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标准:探寻红色螺纹

Author : Date : 2016-7-6 10:40:57

标准:探寻红色螺纹

发布时间:2016-07-05   来源:Nord-Lock  

      螺纹标准种类齐全,是世界上最古老的标准之一。如今,在数不胜数的螺纹标准中,DIN、ISO和UTS成为主流,这也带来了一个风险:一旦选错标准,就得为连接失效付出高昂的代价。本期《Bolted》杂志中,我们为您介绍螺纹标准的历史、演变和未来,让您深入了解这些至关重要却易被忽视的标准。

      螺纹功能简单,然而标准繁多,也许你会觉得有悖常理。一般来说,螺纹主要有两个功能:一是把旋转运动变成线性运动,比如传力螺纹;二是连接部件防止松开,或是防止夹紧件滑移,比如螺纹紧固件。

螺纹紧固件

      19世纪初,为了促进厂商与用户的相互兼容,螺纹开始标准化。19世纪末到20世纪初,工程师们发现,确保不同螺纹的可靠互换,是一个涉及多方面,且极具挑战性的任务,绝非把一种螺纹的外径和螺距标准化那么简单。因此在这个时期,他们做了更为复杂的分析,确定了诸如节圆直径、表面光洁度这些变量的重要性。

      1898年的国际螺纹标准化会议基本统一了公制螺纹。但是,法国、德国和日本却各有各的公制螺纹标准,瑞士也为钟表业专门制定了螺纹标准。

      现在,标准化进程仍在继续,公制螺纹和英制螺纹各行其道,而且都得到广泛使用。标准螺纹有公认的缩写字母代号,当中包括每种螺纹的标准化名称的前缀。

      以螺纹标准为基础的产品标准,规定了螺丝和螺母首选的几何形状,以满足具体用途的特殊要求,确保可与紧固工具和扳手兼容。

      来自德国锡根大学下属公司AFS(Advanced Fastening Solutions GmbH)的Hendrik Hubbertz表示,形形色色的标准是时间的产物,这是为了满足易于操作、负荷能力和紧固速度(或紧固时间)等要求,使螺栓安装得更快更牢固。

AFS的HENDRIK HUBBERTZ:「选错标准会给生产带来麻烦,因为停工将会增加生产成本。」

AFS的HENDRIK HUBBERTZ:「选错标准会给生产带来麻烦,因为停工将会增加生产成本。」

      他说:「就传力螺纹和螺纹紧固件而言,相关的螺纹标准不胜枚举,但是螺纹紧固常用的标准,就只有那么几个。」
最重要的是ISO和UTS标准螺纹,主要用于机械工程。

      「还有自攻螺纹和滚牙螺纹的标准,它们在金属和塑料机械工程领域得到日益广泛的使用,」Hubbertz说。

      管件和特定牙型的螺纹也有标准。至于传力螺纹,则有滚珠丝杠(一种可转动的轴杆)、梯形螺纹之类的标准。

      Hubbertz表示:「标准太多的坏处就是复杂,好处则是方便更换,而且可以低成本大批量生产,其实这才是标准化的缘由。」

      大多数三角螺纹的侧面呈三角形,因为形状像「V」字,故又名「V形螺纹」。60度的V形螺纹为等腰三角形,准确的说是等边三角形。锯齿螺纹则是不等边三角形。

      在紧固用途上,最常用的螺纹形状是60度螺纹,它们属于公制ISO螺纹和UN系列。在医疗技术、航天、航空工程等特殊应用中,也会采用其他的螺纹标准。

      出于大批量生产的成本考虑,螺纹都不会被加工得很尖锐。除了要有足够大的牙底直径,螺纹还须采用规定的牙底半径,才能对振动载荷具有较高的负荷能力,避免疲劳失效。螺纹的直径公差非常严格,否则就会影响匹配螺纹。直径公差对防止螺纹在使用中脱落也很重要。

      Hubbertz表示,为某个用途挑选螺纹时,最重要的是考虑两件事,一是功能,即寿命期限内的负荷能力;二是处理,涉及物流、组装和用户知识。

他说:「选错标准会给生产造成麻烦,因为停工将会增加生产成本。错误的标准还会造成产品不合格,功能丧失,产品召回的代价极高。」

      ISO公制螺纹以外的螺纹牙型在某些领域和地区仍然常用,这主要是出于向后兼容的考虑。

      即使是今天,在旧标准已经废止并被UTS所取代的半个世纪后,一些公司所经销的产品仍使用旧名称(如「SAE」和「USS」)来表示英制尺寸,与UTS背道而驰。其实这些产品大多是按照UTS标准制造的,但是它们的标签和编目术语却不规范,无异于给螺纹标准添乱。

      Hubbertz表示:「今后,一些问题将会影响标准的制定,比如优化功能来提高负荷能力和改进组装。工作标准很可能变成通用标准。全球标准也终将统一。」

追求统一标准:螺纹标准简史

公元前3世纪
阿基米德,公元前3世纪古希腊人,有人说他是螺丝的发明者,但至今尚无定论。

1800
Henry Maudslay发明了第一台实用型螺丝车床,为螺纹尺寸的标准化奠定了基础。

1841
Joseph Whitworth开创了英国惠氏标准(British Standard Whitworth),这是英国第一个标准化体系。

1864
William Sellers设计了以英寸为单位的美国标准螺纹(美制螺纹),这是他的90多项专利之一,大大简化了螺纹的加工。

1898
苏黎世的国际螺纹标准化会议,迈出统一公制螺纹标准的重要一步。

1947
国际单位制(ISO)确立,开启公制螺纹的发展进程。

1949
统一螺纹制(UTS)确立,旨在统一英制螺纹标准。

资料来源:维基百科

螺纹标准小常识

目前最常用的螺纹是ISO公制螺纹(M)和BSP螺纹(R、G),前者适合大多数用途,后者专用于管道。这是1947年国际标准化组织成立时议定的首批国际标准之一。

国际标准ISO 68-1中规定了ISO通用公制螺纹(「M」系列螺纹)的设计准则,每种螺纹用「D」(外径)和「P」(螺距)来区分。


螺纹标准小:P = 螺距、D = 外径(公称直径)、60° = 螺纹角度、 PD = 节圆直径、A = 螺纹轴线

      ISO公制粗牙螺纹DIN 13-1,是全球统一的标准螺纹牙型。其标签为字母「M」,后接一数字表示公称直径。牙侧角为60度。公称直径的粗牙螺纹,其螺距值是固定的。

      ISO公制细牙螺纹DIN 13-2至13-11,其螺距小于标准螺纹,可提供更高的预紧力,并在负载极高时减低自行松动的风险。因为更精细,它可用于调节测量仪器中的螺钉。这种螺纹的术语包括字母「M」、公称直径和螺距(例如M12 x 1,5);侧角也是60度。

      统一螺纹标准(UTS)规定了标准的螺纹形状和系列,以及容差、公差和名称,适用于仍在美国和加拿大经常使用的螺纹。在这些国家,UTS是螺栓、螺母及许多其他种类的螺纹紧固件的主要标准。

     与ISO公制螺纹一样,UTS螺纹也有60度的牙型角,但UTS螺纹的特征尺寸(外径和螺距)是以英寸为单位,用分数表示,而不是以毫米为单位的整数值。容差的定义包含公差组,这也与ISO公制螺纹不同。目前,UTS由美国ASME / ANSI管控。

      UTS螺纹的规范名称是:用一个数字表示螺纹公称直径(外径),后接每英寸螺纹数(例如3/8 – 12)。直径小于1/4英寸的,用该标准规定的一个整数来表示;其他直径则用英寸表示。

      UNC螺纹ANSI B1.1:UNC为「Unified Coarse Thread」(统一标准粗牙螺纹)的缩写。NC和UNC螺纹可以互换,类似于公制螺纹和ISO公制螺纹。牙侧角为60度。