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.

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:

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

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