1、第一章 螺纹量规的基本知识螺纹量规是检验螺纹尺寸是否符合规定的量规。螺纹塞规用于检验内螺纹。螺纹环规用于检验外螺纹。11 螺纹概述螺纹是一种重要的、常用的结构要素。螺纹主要用于结构联接、密封联接、传动、读数和承载等场合。从一般使用条件到恶劣条件（高温、高压、严重腐蚀），从粗糙级别到很精密，从日常生活用品到精密机械，总之应用广泛。螺纹按截形分，三角形（等边、等腰、锯齿等）和特形（如圆弧）螺纹。螺纹又分圆柱和圆锥螺纹。一、圆柱螺纹1、普通螺纹（又称米制或公制螺纹）轴向截形为等边三角形（基本牙型为平顶），牙型角60。内螺纹48 级，外螺纹39 级。2、美标统一螺纹（又称 60英制螺纹）轴向截形为等边
2、三角形（基本牙型为平顶），牙型角60。它是美、英和加拿大制定的60英制系列螺纹。美国联邦标准FEDSTDH28 / 23、美国国家标准ANSI B1.1。它有UNC、UNF 、UNEF、UN、UNS 系列(旧标分别为NC 、NF 、NEF、N 、NS)。外螺纹级别1A3A，内螺纹级别1B3B 。3 级最精密。常用2 级。3、非螺纹密封的管螺纹（旧标称圆柱管螺纹）。轴向截形为等腰三角形（基本牙型为圆顶圆底），牙型角55。为了避免英寸符号“”的出现，去掉它后只留下螺纹公称直径数值，并把它称为尺寸代号。对于所述管螺纹，其尺寸代号为英寸公称孔径。由于存在管壁厚度，因此管螺纹直径大于管螺纹公称直径。例如
3、，尺寸代号1（11 牙/25.4mm ）的管螺纹，大径33.249、中径31.77、小径30.291，这三个直径均大于管螺纹公称直径25.4。而统一螺纹和55英制螺纹不如此，它们的螺纹尺寸与公称直径直接相关。4、梯形螺纹轴向截形为等腰三角形（基本牙型为平顶平底），牙型角30。旧标分1、2 和3 级。内螺纹7H、8H 和9H，外螺纹 7h、7e、8e、8c 和9c。美标梯形螺纹 FEDSTDH28/12 和短牙梯形螺纹FEDSTDH28/13（分别与美国国家标准ANSI B1.5和B1.8 对应）， 牙型角29。尺寸为英寸。一般用途的梯形螺纹有2G、3G 和4G 三个级别，对中梯形螺纹有2C、3
4、C、4C 、5C 和6C 五个级别。其中2G 和2C 公差最大。短牙梯形螺纹不分级。5、其它螺纹锯齿螺纹轴向截形为不对称三角形。美标圆柱管螺纹NPSM 和NPSL 轴向截形为等边三角形，牙形角60。气瓶专用螺纹PG80，轴向截形为等腰三角形（基本牙型为圆顶圆底），牙形角55。特形螺纹如滚珠丝杆和钎杆螺纹属圆弧形螺纹。二、圆锥螺纹1、用螺纹密封的管螺纹（旧称圆锥管螺纹或惠氏螺纹）轴向截形为三角形（基本牙型为圆顶圆底），牙型角55。锥度1：16。2、60圆锥管螺纹（旧称圆锥螺纹或布氏螺纹）轴向截形为三角形（基本牙型为平顶），牙型角60。锥度1：16。美标有NPT 和NPTF 两种。3、米制锥螺纹轴
5、向截形为三角形（基本牙型为平顶），牙型角60。锥度1：16。4、石油专用螺纹石油专用螺纹包括钻杆、套管、油管和管线管等螺纹。钻杆接头螺纹的轴向截形为三角形（基本牙型为平顶），牙型角60。锥度1：6 或1：4。内平（IF）、贯眼（FH）、正规（REG）三种接头、数字型（NC）。套管圆螺纹（CSG）的轴向截形为三角形（基本牙型为圆顶圆底），牙形角60，锥度1：16。套管偏梯形螺纹（BCSG）的轴向截形为（3+10）的特殊形状，锥度1：16 和1：12。油管螺纹的轴向截形为三角形（基本牙型为圆顶圆底），牙形角60，锥度1：16。有不加厚（TBG）和外加厚（UP TBG）两个尺寸系列。管线管螺纹的轴向
6、截形为三角形（基本牙型为平顶），牙型角60。锥度1：16。它与NPT 类似。5、气瓶专用圆锥螺纹轴向截形为三角形（基本牙型为圆顶圆底），牙形角55，锥度3：25。螺纹牙形分角线垂直于中径线而不垂直于螺纹轴线，这与前述螺纹不同。螺距基本值沿中径线给出，而不是沿轴线给出，这与前述螺纹不同。12 螺纹量规概述螺纹量规根据使用性能分：工作规、验收规、校对规和基准规。工作规：制造和检验工件螺纹所用螺纹量规。验收规：检验部门或用户代表验收工件螺纹时所用的螺纹量规。校对规：制造和检验工作规所用的螺纹量规。对于圆柱螺纹，通常只有校对塞规，用于工作环规的检验。某些圆锥螺纹（如石油专用螺纹），有校对塞规和校对环规
7、，分别用于检验工作环规和工作塞规。基准规：某些圆锥螺纹（如石油钻杆接头螺纹和NPT 螺纹）需要基准规，用于检验校对规。用圆柱螺纹量规检验螺纹时，通端螺纹量规应完全旋入通过，止端螺纹量规不应旋入或允许部分旋入，则被检螺纹合格。当发生争执时，按有关规定处理。用圆锥螺纹量规检验螺纹时，有下述情况：用极限量规检验被检螺纹测量面（内螺纹为大端，外螺纹为管端平面）位置是否在规定上、下限内；用标准式量规（如石油专用螺纹量规）检验被检螺纹测量面是否在规定范围内（石油专用螺纹检测紧密距是否合格）。对于石油专用螺纹还要检测螺纹单项要素是否合格。一、圆柱螺纹量规1、普通螺纹量规新标普通螺纹标志中径公差带代号和顶径公
8、差带代号（若两者相同，只标前者）。而普通螺纹量规只标被检螺纹中径公差带代号。这是因为螺纹量规的直径是根据被检螺纹的中径公差带计算的，与被检螺纹的顶径公差带无关。螺纹公差带代号与螺纹量规的对应标志见表111 和表112。表111 内螺纹公差带与螺纹塞规标志螺纹公差带 4H 4H5H 5G 5H 5H 6H 6G 6H 7G 7H 8H塞规标志 4H 4H 5G 5H 5H 6G 6H 7G 7H 8H表112 外螺纹公差带与螺纹环规标志螺纹公差带 3h4h 4h 5g6g 5h4h 5h6h 6e 6f 6g 6h 7g6g环规标志 3h 4h 5g 5h 5h 6e 6f 6g 6h 7g表1
9、12 （续）螺纹公差带 7h6h 8g 8h 9g环规标志 7h 8g 8h 9g注：校对螺纹塞规按被检螺纹环规标志。螺纹中径合格性的判断原则：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。用螺纹圈数较多的全牙型的通端螺纹塞规或环规（标有字母T）检验工件螺纹的作用中径。用螺纹圈数较少的截短牙型的止端螺纹塞规或环规（标有字母Z）检验工件螺纹的单一中径。通端螺纹环规用校对螺纹塞规TT（通通）、TZ（通止）和TS（通损）检验。止端螺纹环规用校对螺纹塞规ZT（止通）、ZZ（止止）和ZS （止损）检验。其中TS 和ZS 用于检验环规磨损限。TT
10、和ZT 应完全旋入通过，其余四种不应旋入或旋入量不大于一个螺距（按完整牙计）。2、美标统一螺纹量规常用美标统一螺纹量规，其标准号H28/6 或ANSI B1.2。美标螺纹环规为可调式。中国一般采用固定式螺纹环规（T 和 Z），并配有相应的校对螺纹塞规TT、TZ、TS 、ZT、ZZ 和ZS 。3、非螺纹密封的管螺纹量规4、梯形螺纹量规梯形螺纹是传动螺纹，配合时保证大径和小径间间隙是重要的。因此，通端螺纹塞规和环规顶径设计时予以保证是恰当的。二、圆锥螺纹量规1、用螺纹密封的管螺纹量规2、60圆锥管螺纹量规NPT 量规传递：基准（塞、环）规校对（塞、环）规工作规工件螺纹。同时要求量规螺纹单项要素合格
11、。3、米制锥螺纹量规4、石油专用螺纹量规钻杆接头螺纹量规有数字型、内平、贯眼和正规接头螺纹用螺纹量规。紧密距传递：原始规地区规校对规工作规工件螺纹。套管圆螺纹量规。紧密距传递：校对规工作规工件螺纹。套管偏梯形螺纹量规。紧密距传递：校对规工作规工件螺纹。油管圆螺纹量规有TBG 和UP TBG 两个螺纹尺寸系列用螺纹量规。紧密距传递：校对规工作规工件螺纹。管线管螺纹量规。紧密距传递：校对规工作规工件螺纹。石油专用螺纹量规（塞、环规）要求检测其圆锥螺纹各单项要素。三、螺纹和螺纹量规代号螺纹和螺纹量规代号见表1. 1. 3.。表1. 1. 3螺纹和螺纹量规代号螺 纹 名 称 螺 纹 代 号 螺 纹 量
12、 规 代 号普通螺纹 M M非螺纹密封的管螺纹 G G（ 1）梯形螺纹 Tr Tr 镀前普通螺纹 6G、 6H、 6D；6g、6f、 6e、 6d 、 6c （ 2）6G、 6H、 6D；6g、6f、 6e、 6d 、 6c （ 2）美标统一螺纹 UNC、UNF 、UNEF、UN、UNS UNC、UNF 、UNEF、UN、UNS用螺纹密封的管螺纹 R；R C 、 RP R（ 3）60圆锥管螺纹 NPT、 NPTF （ 4） NPT、 NPTF米制锥螺纹 ZM ZM石油钻杆接头螺纹 NC、IF 、FH、REG NC、IF 、FH、REG石油套管螺纹 CSG、BCSG CSG、BCSG石油管线管螺
13、纹 LP LP气瓶专用螺纹 PZ、PG PZ、PG(1) 通规为平顶时，把标志T 改为标TB。(2) 所列为公差带代号。(3) 量规为平顶时，标R B。(4) GB/T 127162002 只有NPT。13 螺纹互换性互换性是组织成批、大量生产的技术基础。圆柱螺纹的互换性应保证内、外螺纹的旋合性和满足配合要素的要求。它应遵守泰勒原则。由作用中径控制最大实体牙型中径，由单一中径控制最小实体牙型中径。通常，用通端螺纹量规和止端螺纹量规分别控制。螺纹的单项要素（螺距、半角）一般不再检测。圆锥螺纹的旋合性一般不成问题。配合要素的满足可由旋合引起的轴向相对位置调节。也就是说，配合的松紧程度可用相对旋转从
14、而改变轴向相对位置来适应。所以，不必遵守泰勒原则。圆锥螺纹的互换性是保证测量平面（一般为基面）轴向位置的正确性。用螺纹量规综合检验指定平面的轴向位置，保证螺纹旋紧余量。由此，保证圆锥螺纹联接的密封性能。有些圆锥螺纹（如石油专用螺纹）规定要检验螺纹单项要素（螺距、牙型角、牙高、锥度）。有些圆锥螺纹（如用螺纹密封的管螺纹）未规定单项要素检验。一、圆柱螺纹的互换性圆柱螺纹的互换性由在规定范围内的作用中径和单一中径保证。1、作用中径、单一中径和中径作用中径是内外螺纹在给定旋合长度上旋合（包括工件旋合、量规与工件旋合、量规间旋合）时，实际起作用的直径。在估算时，内、外螺纹的作用中径分别计算。对于外螺纹，
15、其作用中径是在旋合长度上与实际外螺纹外包容的最小理想内螺纹的中径。对于内螺纹，其作用中径是在旋合长度上与实际内螺纹内包容的最大理想外螺纹的中径。单一中径是螺纹的实际尺寸，它是螺纹槽宽等于基本螺距一半的假想圆直径。因此，单一中径与螺距误差无关。而中径则是螺纹的槽宽和牙厚相等的假想圆直径。因此，中径与螺距误差有关。作用中径、单一中径和中径都是假想圆直径。单一中径和中径存在于单件螺纹上，一般而言，它们的数值随螺纹轴向位置和径向相位而变。作用中径是只有旋合时才起作用，且受实际螺纹限制的理想配对件的中径，它是单一值。作用中径与配对旋合长度有关。只有在没有螺距误差、半角误差和圆柱度误差情况下，三者（作用中
16、径、单一中径和中径）才相等。当存在螺距误差时，单一中径与中径不相等。一般而言，外螺纹作用中径大于其单一中径，内螺纹作用中径小于其单一中径。2、作用中径的估算在剔除大径干涉和小径干涉情况下，作用中径除受螺纹单一中径影响外，还受螺距误差、牙侧角误差（对称螺纹为半角误差，下同）、螺旋线误差、单一中径圆柱度误差、牙侧直线度误差、边牙肥大或歪斜、毛刺等影响。估算作用中径时，一般只计及单一中径、螺距和半角误差的影响。1）螺距误差的作用中径当量fp令P 为螺纹旋合长度范围内，任两扣（牙和槽）间在中径线上对应两点的距离偏差的的最大绝对值。以mm 计。 1 和 2 分别表示左和右牙侧角（对称螺纹1=2=/2，下
17、同）。螺距误差的作用中径当量fp 见表1-3-1。2）牙侧角误差的作用中径当量f （对称螺纹为 f/ 2 ，下同）令hc 和h r分别表示内外螺纹旋合的有效牙顶高和牙根高。1 和2 分别表示左和右牙侧角偏差的绝对值。在f 计算式中，与左和右牙侧角偏差符号对应的牙高hx1和hx 2 见表1-3-2。牙侧角误差的作用中径当量f （或f/ 2）见表1-3-3。大家知道，顶径是指外螺纹大径和内螺纹小径，底径是指外螺纹小径和内螺纹大径。牙顶高是顶径与中径之差的绝对值的一半。牙根高是底径与中径之差的绝对值的一半。有效牙顶高和有效牙根高是指配对旋合时的实际值，计算时也可用可能值。这对某些情况（如用校止通检验
18、止端螺纹环规）是相当重要的。因为这时，有效牙顶高和有效牙根高已不同于常规。配对旋和时，可能产生大径或小径干涉。内螺纹有效大径小于外螺纹大径，不能旋合，产生大径干涉。内螺纹小径小于外螺纹有效小径，不能旋合，产生小径干涉。大或小径干涉也可能由于螺纹轴线与大径轴线或小径轴线不同轴引起。表 131 螺距 误 差 的 作 用 中 径 当 量 fp螺 纹 螺 距 误 差 的 作 用 中 径 当 量 fp=1、 2 2P /（ tg1+tg2）1=2=/2 P / tg（ /2）/2=30 P3/2=2730 1.921P圆柱螺纹/2=15 3.732P1、 2、 2P (1+tg1tg)(1-tg2tg)
19、/( tg1+ tg2)1=2=/2、 P 1-tg 2tg 2(/2 ) / tg(/2 )/2=30、K=1/16 1.731P ( NPT 按圆柱螺纹计算 )/2=2730、K=1/16 1.92P/2=30、K=1/6 1.728P圆锥螺纹/2=30、K=1/4 1.723P1=(/2)+、2=(/2)- P / tg(/2)cos2/2=2730、K=3/25 1.928P表 132 与 牙 侧 角 偏 差 对 应 的 牙 高牙 侧 角 偏 差 hx1 hx2-1、-2 h c h c-1、+ 2 h c h r+1、+2 h r h r+1、- 2 h r h c外螺纹作用中径d2
20、按下式估计d2= d2 + fp + f （1-3-1）式中 d2旋合长度范围内的最大单一中径内螺纹作用中径D2按下式估算D2= D2 -（fp+ f） (1-3-2)式中 D2旋合长度范围内的最小单一中径在间隙配合时，应满足D2 -d20。作用中径对开始阶段的旋合影响是显著的。但由于fp 和f （或f/ 2）导致的牙面实际接触区域较小，故在多次旋合或加压旋合后，当量数值可能减少，从而作用中径更接近单一中径。二、圆锥螺纹互换性简述前面说到：圆锥螺纹互换性是保证给定测量平面（一般为基面）轴向位置的正确性。例如，石油专用螺纹是在螺纹单项要素合格情况下检验紧密距值是否合格。圆锥螺纹作用中径估算通常除
21、计及螺纹单一中径误差、螺距误差和牙侧角误差的影响外，还应计及锥度误差影响（当内螺纹斜度偏差为负，外螺纹为正时不计及此影响）。实际使用时，要把估算值换算为轴向当量（它等于前者除以圆锥度K，见式（133）。中径和锥度误差对轴向位置的影响与光面圆锥直径和锥度误差对其配合影响类似。半角和螺距误差对轴向位置的影响，可类似于圆柱螺纹求得螺距和半角误差的作用中径当量(见表1- 3-1、表1-3-2 和表1 -3-3)，再按中径误差对轴向位置影响处理。 hx1、hx2、f（或f / 2）单位mm 。 1、2 或( 1/2)、(2/2)单位为分。 圆锥螺纹牙侧短边角度为 1。轴向位置偏移量（即轴向当量，下同）A
22、 可按下式估算A=( d2 + f p+ f+ fk ) / K （1-3-3）式中 K中径锥度值d2 基面中径偏差外螺纹取“”号，内螺纹取“”号fk锥度误差的作用中径当量（注）圆锥螺纹在保证联接的密封性方面比圆柱螺纹方便和有效。圆柱螺纹中径控制要遵守泰勒原则，且为了密封，在螺纹牙面间缠涂填料。而圆锥螺纹配合要素可用旋合产生轴向位移来调整，获得密封所需过盈量。因此，从圆锥螺纹的使用要求及应用特点可知，圆锥螺纹用具有完整牙型的圆锥螺纹量规检验是合理的、适用的，而没有再用截短牙型量规检验的必要。这已为长期且广泛的实践所证实。当然，不排除这种可能性，工件螺纹的半角、螺距和锥度中某一项或多项不合格，而
23、用圆锥螺纹量规检验合格，可能影响制件螺纹联接的密封性能（这对高温、高压等恶劣环境下工作的工件是重要的）。为了避免这种情况，规定检验工件螺纹单项要素有时是必要的。例如，石油专用螺纹规定要进行单项要素检验。注：令内外螺纹旋合长度为l，斜度误差为，在螺纹规定长度L 上的允许锥度误差为。对于内螺纹，当斜度偏差为 时，锥度误差的作用中径当量fk 为 fk= (l / L)对于斜度偏差为 的外螺纹fk 亦按上式计算。在这两种情况下，螺纹在圆锥小端接触。对于斜度偏差为 的内螺纹，或斜度偏差为 的外螺纹，f k=0。此时，螺纹在圆锥大端接触。这就是通常圆锥螺纹环规锥度偏差取负值，圆锥螺纹塞规锥度偏差取正值的原
24、因。14 争议的产生与处理一、验收螺纹环规的两种主要争议检查和验收螺纹环规时，对合格与否的争议，主要有两种情况：测试与校对规检验结果发生争议、校对规和校对规之间检验结果发生争议。GB/T 39342003 规定：“螺纹环规的验收应以校对螺纹塞规为准。有争议时按1.6 条处理。如果制造者和用户双方一致同意采用其它的测量方法，则螺纹环规的中径尺寸和表4、表5 中的公差是有效的。”“1.6 当检验中发生争议时，若判断工件螺纹为合格的螺纹量规是符合本标准规定的，则该工件螺纹应作为合格处理。”因此，对于非特殊定货，当测试与校对规检验结果发生争议时，螺纹环规的验收应以校对螺纹塞规为准。当校对规和校对规之间
25、检验结果发生争议时，应按1.6 条处理。既若判断螺纹环规为合格的校对螺纹塞规是符合本标准规定的，则该螺纹环规应作为合格处理，于是其它合格的校对螺纹塞规判断该螺纹环规不合格无效。出现上述两种争议并给予相应处理，不容易被人心悦诚服地接受。这种局面的产生原因在于标准不完善和测试不完善。1、标准不完善检验工件外螺纹用的螺纹环规和螺纹环规用的校对螺纹塞规中径公差带，见图1-4-1。量规公差和位置要素见表1-4-1。图141 螺纹环规和校对规中径公差带表141 量规公差和位置要素 m TD2 Td2 TR TCP m ZR WGO WNG24 50 8 6 10 - 4 10 75080 10 7 12
26、- 2 12 980125 14 8 15 2 16 12125200 18 9 18 8 21 15200315 23 12 22 12 25.5 19.5315500 30 15 27 20 33 25500670 38 18 33 28 41 31根据上述图和表可得螺纹环规和校对规公差带间最小距离，见表142。在此，只讨论环规和校对规间关系。表142 环规和校对规公差带最小距离 mTD2 Td2 m - (TR+Tcp) / 2 WGO - (TR/2+Tcp) WNG (TR/2+Tcp)24 50 3 0 -35080 3.5 0 -380125 4 1 -3125200 4.5 3
27、-3200315 4.5 2 -4315500 4.5 3 -5500670 5 4 -6由图1-4-1 和表1-4-2 可知：T 和TT、Z 和ZT 公差带中心距m 值相同，这不完善。因T 和 TT 是完整牙型，旋合长度较长，因而半角误差和螺距误差对作用中径的影响较大（指fp 和f /2 较大）。而Z 是截短牙型，螺纹牙数较少，因而半角误差和螺距误差对作用中径的影响较小。所以两个m 值不应相同。此外，m 值的给定也值得研究。由表1-4-2 和图1-4-1 可知：ZS 和ZZ 公差带间最小距离WNG - (TR/2+TCP) 为负,表示两公差带有部份重叠(参看图 141 虚线图形) 。这可能导
28、致 ZS 中径小于ZZ 中径，以致产生ZZ 能止住的 Z 规，ZS 不能止住的不合理设计状况。TS 和TZ 公差最小距离WGO (TR/2+TCP)偏小，可能由于半角误差和螺距误差作用中径当量影响，产生TZ 能止住的T 规，TS 不能止住的不合理情况。也可能产生 T 规并未显著磨损，TS 不能止住的情况。必须指出，尽管TZ、TS 和Z 是截短牙型，理论上用于控制单一中径。实际上，由于截短牙型有一定牙面高度以便于制造和使用，而且ZT 完全旋入Z、ZZ 和ZS 允许旋入一个螺距，因此，仍有fp 和f /2，所以仍是作用中径起作用，只是fp 和f /2 较小而已。我们以M206g 螺纹环规所用校对规
29、为例说明标准不完善的情况。为了简化起见，假设螺纹环规T 和Z 处于理想状况，即没有误差，尽管这不符合实际。由GB/T 39342003 或普通螺纹量规设计手册 可得TT d2=18.3125 - 0. 0 0 9 TZ d2=18.3395 - 0. 0 0 9TT 的T / 2=10，TP=0.005。取P= TP ， 由表131 可得fp=0.005 3 =0.0087取校对规左、右半角偏差均为-10，即 -1= -2= -10，由表132 知h x1= h x2=hc，TT 牙顶高 hc= P163c于是由表1-3-3 可得f / 2=0.00044P / 2=0.000442.510=
30、0.011由式（1-3-1）得TT 的作用中径估算值d2=18.3125+0.0087+0.011=18.3322TZ 的最小中径18.3305此时，用其它校对规TT 检合格的T 环规，用此TT 可能检不合格，如果再出现边牙肥大，甚至可能不能旋入。TZ 是截短牙型。查表可得，T / 2=14。TZ 与Z 环规可能在 TZ 的牙顶部分接触，见图1-4-2。取左、右半角偏差均为 14。接触牙顶高可按hc=0.1P 计算。于是，由表1-3-3， 可得f / 2=0.0047。考虑边牙和一个螺距误差，取 p=0.002 。由表1-3-1，可得p=0.0035。于是，由式（1-3-1）得TZ 作用中径估算值d2=18.3395+0.0035+0.0047 hr TZ=18.3477 18.347（T 规磨损极限）
