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螺纹知识全讲解:螺纹种类都有哪些?如何正确选择螺纹?

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导读:螺纹配件无处不在,而且种类和标准繁多,对于没有经验的人来说,螺纹的外观和性能几乎相同,无法准确辨识。掌握必要的螺纹结构和术语,便于高效地和制造伙伴沟通以获所需。螺纹种类都有哪些?如何正确选择螺纹?螺纹标注的M、G、Tr、B代表什么意思?国标、英标惠氏、美标螺纹的区别又有哪些?我们一起来看看吧。

一、螺纹简史

早在公元前4世纪,古希腊的自然学家们就学会了基本的螺旋形式,并将其应用在榨酒及榨油上,直到今天,我们也仍然在使用阿基米德螺线来取水。


图1 至今仍在使用的阿基米德螺线取水装置

到了14世纪,出现了手工制作的螺纹和螺钉。工业革命时期,比以往任何时候都更需要用螺栓将机械物件进行连接。


这些早期的螺母、螺栓和螺钉采用手工或者简易车床制作,它们在不同行业甚至同行业不同公司之间都无法互换和通用。

图2 200年前手工制作的螺纹vs现代机制螺纹

随着工业技术的不断进步,各国为了提升效率,纷纷制定了各自的统一标准及国际通用标准。目前主要有英制和公制2类螺纹计量标准,我国采用后者,使用公制mm作为螺纹的计量标识单位。

二、螺纹定义

螺纹是指以螺旋形式缠绕在圆柱体或圆锥体上制成的连续凸起的螺旋线形的脊,前者称为直螺纹,后者称为锥型螺纹。这种螺旋结构将旋转运动转换为线性运动从而实现线性移动物体。

图3 直螺纹和锥状螺纹

螺纹通过内外螺纹的连接起到紧固或传动的目的。螺纹在工件外表面的为外螺纹,如大家常见的螺栓或螺钉;在工件内部的是内螺纹,一般在需装配的零件上。

三、螺纹5大要素

完整的描述螺纹,至少应包含5个要素,即牙型+公称直径+线数+螺距(或导程)+旋向。其中牙型是决定螺纹最终用途的关键要素。

1、牙型

牙型是指螺纹的几何形状,不同牙型决定该螺纹是用于连接还是传动用途。目前常见的牙型主要有三角形、梯形、锯齿形和矩形4类螺纹牙型。

三角形螺纹主要用于连接,其余三个牙型用于动力传动。

图4 螺纹常见的4类牙型比较

三角螺纹以代号M的普通螺纹和代号G的管螺纹为主。M螺纹是最常用的连接螺纹,分为粗牙和细牙,细牙主要用在细小或薄壁零件上。管螺纹用于水管、气管等管路的连接。

梯形螺纹代号为Tr,用于各种机床丝杠的动力传动。代号B的锯齿形螺纹只能以单方向传递动力。图5是按用途和牙型的螺纹分类。

图5 螺纹的分类

2、直径

表示螺纹尺寸使用公称直径,除管螺纹是以通管的内径(英寸)为公称直径外,其他螺纹均以大径为公称直径(公制单位)。

外螺纹和内螺纹分别用大小写字母“d”和“D”来表示螺纹直径。比如外螺纹的大、中和小径就用d、d1和d2表示;内螺纹则用D、D1、D2表示。

大径是指与外螺纹牙顶或内螺纹牙底相切的假想圆柱直径;小径是外螺纹牙底或内螺纹牙顶相切的假想圆柱直径;中径是螺纹实现配合与强度的最重要参数,是在节线上齿宽与相邻齿槽宽度一致的假想圆柱直径。

图6 外螺纹和内螺纹的大、中、小径

3、线数

螺纹线数是指形成螺纹时螺旋线的条数,有单线和多线之分。单线螺纹是指沿一条螺旋线形成的螺纹,多线螺纹是沿两条或两条以上螺旋线所形成的螺纹。

图7 单线和双线螺纹

4、螺距(导程)

螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离P称为螺距;在同一条螺纹上相邻两牙在中径线上对应两点间的轴向距离Ph称为导程。

图8 螺距和导程

图9 螺纹的旋向

四、螺纹在各国的通用标准 

螺纹在各国的通行标准主要以米制单位和英寸单位的2类螺纹计量标识标准。

1、公制或国际标准螺纹

公制螺纹最初于1898年至1908年在法国中部被采用,而后在各国间广泛推广,我国采用GB公制螺纹标准。

公制螺纹代号M,适用于直径0.25mm至300毫米的工件连接,螺纹角度60°,牙顶为平面,易于车削,牙底为圆弧形,可以增加螺纹强度。公制螺纹有粗牙和细牙之分。

图10 公制螺纹标准

2、英标惠氏螺纹

起源于英国,1841年英国公民约瑟夫·惠特沃斯发明这种螺纹,故此得名。这种螺纹的螺纹角度为55°,牙顶和牙底都是圆弧形,也被称为B.S.W螺纹。

图11 英标惠氏螺纹标准

3、英标细牙螺纹

在形状上,这种螺纹类似于B.S.W螺纹,螺纹角度也是55°,但每英寸螺纹的数量更多,即螺纹厚度更薄使得抓地力更强,用于需要高强度的根部或者需要承受较大振动的零部件。

图12 英标细牙螺纹标准

4、美国标准螺纹
美标螺纹牙顶和牙底皆为平面,强度和耐应力性能较佳,螺纹角度60°,规格以每英寸几牙表示,分为粗牙(NC),细牙(NF)和特细牙(NEF)3个级别。

图13 美标螺纹标准

5、统一标准螺纹

由美国、英国和加拿大三国共同制定,为目前常用的英制螺纹。与美标螺纹相比,螺纹角度是60°,规格也以每英寸有几牙表示,同样分为粗牙(UNC),细牙(UNF)和特细牙(UNEF)3个级别。


图14 美英加拿大三国统一螺纹标准

6、德国DIN圆螺纹标准

是德国DIN所定之标准螺纹,螺纹为圆形,适用于灯泡、橡皮管的连接,螺纹代号为Rd。

图15 惠氏螺纹标准

7、梯形Tr螺纹

梯形螺纹又称爱克姆螺纹,磨损后可用螺帽调整的一类特殊传动螺纹。采用公制螺纹标准制作时的螺纹角度为30°,采用英制螺纹标准制作的螺纹角度为29°。

图16 惠氏螺纹标准

五、国标公制螺纹标识及实例  

我国GB标准规定普通螺纹标注的单位使用毫米,首字母为螺纹代号,第2位数字表示螺纹公称直径(大径),往后符号依次代表公差代号、旋合长度代号及旋向代号5部分标注。其中,细牙螺距必须标出,粗牙螺距可以省略不标出。

图17 普通螺纹的5部分标注内容

各部分代号注释:特征代号表示螺纹类型,比如M表示普通螺纹;尺寸代号表示公称直径×螺距,比如8x1表示公称直径为8,螺距为1;公差带代号由公差等级(数字)和基本偏差(外螺纹用小写字母,内螺纹用大写字母表示)所组成;旋合长度代号用代号L,N和S分别表示长,中和短,螺纹为中等旋合长度时,代号N不标注;旋向代号 左旋螺纹标注LH,右旋螺纹不标注。

实例释义:

例1:M20x1.5LH-5g6g-S 表示什么螺纹?

例2:B36x14(P7)-7H-L 是指哪类螺纹?

例3:如何表示公称直径为20,螺距为1.5的左旋单线程细牙普通螺纹?


六、螺纹定制加工方法  

螺纹可以采用数控车削,三轴联动铣削和攻丝套丝3个方法实现定制加工的目的。

方法1 数控车削

使用车刀进行数控车削加工,刀具结构简单,是最常用的单件和小批螺纹工件定制加工方法。

图18 车削螺纹定制加工

方法2 数控铣削

一般采用盘形铣刀或梳形铣刀进行铣削加工,盘形铣刀主要用于铣削丝杆、蜗杆等工件上的梯形外螺纹,而梳形铣刀用于铣削内、外普通螺纹或锥螺纹。

图19 数控铣削螺纹定制加工

方法3 攻丝和套丝

攻丝是用一定的扭距将丝锥旋入预先在工件上钻好的底孔上,从而加工成所需的内螺纹。

图20 攻丝

套丝是用板牙在棒料工件上切出外螺纹的一种成型方法。

图21 套丝

攻丝和套丝加工的精度一方面取决于丝锥或板牙精度,另一方面取决于加工经验值,很多非标小直径的内螺纹只能依靠丝锥加工。攻丝和套丝可用手工操作,也可用车床、钻床、攻丝机或套丝机。

来源:壹加工

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