半径, 其螺谷可以是平的, UNR之螺谷半径至少为0.105倍螺纹距, UNJ之螺谷半径至少为0.150倍螺纹距, 很难相信这小小之差别会有多重要, 但它确实如此重要. 螺谷半径之加大会稍许增加螺纹静态之抗拉强度, 此为一个相当简单之几何原理, 当螺谷半径增加时, 螺谷径及抗拉强度面积亦会加大, 故其抗拉强度亦增加. 螺谷半径主要功能为增加疲劳应力抵抗能力. 对紧固件暴露于长期动态之产品寿命影响很大, 其动态应力之计算应包括所有之摇动, 震动, 撞击, 冲压等力量以至于应力之计算是如此困难, 但寻求更耐耗磨之产品之努力却不能停止, 直至改良其螺谷半径后, 此问题才告解决, 螺谷半径越大, 其抗疲劳度越佳.螺纹数 : 螺纹数与螺距及直径有关, 英制统一螺纹之螺纹距表示为每寸几个螺纹, 英制统一螺纹共有11种规范, 但其中较重要者有三 : 粗螺纹( Coarse UNC ), 细螺纹( Finc UNF )及8螺纹( 8 –UN ). UNC螺纹为惠勒氏( Whitworth )于19世纪中叶发展而出, 他选择该系螺纹之理由为当时之制造技术仅能提供类似之螺纹产品, 但时至今日, 随着制造技术之改良及精进, 已能制造出更精确之精制螺纹, 于是又加进UNF细螺纹一种以满足各项需求. 而8螺纹系统则不管其外径为何每寸之螺纹数均为8个.1.2螺纹等级配合 : 螺纹配合意味着结合时内螺纹及外螺纹之松紧程度. 英制统一螺纹外螺纹有1A, 2A, 3A三种, 内螺纹亦有1B, 2B, 3B三种等级. 这些级数使用来表示其配合程度, 级数越高, 配合之松紧度越紧.另外尚有一种5级螺纹, 其内螺纹及外螺纹无配合公差, 当外螺纹旋入内螺纹时, 其相互咬紧而无空隙存在, 请参考ANSI/ASME B1.12 A-75页.级数1A及1B :级数1A及1B是一种配合起来很松之螺纹. 适用于需快速装卸之紧固件. 1A 及1B仅适用于1/4”以上之粗螺纹及细螺纹紧固件. 用于机械方面非常少, 事实上, 北美地区使用此级之紧固件比率还不到千分之一.级数2A及2B :级数2A及2B之螺纹是目前使用最广之级数, 几乎90%以上之紧固件均使用本级数, 对制造和经济性而言, 此为最适当之级数.级数3A及3B :级数3A及3B之螺纹适用于需配合度良好之场合如六角承窝螺丝及内六角孔固定螺丝.航空用螺栓螺帽及其它高强度或高安全顾虑之紧固件.螺纹配合之观念 :螺纹之配合应注意公差应严而配合度应松. 同时更好之质量可得到较佳之使用效率. 在图1上显示出1/2"-13 UNC螺纹之各级数相关性.1B 螺纹 2B 螺纹 3B 螺纹内螺纹.45651A 螺纹 2A 螺纹 3A 螺纹外螺纹强度 :螺纹配合之强度决定于足够的螺纹长结合深度及长度.螺纹之抗拉强度与级数无关. 但级数越高, 防松能力越好.表面处理:相当多之紧固件作表面处理以防止锈蚀及增进表面光泽. 表面处理将增加成品之厚度.表面处理之紧固件之适用性在稍后章节将花相当大的篇幅介绍. 足够让我们了解到2A螺纹之表面处理之适用性, 但3A螺纹因为没有配合公差, 所以表面处理时必需特别小心以免造成无法组合.高温状况:当紧固件长其暴露在高温( 通常在500度F以上 )时, 就必需加大配合公差以避免磨损情形发生.表1 螺纹强度面积表备注 :1在英制统一螺纹中, 1-12 UNF系细螺纹螺纹之规范, 1-14 UNS系一种径/距混合制, 在美国, 通常使用1-14 UNS螺纹.2As = 0.7854 ( D - 0.9743/n)2 3 Ar = 0.7854 ( D - 1.3/n)2 As : 抗拉强度应力面积 Ar : 抗剪应力面积D : 基本螺纹径 D : 基本螺纹径n : 每寸螺纹数 n : 每寸螺纹数4 ASs = 3.1416 x Le x Kn max x n x [ 1/2n + 0.57735 x (Es min - Kn max)]ASs : 外螺纹抗松应力面积 Le : 螺纹作用长度n : 每寸螺纹数Kn max : 外螺纹螺谷径上限 Es min : 外螺纹有效径下限5ASn = 3.1416 x Le x Ds min x n x [ 1/2n + 0.57735 x (Ds min - En max)] ASn : 内螺纹抗松应力面积 Le : 螺纹作用长度n : 每寸螺纹数 Ds min : 内螺纹最大径下限En max : 内螺纹有效径上限6 Kn, Es, Ds, En值请参照ANSI/ASME B1.1 A-38页.运送处理 :大多数之紧固件在使用前均需运送处理, 此因螺纹( 外螺纹 )很容易受损之故.展延性 :低及中级强度之紧固件配上2A螺纹有相当好之展延性, 此因其具有配合公差及较大之公差范围使得螺纹更具弹性.高强度之紧固件具有低展延性, 需配合较严格之螺纹.震动 :螺纹配合度越佳, 因震动所导至螺纹松动之危险性越低, 易言之, 防松性视其螺纹配合性而言.成本 :螺纹配合度越佳,成本越高.螺纹表面处理 :表面处理将会增加厚度, 如果超过限度, 将会产生配合上之问题, 因此在表面处理前必需采取适当之措施.在北美州处理表面处理之原则如下 :除热浸锌类厚度大之处理层外, 表面处理不能违反基本螺纹配合原则.除非购买者之特殊要求, 2A螺纹可以适应表面处理. 易言之, 表面处理后之最大径为基本尺寸, 同样之要求亦适用于3A螺纹.如果在表面处理后仍需保留2A螺纹之特性限制时, 则符号2A应以2AG代替. 所谓2AG螺纹即与未表面处理之2A螺纹之特性要求一样.1A螺纹不论其表面处理与否, 规格限制均相同.3A螺纹及所有内螺纹均无配合公差, 这意味者1A, 2AG, 3A外螺纹之最大径及1B, 2B, 3B内螺纹之最小径在表面处理前必须调整以适应表面处理之厚度.当表面处理厚度超过其配合公差时, 就必须调整其制造公差, 不论是调整外螺纹或内螺纹之限制, 此时外螺纹准许违反其基本螺纹限制.在60度角之螺纹, 螺腹及有效径之增加约为表面处理层厚度之4倍. 表面处理厚度通常以最低限制表示, 而不管其上限为何, 所以一般而言, 通常规定其有效径变动为厚度之6倍.例如2A螺纹表面面处理厚度为0.00015”, 则配合以0.0009”以上之尺寸变动以便容纳增加之厚度. 通常在如此处理之后, 制造流程便不致以会发生问题. 一个较详细对于表面处理之处理状况规定在ANSI/ASME B1.1 A-48页.在检验表面处理后之尺寸允收状况时, 使用之量具与未表面处理之量具一样, 但2A螺纹则不相同, 在表面处理后, GO适用3A环规, NOGO适用2A环规, 另外还有一种状况是大厚度之表面处理.在大厚度之表面处理状况下, 美国最普遍之作法为加大内螺纹之孔径而不是减少外螺纹之外径, 这是因为加大孔径或减少外径均会减低螺纹结合强度, 而通常螺帽之强度是配合螺栓强度, 因此可加大孔径而非减少外径以避免结合强度之损失. 另外一个理由则纯粹基于经济上之考虑.螺纹允收 :螺纹具有两种功能 : 结合及承受负荷. 结合功能端视其尺寸特性, 而负荷状况则有赖于尺寸配合及材料级数, 尺寸不良之产品常造成不能结合或结合不良, 配合不当或材质错误则造成强度不足.螺纹允收检验则在检验其尺寸特性是否合乎要求, 经常我们使用量规( 螺纹规及环规 )或其它检验设备作检验. 通常螺纹允收状况由购买者决定, 这是因为他最了解紧固件使用状况及使用要求( 包含尺寸, 强度, 紧固件工作环境, 负荷及安全顾虑等等 ).为帮助决定如何检验, ANSI/ASME B1.3 A-53页规定有量具量测系统可供使用. B1.3 共有三种系统以供螺纹测试, 分别为21, 22, 23三种, 它们之间之分别为需求状况之不同适用.系统编号越高, 其所测量之需要特性越多. 系统21系使用于低, 中强度一般工程用途之外螺纹紧固件. 系统22适用于高强度外螺纹紧固件, 系统23适用于UNJ系统外螺纹紧固件.同时系统21适用于除了UNJ系统内螺纹紧固件之所有内螺纹紧固件, UNJ系统内螺纹紧固件则适用系统23, 系统22几乎不用于内螺纹紧固件.这三种系统系为大部份常用紧固件而设计, 如果客户所需求为特殊要求, 则适当的修正本系统是被允许的.螺纹强度 :螺纹组合有六种强度之失败模式 :-外螺纹之拉断.-外螺纹之松脱.-内螺纹之松脱.-外螺纹纵轴之剪断.-外螺纹扭断.-内螺纹螺纹之扯裂.拉断, 松脱, 扯断通常发生于使用阶段, 扭断导因于结合过紧, 剪断只发生于负荷过大.紧固件强度计算 :四个紧固件结合强度负荷面积为 :a)抗拉强度应力面积,b)剪断应力面积( 最小径抗剪面积 ),c)外螺纹抗松应力面积,d)内螺纹抗松应力面积.所有数据数据及计算公式请参考表1.螺栓破断失败模式 :在选择紧固件时, 设计人员应避免失败之产生-组合时结合过紧及工作负荷过大–导至螺栓破断或螺纹崩坏. 有一个相当重要之观念是 : 在结合紧固件之过程中, 应该注意其降伏强度, 如果螺栓在结合的过程中破断, 是显而易见且容易矫正的, 且必须马上采取措施.另外, 螺纹崩坏是一种另一型式之失败, 它通常是逐渐发生的, 从螺纹结合处逐渐脱落,其发生之时间要好几个小时以上, 一开始是查觉不出的.螺纹崩坏之防止 :防止紧固件螺纹崩坏之关键在提供足够之紧固件结合长度, 将螺帽之膨涨率减至最低,并选择适当之强度级数以防止螺纹损坏.螺纹结合长度 :防止螺纹于配合时崩坏之最明显之作法乃是加大结合长度. 但会增加成本.当螺栓及螺帽结合而承受垂直之负荷时, 螺栓承受拉力, 螺帽则承受压缩力, 如果螺丝及螺栓之材料一样, 且均为标准螺纹型, 则其各部承受力均相等.螺栓承受垂直负荷时, 将对螺纹产生拉伸作用而有拉长效果, 同样的, 螺帽因压缩作用螺纹将有缩短效果. 这些变形将于螺栓及螺帽二者继续进行到二者全部螺纹密接. 其结果造成全部负荷不均匀地分配在螺纹上, 造成接合之第一螺纹所承受的负荷超过平均负荷, 而最后结合之末端螺纹承受负荷却比较小, 实验证实第一结合螺纹其承受之负荷可以超过平均负荷之2倍, 而末端所承受之负荷小于平均负荷之1/2, 这就是为何螺栓之破断通常位于螺栓与螺帽或螺孔结合之第一螺纹, 同样之研究更指出在同一结合长下, 螺距愈小, 第一螺纹所承受之负荷就愈大.如将结合长加长到螺栓径之一倍以上亦不可行, 这是因为额外之结合螺纹仅可承受少部份之负荷且第一螺纹需足够粗大到可以将负荷成功地分配到其它螺纹, 就此观点而言, 十分可能失败.螺帽膨涨 :当垂直负荷增加时, 螺栓伸长, 螺帽则因压缩而由墙向外挤压而膨涨, 这是因为螺纹部角度及负荷之故, 当螺帽强度越低, 或墙越薄, 膨涨就越厉害.螺帽膨涨之控制相当重要, 因为膨涨导致结合长缩短, 抗剪应力面积减少, 单位剪断应力增加, 将造成不利之影响, 而螺纹距越细, 影响就越严重.螺帽之对边为其公称径之1.5倍以上时相当理想, 但如小于1.5倍时就必需小心, 凸缘螺帽之抗膨涨相当不错, 至于螺纹孔, 一般而言不必考虑膨涨.紧固件材料强度 :如果螺栓及螺帽之强度相当时, 则因为垂直负荷而导致螺纹断裂时, 则无法确定是内螺纹或外螺纹先被破坏.如果螺栓之材料强度大于螺帽-大多数螺栓螺帽之配合状况-则螺栓之螺纹装配时不易变形, 即使是螺帽之降伏强度更低之状况下亦然, 在此情形下, 在螺纹破坏时, 外螺纹将先将内螺纹破坏.同样的, 如果螺帽之材料强度大于螺栓, 则在破坏情形下, 螺栓之螺纹将先被螺帽之螺纹所破坏.一般而言, 螺栓及螺帽之材料强度越接近, 则破坏之强度越低, 如果强度不一样, 则破坏强度会高一点, 这就是为何测试螺帽所使用之治具及螺栓需均硬化之原因.根据表1各应力表, 我们可以很轻易的算出螺栓及螺帽结合所需要的结合长和最低的强度级数, 紧固件之选择必需先确定负荷以确知螺纹的确可以支持剪应力负荷( 螺纹剪应力面积乘螺纹结合长乘材料剪断强度 )及拉伸应力负荷( 抗拉应力面积乘材料抗拉强度 ).螺纹暴露于握取长中之影响 :材料被紧固件所结合之总厚度称为握取长度( GRIP ). 在紧固件组合后, 螺栓之螺纹负荷长度通常等于握取长度加上可能在螺帽内之一至二螺纹, 在握取长度中之螺栓螺纹数将严重影响到紧固件之最终抗拉强度-导至负荷失败.螺栓螺帽结合抗拉失败之状况, 如果螺帽之位置位于螺栓之任一点但自螺帽之承受面至螺栓螺纹末端至少有四个完全螺纹时, 螺栓之拉力保持不变, 但当螺帽越接近螺栓螺纹末端时, 螺栓之拉力会增加, 甚至会比原来拉力多增加20%.当螺栓暴露于握取长度之螺纹拉力增加时, 螺栓及螺帽之抗剪力会降低, 这是因为螺栓拉长-紧固件结合失败之前奏-会在与螺帽结合之螺纹中发生. 紧固件结合长度减少, 剪应力增加. 想象得到的是可以避免螺栓破断或螺纹扯裂, 只要减少外螺纹暴露于握取长度中之螺纹数即可.特殊螺纹之设计 :以下省略,有兴趣请自行参照 IFI 本文计算及设计特殊螺纹.。