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螺纹及螺纹标准的应用1-15


螺纹及螺纹标准的应用
螺纹的特点和用途 人类使用螺纹的历史悠久,从十八世纪末英国工业革命开始大量使用,到目前已有 200 多年的历史。 由于螺纹的结构简单、装拆方便、性能可靠且便于制造,因此螺纹的用途非常广泛,从天上的飞机到地上 的汽车以及我们每天都使用的水、煤气管都离不开螺纹,各种机电产品更是无一例外,为此机械制图还专 门规定了螺纹的画法。就螺纹的用途而言,大体上可将其划分为如下四个方面: a. 连接(紧固)螺纹; b. 传动螺纹; c. 管螺纹; d. 专门用途的螺纹; 其中管螺纹是用在管子上的连接螺纹,由于其数量比较多,又有密封等性能方面的特殊要求故专门将 其划分为一类。 螺纹件的使用数量大是螺纹的又一大特点。据不完全统计,一辆最小型的汽车,至少也有各种螺纹件 一千个以上,其中数量最大的要算螺纹紧固件了。为此世界各大工业国都组织专业化生产。 2. 螺纹标准化的主要内容 由于螺纹的用途广泛、种类繁多、数量大、对互换性要求高,因此必须对其进行标准化才能保证螺纹 副满足各种使用要求,并成为组织专业化生产的依据。螺纹标准化的主要内容和目的如下: 1)牙型和尺寸的标准化 螺纹牙型和尺寸的一致性是内、外螺纹旋合和螺纹件互换的必要条件,也是螺纹标准化的首要任务。 2)公差和配合的标准化 对螺纹公差和配合的规定是螺纹标准化的第二项重要内容,用以保证螺纹的强度和互换性能。 由于各种螺纹在机械制图中的画法都是一样的,只能通过标记才能区分不同的螺纹,所以一项完整的 螺纹标准除应包括上述内容外,还应规定该种螺纹的标记内容和标记方法,用以表达螺纹的种类和各项技 术内容。 为了能在各种技术文件中表达螺纹的种类和规格,在 GB193-81 标准中规定了普通螺纹代号。普通螺纹 的代号由螺纹种类代号 M 和公称直径 X 螺距及螺纹旋向组成。其中的种类代号 M 代表一般用途的、牙型角 为 60?的米制螺纹,具体示例如下: M 10x1 LH 左旋代号 直径 X 螺距 种类(特征)代号 a) 当螺纹为右旋时,可省去旋向代号,故多数螺纹是不注旋向的。 b) 由于每个直径只对应一个粗牙螺距, 故粗牙螺纹不再注出螺距, 但对于公称直径大于 68mm 的螺纹, 因其都是细牙故不能省去。 通过以上的省略规定,粗牙右旋螺纹的代号简化为: M 10 1. 公称直径 螺纹种类

普通螺纹
普通螺纹作为连接螺纹是各种机电产品中普遍采用的连接型式。由于它使用广泛,数量大,对互换性有

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较高的要求,标准化工作尤其重要。当前普通螺纹标准已经成为产品设计、组织专业化生产以及产品贸易 等各个环节中不可缺少的技术依据,从而受到各国的普遍关注。 普通螺纹是一个比较典型的螺纹, 普通螺纹标准全面地规定了普通螺纹的牙型、 尺寸、 公差和标记方法。 普通螺纹所涉及的许多问题都有很具有代表性,所以正确地理解普通螺纹标准中的各项规定可成为了解其 他螺纹的基础。 我国现行的普通螺纹标准等效采用了国际标准中关于米制螺纹的各项规定, 能与采用国际标准的各国标 准相通用。 1. 普通螺纹的牙型 在 GB192-81 中规定了普通螺纹的基本牙型,参看图 1。普通螺纹的基本牙型是以 60?等边三角形为基 础构成的对称牙型,在原始三角形的顶部削去 H/8 得到大径,在原始三角形的底部削去 H/4 得到小径。
P

5H 8 H/4
P/4

30° P/2

D1、d1

D2、d2

D 、d

螺纹轴线

图 1

图中:D——内螺纹大径; d——外螺纹大径; D2——内螺纹中径; d2——外螺纹中径; D1——内螺纹小径; d1——外螺纹小径; P——螺距; H——原始三角形高度。

3 H= 2 P=0.866 052 404P

H/4=0.216 506 315P

5 8 H=0.541 265 877P

H/8=0.108 253 175P

3 H=0.24 759 526P 8

2.

普通螺纹的尺寸 普通螺纹的尺寸包括直径和螺距两个尺寸,标准螺纹的直径和螺距是固定搭配的。GB193-81《普通螺 纹 直径与螺距系列》规定了普通螺纹直径和螺距的搭配关系,也称之为直径和螺距的组合。其具体规定见 表 1。 1) 直径与螺距的选择 在 GB193-81 中还规定了直径和螺距的选择顺序。标准将普通螺纹的直径分为第一、第二和第三三个系 列,使用时应优先选用第一系列,其次是第二系列,尽可能不用第三系列。每个直径都可与多个螺距组合 使用,由螺距决定螺牙的大小。标准将螺距分为粗牙和细牙两种,粗牙是每个直径所对应的众多螺距中尺 寸最大的一个,所以每个直径只有一个粗牙螺纹。粗牙螺纹的直径和螺距的比例适中,螺牙的强度好,一 般情况下均应使用粗牙螺纹;当直径尺寸较大、薄壁零件(牙的高度受到限制) 、轴向尺寸受到限制(螺纹 的扣数不能太少)的场合应使用细牙螺纹。为了提高螺距的标准化程度,在标准中尽量不用粗黑线右下方

2

H

60°

3 8H
90 °

H/8

P/8

所列的螺距,以便使所生产的螺距尺寸更为集中。标准中还规定对于公称直径 150~300mm 的螺纹,若需使 用比 P=6mm 再大的螺距时,应优先选用 P=8mm 者。

表 mm
公称直径
第一系列
1 1.1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 6 7 8 9 10 11 12 14 15 16 17 18 20 22 24 25 26 27 28 30 32 33 35** 36 38 39 40 42 45 48 50 52 55 56 58 60 (5.5) 5.5 5 (4) (4) 4 (4) 4 4.5 4.5 5 (4) (4) (4) 4 3 (3) 3 3 3 (3) 3 (3) 3 (3) 3 2 (2) 2 2 2 (2) 2 2 2 2 2 4 3 2 3.5 (3) 3.5 (3) 3 2 2 2 2 2 2.5 2.5 2.5 3 2 2 2 2 2 2 1 1 1.25 (1.25 ) 1.5 (1.5) 1.75 2

1


螺 距
1.25


P











D、d
第三系列 粗牙
0.25 0.25 0.25 0.3 0.35 0.35 0.4 0.45 0.45 0.5 (0.6) 0.7 (0.75 ) 0.8 4 3 2

第二系列


1.5 1


0.75 0.5 0.35 0.25 .0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2 0.2

0.25 0.25 0.35 0.35 0.35 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5

1 1 1.25 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.5 1.25 1.25* 1 1 1 1 (1 ) 1 (1 ) 1 1 1 1 (1 ) 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75 0.75

0.75

0.5

0.75 0.75 0.75 0.75

0.5 0.5 0.5

0.75 0.75 0.75

3

62 64 65 68 6 6

(4) 4 (4) 4

(3) 3 (3) 3

2 2 2 2

1.5 1.5 1.5 1.5

1 1

* *

M14X1.25 仅用于火花塞; * M35X1.5 仅用于滚动轴承的锁紧螺母。

2)

螺纹精度的划分及其选用 螺纹精度是代表螺纹质量的综合指标,由该螺纹旋合长度组所对应的公差等级来评定。同精度的螺纹 其加工的难易程度是相当的。为做到工艺等价,往往对长螺纹规定较大的公差值,于是就可能出现同精度 的螺纹,由于旋合长度不同而具有不同的公差等级。单纯根据公差值大小来判断螺纹精度级别的做法是片 面的,因为公差等级和精度级别是两个不同的概念。 (1)螺纹精度的划分及适用场合 普通螺纹分为精密级、中等级和粗糙级三个精度级别。 精密级螺纹用于要求配合性质相对稳定的情况; 中等精度的螺纹用于一般情况; 粗糙级螺纹用于要求不高或加工困难的场合。 螺纹公差带的选用种格规格,应尽可能在标准规定的选用公差带表中选取所需的公差带,内、外螺纹 的选用公差带见表 2 和表 3。 这样的规定可传产品所用的公差带集中于表中规定的范围, 生产厂将按表中的 选择顺序组织生产,使用者则可方便的在市场上买到所需的螺纹紧固件或其工、量具。 表 2 内螺纹的选用公差带
G 精度 S 精密 中等 粗糙 (5G) (6G) (7G) (7G) N L S 4H N 4H5H
*6H

位 置

H

位 置 L 5H6H

*5H

*7H

7H

表 3 外螺纹的选用公差带
e 位置 精度 S 精密 中等 粗糙
注:①带方框的公差带为大量生产的商品紧固件的公差带; ②带*号者为第一选择,其次为不带*号者,带括号者为第三选择。

f 位置 L S N L S

g 位置 N L S (3h4h)

h 位置 N L (5h4h) (7h6h)

N

*4h
h6*
(8h)

*6e

*6f

(5g 6g)

*6g
8g

(7g6g)

(5h6h)

表中螺纹精度、旋合长度和公差带的位置充分地体现了三者之间的关系。在同一精度中,以中等长度 所具有的公差带为中心, 旋合长度增大时公差等级将降低 (即公差值加大) 旋合长度减少时公差等级提高, ; 例如表 2 所示中等长度的 7H 公差带为粗糙级螺纹,而长组螺纹的公差带仍为 7H 时则为中等精度的螺纹。 (2)螺纹副的组成 在选用表中规定的内、外螺纹组成配合时不受双方精度级别高低的限制,可以选取表中规定的任何公 差带组成螺纹副,其首要的目标是满足产品的性能要求。另外为了保证内、外螺纹配合时螺纹牙有足够的 接触高度,必须注意完工后的螺纹最好组成 H/g、G/h 或 H/h。对于公称直径 1.4mm 或更小的螺纹,不但公 差带位置有所限制,公差等级也不能太低,因为公差值大也会影响接触高度。对这样小的螺纹,强度是致 关重要的,至少应该采用 5H/6h 或更精密的螺纹。

管螺纹
1. 概述
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管螺纹是连接螺纹的一种,由于它被加工在管子上,专门用于管路连接,所以叫做管螺纹。管螺纹的 使用很广泛,特别是中小尺寸的管路连接。从机械、交通、石油、化工直到日常生活中最常用的水、煤气 管路都离不开管螺纹,在国内的用量仅次于普通螺纹,组织有专业化生产,还有相当数量的出口。将国内、 外现有的管螺纹归纳起来,大体可分为三大体系,它们是起源于英国的惠氏管螺纹(牙型角为 55?,尺寸单 位为英寸) ,来源于美国的布氏管螺纹(牙型角为 60?,尺寸单位为英寸)及牙型角为 60?的米制锥螺纹, 在我国惠氏管螺纹主要用于水、煤气管路及其他中、低压管路系统。在机械行业的汽车、飞机、汽轮机等 行业较多地使用了布氏管螺纹中的锥螺纹,所以通常称为“布氏锥螺纹” 。至于米制锥螺纹虽然在性能上一 点也不差,还有加工方便、能与普通螺纹组成配合等优点,但是由于历史的原因目前在各国的使用还不够 普遍。下面将结合国标分别介绍上述各类管螺纹标准的情况。 2. 牙型角为 55?的管螺纹 除美国外世界各国普遍用惠氏管螺纹, 故这种螺纹订有国际标准 ISO7 和 ISO228, 它是由国际标准化组 织第五技术委员会 ISO/TC5“金属管及附件”技术委员会从 1952 年开始以英国标准为基础制订的。该标准 一经颁布后得到了世界绝大多数国家的认可。目前的国际标准 ISO 7/1-1982 和 ISO 228/1-1982 是经过多 次修订的结果。比起最初的标准已经大大地完善了,世界各国采用 ISO 标准制订的国家标准号列于下表 4。 表 4 采用 ISO 管螺纹的各国标准号 标准名称 国际标准 英国标准 德国标准 法国标准 日本标准 苏联标准 中国标准 用螺纹密封的管螺纹 ISO 7/1-1982 BS 21 DIN 2999 NF E03-004 JIS B0203 г OCT 6211 GB 7306 非螺纹密封的管螺纹 ISO 228/1-1982 BS 2779 DIN 259 NF E03-005 JIS B0202 г OCT 6357 GB 7307

美国的普通螺纹和管螺纹均使用牙型角为 60?的英寸制螺纹。所以各大工业国中只有美国没有采纳国际 标准规定的惠氏管螺纹。美国的管螺纹标准号为 ANSI/ASME B1.20.1 -1983,该标准也包括有用螺纹密封和非 螺纹密封两种不同性能的管螺纹,统称为“一般用途管螺纹” 。美国的这种管螺纹密封虽然没有被国际标准 所采纳,但是对世界各国产品的影响还是很大的。就我们目前所知,法国和俄罗斯都采用美国管螺纹中的锥 螺纹部分制订了各自的国家标准。 由于世界上几乎所有的国家都使用英寸制管螺纹(包括 55?和 60?牙型角) ,做为米制国家的我国对这 件事是很不情愿的,总希望能用米制螺纹来代替,因此终于在 1978 年颁布了国家标准“米制锥螺纹” 。虽 说该螺纹结构和性能上都无可非议,但在历史形成的现实面前,还不可能用它完全代替英寸制管螺纹。上 述做法和考虑使我国多年来大量使用的英寸制管螺纹件处于无章可循的状态,结果给生产和使用带来很多 不良后果,目前国内的管螺纹质量参差不齐、三漏现象严重,不能说与建国后始终没有颁布英寸制管螺纹 标准无关。近年来我们终于正视了这一现实,决定根据实际需要制订行之有效的管螺纹标准。并于 1987 年 颁布了 GB 7306-87《用螺纹密封的管螺纹》和 GB 7307-87《非螺纹密封的管螺纹》两项管螺纹标准,1991 年又颁布了 GB/T 12716-91《60?圆锥管螺纹》用以满足广大用户的使用要求。 1) 管螺纹术语及基本概念 搞清管螺纹的术语及其定义是正确建立管螺纹基本概念的重要过程,先将管螺纹国标中出现的术语及 定义列于表 5 并参见图 2,然后对其中难于理解和容易混淆的术语和概念进行必要的解释。

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序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

术 语 基准直径 基准平面 (简称:基面) 基准距离 (简称:基距) 完整螺纹 不完整螺纹 螺 尾 有效螺纹 装配余量 旋紧余量

表 5 管螺纹术语 定 义 内螺纹或外螺纹的基本大径 垂直于轴线,具有基准直径的平面 注:在理论上,内螺纹是大端平面,外螺纹是 到小端距离等于基准距离的平面 从基准平面到外螺纹小端的距离 牙顶和牙底均具有完整形状的螺纹。 注:当螺纹的始端,例角长度不超过一个螺距 时,它包括在完整螺纹长度内 牙底完整而牙顶不完整的螺纹 牙底不完整的螺纹 由完整螺纹和不完整螺纹组成,不包括螺尾 在外螺纹基准平面之后的有效螺纹长度,它提 供了与最小实体状态下的内螺纹配合时的余量 内、外螺纹用手旋合后的有效螺纹长度,它提 供了最小实体状态下,内螺纹手旋合后的旋紧量
有效螺纹 完整螺纹 不完整螺纹 螺尾

英文译名 guage diameter guage plane guage length complete thread incomplete thread washout thread useful thread fitting allowance wrenching allowance

基准直径

基准平面

用手旋合时内螺纹到达的 最远允许位置

基准距离

与内螺纹上 偏差相等的 允许量

旋紧余量

装配余量 图 2

(1)公称直径和尺寸代号 普通螺纹的公称直径是内、外螺纹大径的基本尺寸,例如 M6 就表示其大径的尺寸是 6mm,并且普通螺纹的 尺寸系列就是以公称直径来排列的。但是并不是所有螺纹的公称直径都等于螺纹大径的基本尺寸。比如, 管螺纹的公称直径就不是螺纹本身的直径尺寸,而是该螺纹所在的管子的公称通径(一般来说是管子的内 径) ,它表明该螺纹是做在公称通径为某个尺寸的管子上,以前国内外的管件尺寸多是英寸制的,所以管螺 纹的公称直径也是英寸制的。近年来随着国际单位制的贯彻,国际标准已将 ISO 管螺纹的尺寸表全部改用 毫米单位来表示,这是应该的。但是这样一来原有以英寸制为单位的公称直径的数值就不再是任何尺寸数

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值。国际标准和新国标考虑到管螺纹多年来的使用习惯,将原有以英寸为单位时公称直径的写法保留下来, 并将表中这一栏目的名称改为“尺寸代号”“尺寸代号”这一称呼使这一栏目的内容更加明确,它可以提 。 醒人们更加注意它不是管螺纹本身的真实尺寸。 (2)完整螺纹、不完整螺纹和螺尾 对于完整螺纹,其牙顶和牙底的形状都是完整的,仅牙底完整而牙顶不完整的螺纹叫做不完整螺纹。具 有完整牙底的螺纹在内、外螺纹装配时都能旋入,凡是牙底不完整的螺纹,装配时将不能旋合。在螺纹加工 过程中由于退刀而形成的牙底不完整的螺纹叫做螺尾,不仅锥螺纹有螺尾,包括普通螺纹在内的其他螺纹也 有螺尾。 (3)有效螺纹和有效螺纹长度 完整螺纹和不完整螺纹都是能旋合的螺纹,在螺纹联结中起作用,所以统称它们为有效螺纹。由于不能 旋入的螺尾在螺纹联结中不起作用,因而不能算是有效螺纹。 完整螺纹和不完整螺纹的总长度称为有效螺纹长度,一般来说标准中规定出有效螺纹长度的最小值。以 保证内、外螺纹在装配时足够使用。所以有效螺纹长度的最小值也被视为锥螺纹的基本尺寸。 (4)用螺纹密封、非螺纹密封及干密封 用螺纹密封是说内、外螺纹配合后螺纹体本身具有密封能力的结构形式,例如圆柱内螺纹与圆锥外螺纹 或圆锥外螺纹与圆锥内螺纹的配合 都能达到一定的密封压力,密封能力的好坏与螺纹牙的形状、尺寸和材料 等多方因素有关,为了提高其密封能力,一般情况下允许加入密封填料。 非螺纹密封是指内、外螺纹配合后螺纹本身不具有密封能力。例如圆柱内螺纹与圆柱外螺纹最小间隙为 零的配合方式就不具有密封性。在这种情况下,若要实现密封必须在螺纹副之外采取其他的手段。 干密封是指不允许在螺纹副内加入密封剂的用螺纹密封的管螺纹。由于不能加密封填料,就必须靠螺纹 本身的材料来实现全牙型的无间隙配合。因此对这种螺纹的各项几何参数的要求需比较严格,制造起来更为 困难,所以在一般情况下不主张使用干密封螺纹。只有在管路中的气体或液体有可能与密封填料产生化学变 化或工作温度过高密封填料本身会起变化时才采用干密封的螺纹体。 2)GB 7306-87《用螺纹密封的管螺纹》 该标准规定了螺纹副本身具有密封性能的、牙型角为 55°的管螺纹的牙型、尺寸公差和标记方法。该标 准与国际标准 ISO 7/1-1982 等效。 (1)配合方式及应用场合 GB 7306-87 包括了圆柱内螺纹和圆锥外螺纹及圆锥内螺纹和圆锥外螺纹两种配合方式。这两种配合方 式的螺纹副,其本身都具有一定的密封能力,并且允许在螺纹副内加入密封填料用以增强密封性。适用于管 子、管接头、旋塞等零件。 虽然这两种配合方式都具有密封能力,但是它们还是有区别的。如果将它们进行比较,前者是靠圆柱内 螺纹与圆锥外螺纹在二者中径尺寸相等处形成一个密封环来进行密封的,这一环的形成并不十分困难,因而 使用起来很方便。被大量地用于各种低压、静载荷的场合,水、煤气管路系统中的绝大部分接头都采用了这 种结构,后者是靠圆锥内螺纹和圆锥外螺纹的锥面密合来完成密封的,这就要求内、外螺纹的锥面配合很符 贴,只有在内、外螺纹的锥度,圆度等形状误差和牙的位置误差(牙型和螺距)都比较小的情况下才会实现, 否则就会因某种缝隙而产生泄漏。可见锥面的密封比前者困难得多,但是一但实现则比较可靠,因此可用在 高压、变载荷的情况。两种配合方式的密封位置可参看图 3。

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内锥/外锥的配合 内柱/外锥的配合

图 3 两种配合方式

由于该螺纹的尺寸来源于英国标准,故多年来一直沿用英寸制,随着国际单位制的贯彻,现已将全部的 尺寸折算为毫米,所以各直径的基本尺寸都是很不整齐的数值,使用中只能查表,锥螺纹的大、中、小径均 在基面上给出,与圆锥外螺纹配合的圆柱内螺纹的基本尺寸与锥螺纹基面上的尺寸相同。 现将圆锥管螺纹各要素的名称和代号列出如下: D——内螺纹大径; d——外螺纹大径; D2——内螺纹中径; d 2——外螺纹中径; D1——内螺纹小径; d 1——外螺纹小径; P——螺距; H——原始三角形高度; h——牙型高度; r——圆弧半径; n——每 25.4mm 内的螺纹牙数; T1——基准距离的公差; T2——圆锥内螺纹基准平面的轴向位移公差。 基本尺寸的计算式如下: d 2 = D2 = d – 0.640327 P; d 1 = D1 = d – 1.280654 P。 用螺纹密封的管螺纹的基本尺寸规定于表 6。 表 6 螺纹的基本尺寸 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 尺 寸 代 号 1/16 1/8 1/4 3/8 1/2 3/4 1 1? 1? 2 2? 3 3?* 4 5 6 每 25.4mm 内的牙数 n 28 28 19 19 14 14 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11 螺 距 P mm 0.907 0.907 1.337 1.337 1.814 1.814 2.309 2.309 2.309 2.309 2.309 2.309 2.309 2.309 2.309 2.309 牙 高 h mm 0.581 0.581 0.856 0.856 1.162 1.162 1.479 1.479 1.479 1.479 1.479 1.479 1.479 1.479 1.479 1.479 圆弧半径 r≈ mm 0.125 0.125 0.184 0.184 0.249 0.249 0.317 0.317 0.317 0.317 0.317 0.317 0.317 0.317 0.317 0.317 基面上的基本直径 大 径 (基准直径) d=D mm 7.723 9.728 13.157 16.662 20.955 26.441 33.249 41.910 47.803 59.614 75.184 87.884 100.330 114.030 138.430 163.830 中 径 d2=D2 mm 7.142 9.147 12.301 15.806 19.793 25.279 31.770 40.431 46.324 58.135 73.705 86.405 98.851 111.551 136.951 162.351 小 径 d1=D1 mm 6.561 8.566 11.445 14.950 18.631 24.117 30.291 38.952 44.845 56.656 72.226 84.926 97.372 110.072 135.472 160.932 基准 距离 mm 4.0 4.0 6.0 6.4 8.2 9.5 10.4 12.7 12.7 15.9 17.5 20.6 22.2 25.4 28.6 28.6 有效螺 纹长度 mm 6.5 6.5 9.7 10.1 13.2 14.5 16.8 19.1 19.1 23.4 26.7 29.8 31.4 35.8 40.1 40.1

*尺寸代号为 3? 的螺纹,限用于蒸汽机车。

8

(2)关于公差的规定 圆锥管螺纹实际上只有一项公差,那就是内、外螺纹基准平面的轴向位置的公差。通过对基面轴向位移 量的公差综合地控制其他各单项要素,如直径、螺距、半角和锥度等。之所以能这样做的原因在于锥螺纹在 轴向不同位置上的不同截面具有的直径尺寸。如果制造上有误差,那么在规定为基准平面位置处,截面上的 大径就不等于基准直径,所以该截面也就不再是基准平面。但是根据定义在该螺纹的轴线上总能找到一个大 径等于基准直径的平面。这个平面正是该螺纹的基准平面,它并不在规定的轴向位置上,该位置与规定位置 的距离就是由于制造误差所产生的基面位置的轴向位移量。现在我们给基准平面的轴向位移量规定出一个公 差就相当于锥螺纹直径尺寸的公差。由于锥螺纹的锥度比为 1:16,直径尺寸与位移量的比也为 1:16,即直 1 径公差是位移量公差的 16 。根据内、外螺纹的具体情况,标准中对它们设置了不同的公差项目。 ? 1 圆锥外螺纹的公差:在标准中圆锥外螺纹的公差是通过规定基准距离的极限偏差(±T1/2)给定 的。因为对圆锥外螺纹来说基准平面的理论位置是在距离外螺纹小端长度等于“基准距离”的地方。当螺纹 有误差时,基准平面到小庙的距离则不再等于基准距离,所以规定外螺纹基准距离的变动量就相当于规定外 螺纹基准平面的轴向位移量。 ? 2 圆锥内螺纹的公差:圆锥内螺纹基准平面的规定位置是内螺纹的大端平面,标准中直接列出了内 螺纹基面轴向位移的极限偏差(±T2 /2) ,值得注意的是,当内螺纹的直径尺寸做小了的时候,内螺纹的基准 平面就处在该螺纹件的实体之外,成为假想的。 ? 3 与圆锥外螺纹配合的圆柱内螺纹的公差:圆柱螺纹的直径尺寸不可能通过借助轴向变动量来表 示,为了使圆柱内螺纹与圆锥内螺纹具有同等精度,标准中规定圆柱内螺纹的直径公差值是本标准圆锥内螺 1 纹轴向位移公差的 16 .。 标准规定的各项具体公差值见表 7。 表 1 2 每 25.4 mm 内的 牙数 n 3 4 基准距离 极限偏差 ±T1/2 ≈ mm 0.9 0.9 1.3 1.3 1.8 1.8 2.3 2.3 2.3 2.3 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 圈数 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1? 1? 1? 1? 1? 1? 最 大 mm 4.9 4.9 7.3 7.7 10.0 11.3 12.7 15.0 15.0 18.2 21.0 24.1 25.7 28.9 32.1 32.1 5 7 螺纹公差 6 7 圆锥内螺纹基 面轴向位移的 极限偏差 ±T2/2 最 小 mm 3.1 3.1 4.7 5.1 6.4 7.7 8.1 10.4 10.4 13.6 14.0 17.1 18.7 21.9 25.1 25.1 ≈ mm 1.1 1.1 1.7 1.7 2.3 2.3 2.9 2.9 2.9 2.9 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 3.5 圈数 1? 1? 1? 1? 1? 1? 1? 1? 1? 1? 1? 1? 1? 1? 1? 1? 8 9 10 11

有效螺纹长度不小于 装配余量 基 本 ≈ mm 2.5 2.5 3.7 3.7 5.0 5.0 6.4 6.4 6.4 7.5 9.2 9.2 9.2 10.4 11.5 11.5 圈数 2? 2? 2? 2? 2? 2? 2? 2? 2? 3? 4 4 4 4? 5 5 mm 最 大 mm 最 小 mm

尺寸 代号

基 本 mm

1/16 1/8 1/4 3/8 1/2 3/4 1 1? 1? 2 2? 3 3? 4 5 6

28 28 19 19 14 14 11 11 11 11 11 11 11 11 11 11

4.0 4.0 6.0 3.4 8.2 9.5 10.4 12.7 12.7 15.9 17.5 20.6 22.2 25.4 28.6 28.6

6.5 6.5 9.7 10.1 13.2 14.5 16.8 19.1 19.1 23.4 26.7 29.8 31.4 35.8 40.1 40.1

7.4 7.4 11.0 11.4 15.0 16.3 19.1 21.4 21.4 25.7 30.2 33.3 34.9 39.3 43.6 43.6

5.6 5.6 8.4 8.8 11.4 12.7 14.5 16.8 16.8 21.1 23.2 26.3 37.9 32.3 36.6 36.6

9

*内、外螺纹有效螺纹长度的最小值=基准距离+装配余量。第 9、10、11 栏的数值是相对三种基准距离而规定的有 效螺纹长度的最小值。为了容纳外螺纹,当内螺纹的有效螺纹长度小于第 10 栏的数值时,内螺纹的有效螺纹长 度应不小于外螺纹的有效螺纹长度。 **尺寸代号为 3?的螺纹,限用于蒸汽机车。

3)55°管螺纹的标记方法 GB 7306-87 和 GB7307-87 两项标准中对各种管螺纹的标记规定如下: 圆锥内螺纹:Re1/2 圆锥外螺纹:R1/2 与圆锥外螺纹配合的圆柱内螺纹:Rp1/2 A 级圆柱外螺纹:G1/2A B 级圆柱外螺纹:G1/2B 与圆柱外螺纹配合的圆柱内螺纹 G1/2 如果螺纹为左旋,则应在尺寸代号之后加注“LH” 。 其标记示例如下: Rp 1? — LH 左旋代号 尺寸代号 螺纹特征代号 如果是螺纹副,用分子代表内螺纹,分母代表外螺纹,如: Rp 1? / R 1? 圆锥外螺纹 圆锥内螺纹 4)使用 55°管螺纹的注意事项 (1)必须注意区分 GB 7306 和 GB 7307 两个标准中的圆柱内螺纹,这是因为二者的公差带不同, 不能互换的原故。它们的公差带如图 4 所示:

0

0

GB 7307

GB7307的 圆柱内螺纹

GB 7306的 圆柱内螺纹

图 4
由图可知 GB 7307 的内、外螺纹配合后的最小间隙为零,是能够旋合的。但 GB 7307 的外螺纹与 GB7306 的内螺纹配合时则有可能发生干涉而不能旋合。 5)GB 7307-87 标准附录的适用场合。 “非螺纹密封的管螺纹” 标准的附录 A 为参考件, 它列出公差等级代号为 D 的圆柱内螺纹的公差数值表, 其值相当于普通螺纹的 6H 级,推荐用于非螺纹密封的低压管路系统,此时该螺纹只起机械连接作用,因而 该公差值是足够的,由于标准正文中规定的圆柱内螺纹的精度较高,相当于普通螺纹的 5H 级公差带,对于 某些条件差的工厂来说还比较困难,所以建议在目前阶段以此做为整顿生产水、煤气管件的中、小企业的起 始点。有条件的企业不应再使用附录中列出的公差。 3.60°圆锥管螺纹

10

国家标准 GB/T12716-91《60°圆锥管螺纹》规定了牙型角为 60°、锥度为 1:16、尺寸单位为由英寸制 转化为米制的圆锥管螺纹,标准中只规定了内、外螺纹均为圆锥螺纹的一种配合方式,配合后的螺纹副自身 具有密封能力,使用中允许加入密封填料。该标准所规定的锥螺纹与美国标准 ANSI B1.20.1-1983《一般用途 管螺纹》中的相应部分等效。用于一般用途的管螺纹连接。现将与美国标准中的不同代号列于表 8。 表 8 中、美代号的对比
序号 1 2 3 4 5 6 美国 ANSI D:管子外径 d:管子外径 Dx:某一特定平面内的螺纹大径(内、外螺纹代号无区别) x = 0、1、2、?? Ex:某一特定平面内的螺纹中径(内、外螺纹代号无区别 x = 0、1、2、?? Kx:某一特定平面内的螺纹小径(内、外螺纹代号无区别) x = 0、1、2、?? P:测量修正系数 中国 GB D:某一平面内的内螺纹大径 d:某一平面内的外螺纹大径 D1:某一平面内的内螺纹小径 D2:某一平面内的外螺纹中径 D2:某一平面内的内螺纹中径 d2:某一平面内的外螺纹中径 D1:某一平面内的内螺纹小径 d1:某一平面内的外螺纹小径 P:螺距

1) 60°圆锥管螺纹的牙型 60°圆锥管螺纹的牙型如图 5 所示。
P

30° 30°
H

h 2 h

90°

1°47′

16

螺纹轴线

90°

1:16

图 5 圆锥螺纹基本牙型
螺纹牙型中的尺寸按下列公式计算,具体数值见表 9。 P=25.4/n; H=0.866 025 P; h=0.800 000 P; f=0.033 P; 表 9 螺纹牙型尺寸 每 25.4mm 内的 螺纹牙数 n 27 18 14 11.5 8 螺距 P mm 0.941 1.411 1.814 2.209 3.175 原始三角形高度 H mm 0.815 1.222 1.571 1.913 2.750
11

牙型高度 h mm 0.753 1.129 1.451 1.767 2.540

从图和表得知,该牙型的突出特征为:牙型角为 60°的对称螺纹。其角平分线垂直于螺纹轴线、螺纹的 锥度为 1:16、牙顶和牙底的削平高度均为 0.033P,该削平量表明其牙型较尖,会给加工带来一定困难,但 由于牙尖与否对密封性能没有明显的影响,所以在加工中对牙尖的要求不严格。 2) 基本尺寸及公差 圆锥管螺纹的基本尺寸列于表 10,其中内、外螺纹的有效螺纹长度不得小于表中基准距离与装配余量 之和。 表 10 60°圆锥管螺纹的基本尺寸
每 25.4 mm 内的螺纹牙 数 n 27 27 18 18 14 14 11.5 11.5 11.5 11.5 8 8 8 8 8 8 8 8 8 基面上的基本直径 大 径 中 径 (基准直径) d2=D2 d=D mm mm 7.895 7.142 10.242 9.489 13.616 12.487 17.055 15.926 21.223 19.772 26.568 25.117 33.228 31.461 41.985 40.218 48.054 46.287 60.092 58.325 72.699 70.159 88.608 86.068 101.316 98.776 113.973 111.433 140.952 138.412 167.792 165.252 218.441 215.901 272.312 269.772 323.032 320.492

螺纹的 尺 寸 代 号 1/16 1/8 1/4 3/8 1/2 3/4 1 1? 1? 2 2? 3 3? 4 5 6 8 10 12

小 径 d1=D1 mm 6.389 8.736 11.358 14.797 18.321 23.666 29.461 39.451 44.520 56.558 67.619 83.528 96.236 108.893 135.872 162.712 213.361 267.232 317.952

基准距离 L1 mm 4.064 4.102 5.786 6.096 8.128 8.611 10.160 10.668 10.668 11.074 17.323 19.456 20.853 21.438 23.800 24.333 27.000 30.734 34.644 牙数 4.32 4.36 4.10 4.32 4.43 4.75 4.60 4.83 4.83 5.01 5.46 6.13 6.57 6.75 7.50 7.66 8.50 9.68 10.88

装配余量 L2 mm 2.822 2.822 4.234 4.234 5.443 5.443 6.627 6.627 6.627 6.627 6.350 6.350 6.350 6.350 6.350 6.350 6.350 6.350 6.350 牙数 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 2 2 2 2 2 2 2 2 2

3)60°圆锥管螺纹的标记 60°圆锥管螺纹的完整标记由螺纹种类代号、尺寸代号和旋向代号组成。当螺纹为左旋时需标记其旋 向,其标记示例如下:

NPT 3/8 -LH
左旋代号 尺寸代号 种类代号

该标记中的螺纹种类代号直接引用了美国标准圆锥管螺纹的代号。这样就非常直观,会给使用带来方 便,但它又与美国标准规定的标记方法不同,美国标准规定的标记示例如下:

3/8 -18-NPT
种类代号 每英寸内的牙数 尺寸代号

美国标准将螺纹的种类代号放在最后,并且在尺寸代号后又注出了相当于螺距的牙数。因为每个直径 只对应一种牙数,我国将其省去。
12

我国的标记方法符合我国螺纹一贯的标记规律,又能很好的表达该螺纹的有关情况,受到使用者的欢 迎。据目前了解,法国等国也是类似的做法。另外该螺纹在我国曾使用代号 Z,今后不再使用。 4) 关于标准的其他附录 除了附录 A 和附录 B,该标准还有 C、D、E、F 四个附录,除了附录 F 是 NPT 管螺纹的英寸尺寸表之 外,C、D、E 三个附录中给出的尺寸表均对使用者,尤其是不熟悉的加工者有所帮助,与附录 A 和 B 不同 的是它们都是参考件,现将这些附录给出的数据列于表 11、12 和表 13。 表 11 大尺寸圆锥管螺纹的基本尺寸
基面上的基本直径 大 径 中 径 (基准直径) d2=D2 d=D mm mm 354.904 352.364 405.784 403.244 456.565 454.025 507.246 504.706 608.068 606.068

螺纹的 尺 寸 代 号 14 16 18 20 24 OD OD OD OD OD

每 25.4 mm 为 的螺纹牙数 n 8 8 8 8 8

小 径 d1=D1 mm 349.824 400.704 451.485 502.166 603.528

基准距离 L1 mm 39.675 46.025 50.800 53.975 60.325 牙数 12.50 14.50 16.00 17.00 19.00

装配余量 L2 mm 6.350 6.350 6.350 6.350 6.350 牙数 2 2 2 2 2

注: “OD”为原文“outside diameter” (管子外径)的缩写。 表 12 螺纹的尺寸代号 管子外径 mm 7.938 10.287 13.716 17.145 21.336 26.670 33.401 42.164 48.260 60.325 73.025 88.900 101.600 114.300 141.300 168.275 219.075 273.050 323.850 355.600 406.400 457.200 508.000 609.600 圆锥管螺纹的参考尺寸 有效外螺纹的长度” L2 mm 6.632 6.703 10.206 10.356 13.556 13.861 17.343 17.953 18.377 19.215 28.892 30.480 31.750 33.020 35.720 38.418 43.498 48.895 53.975 57.150 62.230 67.310 72.390 82.550 螺尾 V mm 3.264 3.264 4.897 6.294 6.294 6.294 7.663 7.663 7.663 7.663 11.016 11.016 11.016 11.016 11.016 11.016 11.016 11.016 11.016 11.016 11.016 11.016 11.016 11.016 完整外螺纹长度 L5 mm 4.750 4.821 7.384 9.928 9.928 10.233 12.925 13.535 13.959 14.797 22.542 24.130 25.400 26.670 29.370 32.068 37.148 42.545 47.625 50.800 55.880 60.960 66.040 76.200

1/16 1/8 1/4 3/8 1/2 3/4 1 1? ? 2 2? 3 3? 4 5 6 8 10 12 14 OD 16 OD 18 OD 20 OD 24 OD 注:1)本表中 1/16、1/8、1/2、3/4 小尺寸螺纹的有效螺纹长度 L2 略小于标准正文中的 L1+L3,不影响 使用。

13



13
大 径 D=d mm

在圆锥外螺纹小端面处的螺纹直径 中径
D2=d2 mm

螺纹的尺寸代号

小径
D1=d1 mm

1/16 7.641 6.888 6.135 1/8 9.986 9.233 8.480 1/4 13.255 12.126 10.997 3/8 16.674 15.545 14.416 1/2 20.715 19.264 17.813 3/4 26.030 24.579 23.128 1 32.593 30.826 29.259 1? 41.318 39.551 37.784 1? 47.388 45.621 43.854 2 59.400 57.633 55.866 2? 71.616 69.076 66.535 3 87.392 84.852 82.312 3? 100.012 97.472 94.932 4 112.633 110.093 107.553 5 139.464 136.924 134.384 6 166.271 163.731 161.191 8 216.753 214.213 211.673 10 270.391 267.851 265.311 12 320.873 318.333 315.793 14 OD 352.425 349.885 347.345 16 OD 402.907 400.367 397.827 18 OD 453.390 450.850 448.310 20 OD 503.872 501.332 498.792 24 OD 604.838 602.298 599.758 5) 美国一般用途管螺纹的种类和代号 由于 GB/T 12716-91《60°圆锥管螺纹》是参照美国标准 ANSI B1.20.1-83《一般用途管螺纹》中的 NPT 螺纹制订的,现将该标准中所有管螺纹的性能、用途和代号列于表 14 使国内广大技术人员对美国标准 规定的管螺纹有一个全面的了解,以便对消化引进技术资料有所帮助。 表 14 标准号 性能 密封 联结 美国一般用途管螺纹的用途和代号

用 途 内锥 外锥 内柱 外柱 NPT NPT 普通用途(管子和附件) — — ANSI NPT NPSC 低压管接头联结 — — B1.20.1 NPTR NPTR 代替 钢轨联结 — — 机械 ASA NPSM NPSM 设备的自由配合接头 — — 联结 B2.1 NPSL NPSL 带锁紧螺母的松配合接头 — — 4. 影响管螺纹密封性能的因素分析 1) 配合方式的区别 试验结果表明,圆柱内螺纹/圆锥外螺纹组成的螺纹副较圆锥内螺纹/圆锥外螺纹组成的螺纹副更容易实 现密封。分析认为前者在内柱螺纹的一端与外锥螺纹的大端接触,扭紧后在一环上形成密合,由于扭紧力 矩集中于内、外螺纹的一环上,使之外于过盈状态并产生变形是易于实现密封的重要原因。相反圆锥内螺 纹/圆锥外螺纹所形成的螺纹副需要在整个锥面上构成密合是比较困难的,因为内、外锥面的密合还受到圆
14

锥多种形状误差的影响,如圆锥素线的直线度误差,圆锥的圆度误差等。在此之前国内曾有人认为:内锥/ 外锥的配合肯定优于内柱/外锥的配合。现在看来这种认识是过于片面了,应该说这两种配合各有千秋。上 述结论使我们理解了德国和法国标准只规定,内柱/外锥一种配合的道理。与此同时我们也认为内柱/外锥配 合在承受变载荷的情况下不如内锥/外锥配合牢固。因此在我国标准中同时列入了国际标准中规定的两种配 合,提供使用者根据具体情况自行选取。 2) 牙顶和牙底形状的影响 在国际标准的牙型图上规定的牙顶和牙底都是圆弧形的, 其圆弧半径 r=0.137 278P (圆锥) 0.137 329P 和 (圆柱) 国内曾有人强调圆弧牙型对配合和密封均有好处, 。 若真如此就应该在标准中明确规定, 认真对待。 为证实牙顶和牙底圆弧形的作用,在试验中分别对牙底和牙顶均为圆弧的配合,牙顶和牙底均为削平的配 合以及牙顶削平、牙底为圆弧或相反情况的各种配合进行了对比试验。试验结果表明牙顶和牙底的形状如 何对螺纹副的密封没有明显的影响,因此决定在标准的执行中不必对螺纹的牙顶和牙底的形状做严格的控 制,而是由刀具来保证,并且不进行专门的检验。 3) 材料硬度对密封性的影响 由于螺纹的密封依赖于螺纹材料的变形,所以,内、外螺纹最好采用不同硬度的材料,以便使其中较软 的一方更易于变形。试验中钢与铸铁的配合明显的优于钢和钢的配合,由此推断内、外螺纹材料硬度的差 别应为愈大愈好。同时从易于产生变形的角度出发,内螺纹的壁厚不宜太厚,因为在有限的扭力矩之下变 形将是很困难的,当然此处所谓变形也是很微小的,更不应达到引起破坏的程度。 4) 几何尺寸对密封的影响 在管螺纹的多个几何尺寸中直接影响密封性的尺寸是内、 外螺纹的半牙高之差, 因为它们是形成牙顶和 牙底间隙的主要尺寸。所以必须在加工中给予控制。比如内螺纹的小径是构成内螺纹牙顶高的尺寸,它是 在钻螺纹底孔时得到的,所以一定不能把底孔钻大了。再者就是外螺纹的大径是构成外螺纹牙顶高的尺寸, 也必须得到保证。与之相配的内、外螺纹的牙底都是由螺纹刀具来保证的,这就要求在进行管螺纹的刀具 设计和制造时给予考虑。 5) 填料对密封的影响 密封填料对提高管螺纹的密封性能有显著的效果,因为它能很好地被挤到螺纹材料没有填到的地方。 试验结果表明在扭紧后泄漏非常严重的情况下,在螺纹副间加入氟乙稀填料(将胶带缠在外螺纹上扭入) 后即可达到理想的密封状态下。在试验压力达到 8X107Pa 的情况下没有一点泄漏。鉴于上述情况,在允许 加入填料的情况下,标准中对各参数的要求已能满足一般场合下的使用需要。

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