美制螺纹标准手册.doc

1、YESWIN 螺纹教材1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

2、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

3、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.YESWIN 螺纹教材28 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

4、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.YESWIN 螺纹教

5、材3UNR 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.1.2 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.1.3 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式之螺纹. 这个

6、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,

7、 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.YESWIN 螺纹教材4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 UN

8、C ), 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

9、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,

10、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.YESWIN 螺纹教材51B 螺纹 2B 螺纹 3B 螺纹 内螺纹.4597

11、.4565195% 2A 螺纹 130% .45482A 螺纹 97.5%2A 螺纹基本有效径 .450030% 2A 螺纹之配合公差 75 %.4485 .4485 2A 螺纹 150% .44632A 螺纹 .4435.44111A 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

12、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.YESWIN 螺纹教材6表 1 螺纹强度面积表As Ar ASs Asn抗松应力面积(平方寸/寸)外螺纹 内螺纹尺寸螺纹距螺纹系列抗拉强度面积平 方 寸抗剪应力面积平 方 寸2A 3A 2B 3B0-80 UNF 0.00180 0.00151 0.0603 0.0748 0.106 0.1161-64 UNC 0.00263 0.00218 0.0835 0.0913 0.133 0.1441-72 UNF 0.00278

13、 0.00237 0.0831 0.0922 0.130 0.1422-56 UNC 0.00370 0.00310 0.101 0.109 0.162 0.1742-64 UNF 0.00394 0.00339 0.101 0.109 0.156 0.1703-48 UNC 0.00487 0.00406 0.118 0.127 0.191 0.2043-56 UNF 0.00523 0.00451 0.118 0.130 0.186 0.2014-40 UNC 0.00604 0.00496 0.138 0.147 0.221 0.2354-48 UNF 0.00661 0.00566 0

14、.140 0.151 0.216 0.2325-40 UNC 0.00796 0.00672 0.161 0.172 0.248 0.2635-44 UNF 0.00830 0.00716 0.162 0.173 0.246 0.2626-32 UNC 0.00909 0.00745 0.180 0.189 0.281 0.2966-40 UNF 0.01015 0.00874 0.182 0.197 0.274 0.2928-32 UNC 0.0140 0.0120 0.226 0.239 0.334 0.3538-36 UNF 0.0147 0.0128 0.227 0.244 0.331

15、 0.35010-24 UNC 0.0175 0.0145 0.263 0.277 0.401 0.42010-32 UNF 0.0200 0.0175 0.275 0.289 0.389 0.41112-24 UNC 0.0242 0.0206 0.312 0.327 0.458 0.47812-28 -UNF 0.0258 0.0226 0.317 0.336 0.450 0.4741/4-20 UNC 0.0318 0.0269 0.368 0.385 0.539 0.5631/4-28 UNF 0.0364 0.0326 0.373 0.403 0.521 0.5495/16-18 U

16、NC 0.0524 0.0454 0.470 0.502 0.682 0.7105/16-24 UNF 0.0580 0.0524 0.479 0.520 0.663 0.696YESWIN 螺纹教材7As Ar ASs Asn抗松应力面积(平方寸/寸)外螺纹 内螺纹尺寸螺纹距螺纹系列抗拉强度面积平 方 寸抗剪应力面积平 方 寸2A 3A 2B 3B3/8-16 UNC 0.0775 0.0678 0.576 0.619 0.802 0.8603/8-24 UNF 0.0878 0.0809 0.578 0.644 0.800 0.8377/16-14 UNC 0.106 0.0933 0.6

17、77 0.734 0.981 1.017/16-20 UNF 0.119 0.109 0.685 0.761 0.908 0.9911/2-13 UNC 0.142 0.126 0.779 0.854 1.12 1.161/2-13 UNF 0.160 0.149 0.799 0.887 1.08 1.139/16-12 UNC 0.182 0.162 0.893 0.974 1.27 1.329/16-18 UNF 0.203 0.189 0.901 1.02 1.23 1.295/8-11 UNC 0.226 0.202 0.998 1.09 1.42 1.475/8-18 UNF 0.2

18、56 0.240 0.998 1.13 1.37 1.433/4-10 UNC 0.334 0.302 1.21 1.34 1.72 1.783/4-16 UNF 0.373 0.351 1.23 1.38 1.66 1.737/8-9 UNC 0.462 0.419 1.43 1.58 2.03 2.097/8-14 UNF 0.509 0.480 1.44 1.63 1.96 2.031-8 UNC 0.606 0.551 1.66 1.82 2.33 2.401-12 UNF 0.663 0.625 1.66 1.87 2.77 2.351/14 UNS 0.680 0.646 1.67

19、 1.89 2.23 2.331-1/8-7 UNC 0.763 0.693 1.88 2.04 2.65 2.721-1/8-8 UN 0.790 0.728 1.89 2.07 2.63 2.701-1/4-7 UNC 0.969 0.890 2.11 2.30 2.94 3.021-1/4-8 UN 1.000 0.929 2.12 2.33 2.92 3.001-3/8-6 UNC 1.16 1.05 2.34 2.52 3.27 3.351-3/8-8 UN 1.23 1.16 2.34 2.58 3.21 3.301-1/2-6 UNC 1.41 1.29 2.58 2.77 3.

20、57 3.651-1/2-8 UN 1.49 1.41 2.57 2.84 3.50 3.61YESWIN 螺纹教材8As Ar ASs Asn抗松应力面积(平方寸/寸)外螺纹 内螺纹尺寸螺纹距螺纹系列抗拉强度面积平 方 寸抗剪应力面积平 方 寸2A 3A 2B 3B1-5/8-8 UN 1.78 1.68 2.80 3.10 3.79 3.911-3/4-5 UNC 1.90 1.74 3.04 3.24 4.20 4.301-3/4-8 UN 2.08 1.98 3.03 3.35 4.08 4.211-7/8-8 UN 2.41 2.30 3.25 3.63 4.37 4.502-4-1

21、/2 UNC 2.50 2.30 3.53 3.72 4.83 4.932-8 UN 2.77 2.65 3.48 3.86 4.66 4.812-1/4-4-1/2 UNC 3.25 3.02 4.02 4.23 5.44 5.552-1/4-8 UN 3.56 3.42 3.93 4.37 5.24 5.402-1/2-4 UNC 4.00 3.72 4.50 4.70 6.07 6.202-1/2-8 UN 4.44 4.29 4.38 4.87 5.81 6.002-3/4-4 UNC 4.93 4.62 4.99 5.22 6.68 6.822-3/4-8 UN 5.43 5.26

22、4.83 5.38 6.39 6.603-4 UNC 5.97 5.62 5.48 5.74 7.29 7.443-8 UNC 6.51 6.32 5.28 5.89 6.95 7.203-1/4-4 UNC 7.10 6.72 5.97 6.26 7.90 8.063-1/4-8 UN 7.69 7.49 5.73 6.40 7.53 7.793-1/2-4 UNC 8.33 7.92 6.47 6.77 8.51 8.683-1/2-8 UN 8.96 8.75 6.18 6.90 8.10 8.393-3/4-4 UNC 9.66 9.21 6.95 7.29 9.11 9.313-3/

23、4-8 UN 10.34 10.11 6.61 7.41 8.67 8.984-4 UNC 11.08 10.61 7.44 7.81 9.71 9.924-8 UN 11.81 11.57 7.07 7.91 9.24 9.57参照 备注 1 2 3 4,6 5,6YESWIN 螺纹教材9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.2 As = 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

24、: 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

25、: 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.YESWIN 螺纹教材10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

26、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,

27、 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.