各类螺纹介绍
螺紋簡介
1螺紋及螺紋構成要素
1.1所謂螺紋即為在一圓柱物體上作出突起之螺旋山狀物.外螺紋適用於螺栓,螺絲及螺樁(牙
條),內螺紋適用於螺帽及螺紋孔. 螺紋線的一個例子就是一種圓柱形纏繞線圈彈簧, 例如圓珠筆的彈簧.
緊固件中的螺紋的作用就是將旋轉運動轉變為線型運動.在緊固件轉動同時,它進入組件直到它到達作用點. 這就是旋轉運動轉變為線型運動.通過旋轉運動使緊固件到達定位.因此螺紋可用來做為轉移負荷,調整,固定,聯結等等之功能.
外螺紋內螺紋螺紋之構成要素
1.2螺紋之構成要素:主要分為牙峰, 牙谷及牙腹等三部份,三者組成一V字型之構造.
1.2.1牙峰(Crest) : 螺紋部頂端稱之為牙峰.有平頂和圓弧頂兩種。
1.2.2 牙谷(Root) : 螺紋部底端稱為牙谷.有平底和圓弧底兩種。
1.2.3 牙腹(Flank) : 牙峰與牙谷之斜面稱為牙腹.
1.2.4 牙腹角(Flank Angle) : 牙腹與軸部所成之角度稱為牙腹角,軸部雙邊角度相等者稱為對
稱,在ISO螺紋系統中,牙腹角通常為30度且對稱,在機械螺紋中ISO及UN螺紋之角度均為60度.也有不對稱牙腹者,例如自攻螺絲之塑膠牙。
1.2.5 牙距(Pitch) : 牙峰與牙峰之距離為牙距,或垂直於螺絲(帽)軸螺紋上之任一點與鄰近螺
紋同一點之水平距離.在英制螺紋系統中,通常以每英吋幾個牙數(T hread P er I nch)表示.
1.2.6大徑及小徑(Major and Minor Dia.) : 在外螺紋系統中,牙峰之直徑稱為大徑,牙谷之直徑稱
為小徑.內螺紋類則正好相反,牙峰之直徑為小徑(孔徑),牙谷之直徑為最大徑.
1.2.7 螺紋高度H : 牙峰與牙谷之直線距離.
1.2.8 有效徑(Pitch Diameter) : 理論上而言,為垂直於軸而通過牙峰及牙谷寬度相等處某點所
假想之圓柱體或圓錐體直徑.對標準螺紋而言,此點正好位於中點.但對非標準螺紋而言,此點可能位於中點附近之任一點,視實際製造狀況而定.
1.2.9導程(Lead) : 沿螺紋旋轉一周後所獲得的直線距離.單牙螺紋其導程與牙距相同,複螺紋
其導程就會與其螺紋數呈倍數增加.
1.3 螺紋之特徵:
1.3.1 單牙螺紋: 全部的牙只有一個起始山脊纏繞一個圓柱體或錐狀表面.
1.3.2 複螺紋: 全部的牙有二個以上起始山脊纏繞一個圓柱體或錐狀表面.具有組裝速度快,
及保有相同強度的特點.其牙距為同一螺紋線旋轉一圈的距離.
1.3.3 右螺紋: 螺紋軸線,依順時鐘方向旋入,一般不特別聲明為右螺紋.
1.3.4 左螺紋 : 螺紋軸線,依逆時鐘方向繞(逆時鐘方向旋入),通常以LH 字符區別之.
單牙螺紋 複螺紋 右螺紋 左螺紋
1.3.5完全與不完全螺紋 : 螺紋同時具有牙峰及牙谷之完整形狀時稱為完全螺紋,若牙
谷或牙峰未完全成型則稱為不完全螺紋.通常此現像發生在螺栓類的尾部,半牙螺紋與螺栓柄之連接部,螺帽及螺紋孔之承受面的倒角端.
1.3.6 滾製螺紋 : 使用牙板或牙輪將材料擠壓滾成螺紋形狀的製造過程.經過滾製後之螺紋強
度會比原材料高.通常使用於外螺紋.
1.3.7 切削(車削)螺紋 : 使用切削方法將材料從表面上移走的製造過程,經切削方法所製成之
產品強度與未切削前並無差別,通常使用於內螺紋.
2螺紋系列及稱呼 : 目前所使用之螺紋系列及稱呼概略敘述如下:
2.1英制統一螺紋系列 (Unified Inch Screw Thread): UN 系列之英制統一螺紋係基於國際標準
組織(ISO)所認定之60o 角,三角形輪廓之徑距混合之英制螺紋.在1948年10月18日由美國,英國及加拿大標準組織在華盛頓特區簽署決定.英制統一螺紋在ANSI/ASME B1.1螺紋規範中共規定了11種系列,包括3種等級牙距(粗牙,細牙及極細牙)及八種每英吋螺紋數( 4, 6, 8, 12, 16, 20, 28, 32 )但其中較重要者有三 : 粗螺紋( Coarse UNC ), 細螺紋( Fine
UNF )及8螺紋系列( 8 – UN ) 8螺紋系列則不管其直徑為何,每英吋之螺紋數均為8個.
2.1.1 英制螺紋之稱呼方法:
公稱尺寸(可任選分數,螺絲番號或小數)
每英吋牙數
螺紋形狀和系列
螺紋等級符號
1/4 - 20 UNC - 2A 或0.250 - 20 UNC - 2A (21)
#10 - 32 UNF - 2A 或0.190 - 32 UNF - 2A (22)
7/16 - 20 UNRF - 2A 或0.4375 - 20 UNRF - 2A (23)
7/16 - 20 UNF - 2A 或0.4375 - 20 UNF - 2A (21)
2 – 12 UN - 2A 或2.000 - 12 UN - 2A (23)
ANSI/ASME B1.3M 螺紋量測系統(System)
有21,22,23等三種量測系統
公稱徑: 為基本大徑以分數或番號#表示或是以相等之小數表示之.當以小數表示時,應顯示至小數以下四位,小數點四位以下捨去. (番號# 之轉換尺寸為: #0 = 0.06” , 每增加
1番,公稱徑加上0.013”.
例: #8之公稱徑= 0.06” + 8 ×0.013” = 0.164”。
#10之公稱徑= 0.06” + 10 ×0.013” = 0.190”。
●每吋螺紋數: 螺紋數與牙距及直徑有關,英制統一螺紋之螺紋牙距表示為每吋幾個螺紋.
牙距= 1 / 每吋螺紋數.
例: 1/4-20 UNC牙距= 1 / 20 = 0.05”
3/4-16UNF牙距= 1 / 16 = 0.0625”
2.1.2螺紋系列符號及應用介紹:
●UN/UNR : UN螺紋型為最早設計之英制統一螺紋, UN及UNR其不同點就在於牙谷,
UN之牙谷為平底或是選擇性的圓底, UNR之牙谷則只為圓底,牙谷半徑為0.108到
0.144 Pitch . UNR僅適用於外螺紋.
依目前需要, 1”以下規格螺紋均需使用UNR螺紋. 1”以上之無法滾製螺紋而需切製時,需UNR螺紋仍需聲明,否則應以UN螺紋為主.
UN及UNR螺紋及其前身( 美國國家螺絲螺紋)因具有相同之螺紋型式,公稱徑,有效徑,牙部外徑及牙底徑而可在機械使用狀況下互換使用.
●UNC/ UNRC : 英制統一螺紋粗牙系列. UNC及UNRC通常應用在螺絲,螺栓及螺帽大
量生產的場合,因為它比細牙系列或極細牙系列有著更好的內螺紋扯裂的抵抗性,所以它通常使用在強度相對上來說比較低的材料如鑄鐵,鋁,錳,黃銅,青銅及塑膠.在需要較快速組裝的場合或抵抗因搬運過程所產生的損傷粗牙系列的表現較佳.
●UNF/UNRF : 英制統一螺紋細牙系列. UNF及UNRF 通常應用在螺栓及螺帽需要高
強度場合,本系列具有比粗牙螺紋系列有較小的螺紋深度及較大的小徑. 一般而言,在
同一公稱徑下,細牙螺紋系列比粗牙螺紋系列在內螺紋方面可以允許更薄的牆厚,在外螺紋方面則具有更高的強度.為保護內螺紋不致於被扯裂,在同一材料強度等級狀況下,細牙螺紋系列應該比粗牙螺紋系列需要更長的螺紋結合長.無論如何,細牙螺紋系列及粗牙螺紋系列這兩種系列,對攻牙孔的螺紋結合長度的選擇必需符合強度要求.因為導入角較小,細牙螺紋系列比粗牙螺紋系列在震動狀況下有更好的防鬆能力.這點同樣的也造成細牙螺紋系列在溝槽螺帽及開口銷的組合狀況下有更精細的調整精度.
●UNEF/ UNREF : 英制統一螺紋極細牙系列UNEF及UNREF使用在需要特別需要調
整精度的螺紋產品,如軸承用固定螺帽及調整螺絲等等以及薄牆類套管及薄型螺帽.
●UNS/ UNRS : 特殊徑距組合之螺紋系列.通常使用在1"規格上.
●固定牙距系列: 固定牙距系列( UN及UNR )有4, 6, 8, 12, 16, 20, 28及32等螺紋,在
粗牙, 細牙及極細牙等螺紋系列未能符合特定設計要求時提供了另一種徑距混合的選擇. 最通用的是8-UN, 12-UN及16-UN. 當固定牙距系列與UNC, UNF或UNEF規定中相同時, 則在這些螺紋系中所使用尺寸限制的公差及使用字符也都是一樣的.
●8-UN螺紋系列: 8-UN螺紋系列是一種使用在大直徑或在粗牙螺紋系列及細牙螺紋系
列折衷的一種齊一牙距螺紋系列. 雖然在最初用途係用於高壓應用狀況下螺栓與螺帽之組合, 但現在已經廣汎應用在公稱徑大於1英寸取代粗牙螺紋系列的應用.
●12-UN螺紋系列: 12-UN螺紋系列是一種使用在大直徑且需要中度細螺紋的一種齊
一牙距螺紋系列. 雖然在最初用途係用於鍋爐, 但現在已經應用在公稱徑大於1-1/2英寸以作為細牙螺紋系列的補充.
●UNJ : UNJ螺紋為目前最適用之螺紋型式,一般使用於航太組裝件中,因為其對疲勞應
力之抵抗超過其它型式之螺紋.這個答案就是UNJ螺紋加大牙谷半徑.其螺谷半徑為
0.150到0.180 Pitch. 理論上而言, UN內螺紋不能配合UNJ外螺紋, UNJ內螺紋可配
合UN, UNR及UNJ外螺紋, 但配合UN及UNR螺紋時必須小心行之.
2.2公制螺紋系列: M系列,與英制統一螺紋系列60o角之三角形輪廓相同,但統一英制螺紋與
ISO公制螺紋不能互換使用. 公制螺紋之標呼方法及順序如下:
●公稱徑: 為基本大徑以M開頭,接下來書寫公稱徑以數字表示.例如：M8、M10。
●牙距: 以整數或小數表示,牙距與公稱徑之間應以“×”分開,例如: M 8 × 1。
如果不書寫牙距的話一般是代表粗牙螺紋, 例如: M 8 則代表M 8×1.25
2.2.1螺紋公差等級: 包含有效徑公差級數,再接上外徑公差級數標示.每一級數標示包含了：
●公差等級之代表數字.(4,5,6,7,8等)
●公差位置之代表文字,螺帽使用大寫H ;G ,螺絲使用小寫,h ; g等
如果螺紋使用之公差級數標示均相同( 有效徑及外徑), 那麼標示之數字符號不
必重覆書寫兩次. 例如:
螺絲有效徑公差標示字符
螺絲外徑公差標示字符
M 6 - 5g 6g
M 6 - 6g 6g 可寫成M 6 - 6g 代表有效徑及外徑均使用6g之公差
M20 × 2 - 6H
螺帽有效徑及內徑公差標示字符(公差相同)
如果必要的話,結合長度代表字符也可以加進標示系統中.至於螺紋緊固件之代表字
符則是先書寫螺帽公差字符再書寫螺絲公差字符,中間並以斜線分隔, 如:
M 6 - 6H / 6g
M20 × 2 - 6H / 5g6g
2.3惠氏螺紋系列(British Standard Whitworth) : B.S.W.牙山角度55度,牙峰與牙谷為圓弧形,與
基準三角形各有一H/6之間隙(參考BS 84之規範).惠氏螺紋之稱呼方法及順序如下:
公稱徑: 為基本大徑以分數表示之.
每吋螺紋數: 螺紋數與牙距及直徑有關,惠氏螺紋之螺紋牙距表示為每吋幾個螺紋.
牙距= 1 / 每吋螺紋數. 例: 1/4-20 BSW牙距= 1 / 20 = 0.05”
螺紋系列符號: 可分為BSW(粗牙)與BSF(細牙)兩種.
螺紋等級符號: 螺帽有Medium Class(中等級);及Normal Class (一般等級)兩種,
螺絲有Close Class(緊等級); Medium Class(中等級);及Free Class (鬆等級)等三種.
公稱徑
每英吋螺紋數
螺紋系列符號
1/4 in. – 20 B.S.W. (Close) bolt
1/2 in. – 16 B.S.F. LH (Free) nut
左螺紋螺紋等級符號
2.4英國國協螺紋: B.A.(British Association)螺紋之牙山角度為47.5度,牙峰與牙谷為圓弧形,
尺寸由0 B.A.到16B.A. 螺絲有Close Class(緊等級);及Normal Class (一般等級)兩種,螺帽僅有一種等級(參考BS 93之規範).
2.5自行車螺紋: B.S.C (British Standard Cycle)螺紋之牙山角度為60度,牙峰與牙谷為圓弧形,
與基準三角形各有一P/6之間隙.尺寸由1/8”.到3/4” .螺絲和螺帽各有Close Class(緊
等級); Medium Class(中等級);及Free Class (鬆等級)等三種(參考BS 811之規範).日本
規格無等級區分(參考JIS B0225之規範) 稱呼方法及順序如下:
英國規格例: 1/4 – 26 BSC – Free. 日本規格例: BC 5/16 – 26
2.6管用螺紋系列: 可分為美國系列(60度角) 與ISO系列(55度角)兩種,另日本系列也
與ISO系列相同.螺紋有平行管用螺紋與推拔管用螺紋兩種. (參考ANSI/ASME
B1.20.1 ; B1.20.3 ;B1.20.4 ;B1.20.5 , ISO 228/1; 7/1及JIS B0202 , B0203之規範) 美國系列的稱呼方法及順序如下:
螺紋系列字符代表意義
公稱徑N=National(American)Standard
每英吋螺紋數P=Pipe(管)
1/8 – 27 NPSL T=Taper (錐形)
C=Coupling(聯結)
1/2 – 14 NPTR S=Straight(垂直)
螺紋系列符號M=Mechanical(機械)
L=Locknut(防鬆)
H=Hose Coupling(水管聯結)
R=Railing Fittings(欄杆配件)
日本系列的稱呼方法及順序如下:
平行管用螺紋使用G稱呼
稱呼規格
螺紋等級分為A及B兩種
G 1/2 A或B
R 1/2 (註.無等級區分)
推拔管用螺紋
2.7縫紉機螺紋: SM (Sewing Maching)螺紋之牙山角度為60度,牙峰與牙谷與基準三角形各
有一H/8之間隙. (參考JIS B0202 , B0226之規範). 稱呼方法為SM 5/16。
2.8 自攻螺絲螺紋：自攻螺絲是在金屬或非金屬材料之預鑽孔中自行攻鑽出所配合陰螺紋之
一種有螺紋緊固件,由於其自行成型或攻出其配合螺紋，因此自攻螺絲螺紋因應用功能而具有多樣性。比較常見的有螺紋成型自攻螺絲(Type A和AB)、螺紋切削自攻螺絲(Type BF、BT、D、F、G和T)、螺紋滾成自攻螺絲(Type TT)、鑽尾自攻螺絲(TEC)、高低牙自攻螺絲(High – Low)等等。
3600螺紋之基本尺寸(Basic) ;公差(Tolerance) ;裕度(Allowance) ;等級(Class) 與配合(Fit) 3.1螺紋級數是用來標稱螺紋之裕度及公差的,螺紋配合意味著外螺紋及內螺紋在其最大材料
狀況時結合之裕度,換言之即為結合時內螺紋及外螺紋之鬆緊程度.對緊固件而言, 裕度通
常由外螺紋提供,這表示外螺紋之大徑,有效徑,小徑均需比基本螺紋輪廓為小,而內螺紋之這三種直徑則等於基本螺紋輪廓尺寸.
600螺紋之基本尺寸輪廓圖
D : 內螺紋基本最大徑 d : 外螺紋基本最大徑
D2: 內螺紋基本有效徑d2 : 外螺紋基本有效徑
D1: 內螺紋基本最小徑d1: 外螺紋基本最小徑
H : 基本輪廓牙高P : 牙距(英制= 1/每英吋牙數)
其中D2 , d2 , D1 , d1計算公式如下:
H = 3 / 2 P = 0.866025 P .
D2 = D－2 × 3/8H = D－0.6495P d2 = d－2 × 3/8H = d－0.6495P
D1 = D－2 × 5/8H = D－1.0825P d1 = d－2 × 5/8H = d－1.0825P
例：1/4-20 UNC 之有效徑(D2 d2)和小徑(D1 d1)基準尺寸為:
D = 基本最大徑= 0.25 P = 1 / 20 = 0.05
D2 (d2)= D－0.6495P = 0.25－(0.6495 × 0.05 ) = 0.2175
D1 (d1)= D－1.0825P = 0.25－(1.0825 × 0.05 ) = 0.196
M8×1.25 之有效徑(D2 d2)和小徑(D1 d1)基準尺寸為:
D = 基本最大徑= 8 P = 1.25
D2 d2 = D－0.6495P = 8－(0.6495 × 1.25 ) = 7.188
D1 d1 = D－1.0825P = 8－(1.0825 × 1.25 ) = 6.647
3.2 英制系列螺紋級數,裕度及公差:
3.2.1 螺紋級數:英制統一螺紋之外螺紋有1A, 2A, 3A三種,內螺紋亦有1B, 2B, 3B三種等級.
這些級數是用來表示其配合程度,級數數字越高,配合之鬆緊度越緊.其中只有1A及2A 有裕度規定,當級數數字增加時,其公差則減小( 如級數3A之公差小於級數2A之公差, 級數2A之公差又小於級數1A之公差).
3.2.22A及2B螺紋: 2A(外螺紋)及2B(內螺紋)螺紋為製造螺栓螺帽最常用之螺紋等級,包含
螺栓,螺絲,螺帽及其它類似螺紋扣件.因為有裕度的規定,所以未作表面被覆的2A螺紋之各徑的上限均小於基本設計.裕度是為降低在高速組裝下磨損情況,或是用來容納表
面處理厚度,因此,如果螺紋有表面被覆,則2A螺紋之上限可以把整個裕度涵蓋進來.也就是說,外螺紋扣件未作表面處理或在處理前使用的是2A螺紋之上限,而在表面處理後則適用設計基本徑(即2A螺紋上限加上裕度＝3A基本尺寸).而2B螺紋各徑之下限則無論處理與否,均適用設計基本徑,對最大實體條件內螺紋並未提供裕度.
3.2.33A及3B螺紋: 3A(外螺紋)及3B(內螺紋)螺紋,適用在螺紋需緊配合或螺紋精度相當重
要的緊固件, 3A螺紋的各徑上限及3B螺紋的各徑下限,無論是否有作表面被覆,對最大實體條件均未提供裕度.
3.2.41A及1B螺紋: 1A(外螺紋)及1B(內螺紋)螺紋,取代了原來美國國家1級螺紋.這些級數
螺紋提供了較寬裕的公差及一個裕度以便即使在輕微的牙傷也可以輕易地組裝. 本系列螺紋可供軍品或其它特殊要途使用. 因為有裕度, 所以1A螺紋之各徑的上限均小於基本設計( 裕度與2A級一樣), 裕度不提供用來容納表面處理, 所以有表面處理時,製造商通常需要作一些螺紋設計上的變更.而1B螺紋各徑之下限則無論處理與否,均適用設計基本徑,對最大實體條件內螺紋並未提供裕度.
3.2.52AG螺紋: 適用於在表面處理之後仍需有裕度以供快速的裝配或容納在高速組裝時
需要的適當潤滑劑或是在熱膨漲後的殘留擴張量.在這些應用場合中,2AG螺紋的裕度並不用來容納表面被覆,其代表字符為2A螺紋字符後面再加上字符G( 裕度舊字符).
3.2.6混用級數: 各級數混合使用是可以預測且在適當定義分類後是可以的, 例如2A螺紋
可適用於1B, 2B及3B螺紋.
3.2.7干涉配合螺紋(Interference-Fit Thread) : 干涉配合螺紋規定於ANSI/ASME B1.12 ,主要
使外螺紋之有效徑尺寸大於內螺紋之尺寸,致在組裝時牙腹產生干涉阻力防止鬆脫。
NC5俗稱5級之干涉配合螺紋主要用螺椿和其接口部位,旋合需較大的轉力矩以使其半
永久的組合.
統一英制螺紋3A及3B級尺寸公差, 裕度及牙峰公差配合圖
1B 螺紋
螺
紋
基本有效徑
裕度為2A螺紋的30% 2A螺紋
的75 %
外
螺 2A 0.4463
紋 的150% 3A 螺紋
0.4435
0.4411 2A 螺紋
1A 螺紋
統一英制1/2-13UNC 螺紋有效徑等級公差,裕度配合圖
3.2.7 裕度及公差之計算公式 : 下列公差和裕度之計算公式適用於標準及特殊螺紋系 列. 公式中所使用之符號代表:
D : 基本稱呼徑 L
E : 結合長度 P : 牙距 = 1 / n H : 螺紋高度 = 0.886025 P n : 每寸螺紋數 3.2.7.1外螺紋:
a. 裕度 : 1A 及 2A = 0.300 × 2A 有效徑公差, 3A 無裕度.
b. 外徑公差
(1). 1A = 0.090 × 3√P 2 例如：1/4-20 UNC ＝0.0122” (2). 2A 及 3A = 0.060 × 3√P 2 例如：5/16-18 UNC ＝0.0087” c. 有效徑公差
(1). 1A = 1.5 × 2A 有效徑公差 例如：1/4-20 UNC ＝1.5 × 0.0037＝0.0056”
(2). 2A = 0.0015 × 3√D + 0.0015 √ LE + 0.015 ×3√P2例如：1/4-20 UNC＝0.0037”
(3). 3A = 0.75 × 2A 有效徑公差例如：1/4-20 UNC＝0.75 × 0.0037＝0.0028”
d. 小徑公差(外螺紋)
(1).UNR 級:牙底為圓底= 各級有效徑公差+ H/8
(2).UN 級:牙底為平底= 各級有效徑公差+ H/4
3.2.7.2內螺紋:
a. 大徑公差：
級數1B,2B,3B = H/6 + 各級數有效徑公差.
b. 有效徑公差：
(1). 1B = 1.95 × 2A 有效徑公差(即2B公差之1.5倍)
例如：1/4-20 UNC＝1.95 × 0.0037＝0.0073”
(2). 2B = 1.30 × 2A 有效徑公差
例如：1/4-20 UNC＝1.30 × 0.0037＝0.0049”
(3). 3B = 0.975 × 2A 有效徑公差(即2B 公差之0.75 倍)
例如：1/4-20 UNC＝0.975 × 0.0037＝0.0036”
c. 小徑公差(內螺紋)
(1). 所有螺紋系列及特殊螺紋,級數1B ,2B及規格小於1/4" 者:
= [ 0.05 ×3√P2 + 0.03 P/D ] －0.002" 但需符合下列限制: