1. 介绍
线程是确保零件在各个行业中保持在一起的无名英雄, 从汽车到航空航天.
他们提供安全, 组件之间的可调节连接, 使它们在制造业中必不可少.
在这篇文章中, 我们将探索可用的各种类型的线程和定义其功能的几何参数.
通过研究这些方面, 我们旨在为您提供设计或选择螺纹紧固件时做出明智决定的必要知识.
2. 什么是线程?
在机械工程中, 线是螺旋脊或凹槽，缠绕在圆柱或圆锥形的表面上.
线程对于创建紧固件（例如螺钉）至关重要, 螺栓, 和坚果, 并且也是阀门和管道等流体控制系统的组成部分.
线程的主要功能是在两个部分之间创建机械连接, 允许他们安全地安装在一起.
线螺距:
线程螺距是相邻螺纹上相应点之间的距离. 它直接影响关节的力量和稳定性.
一个更好的球场 (线之间较小的距离) 导致更紧密, 更强的关节, 但也可以使组装更加困难.
另一方面, 更粗糙的音高更容易组装，但可能会损害关节的强度.
线程设计的重要性:
线程设计不仅是建立功能连接，还在于确保力量之间的适当平衡, 易于制造, 和负载下的性能.
线程类型及其几何参数的选择, 例如音高和深度, 在各种应用程序中都会显着影响线程的性能.
3. 线程类型
外部线程
零件外表面形成外部线, 例如螺丝和螺栓. 这些线程与内部线程互动以创建安全连接.
常见的例子包括ISO公制线程和统一国家 (和) 线程, 在国际和北美环境中广泛使用, 分别.
- ISO公制线程: 全球使用, ISO线程有多种尺寸, 从M1.6到M100.
每个尺寸都指定直径和音高, 确保不同制造商的兼容性. - 统一的国家线程: 主要在北美使用, 联合国线程具有特定的直径和音高, 不等 #0-80 UNC到 4-40 联合国.
很好 (联合国) 和粗糙 (UNC) 适合不同应用需求的变体.
内部线程
内部线形成孔内部或螺母和插入物等组件. 它们与外部线程一起工作以形成稳定的连接.
挖掘的孔和螺纹插入列出了这种类型的线程, 确保强大而可靠的固定解决方案.
- 窃听的孔: 非常适合需要精确对齐和高强度的应用.
标准的M6挖洞可以处理到 5,000 拉伸力的n, 使其适用于重型机械. - 螺纹插入物: 经常用于塑料或铝等较软的材料.
插入物可以提高连接的耐用性和可靠性, 为重复组装和拆卸提供可靠的解决方案.
线程类型
- v-thread: 最常见的线程形式, 以其V形轮廓为特征. 由于其稳健性和易于制造，它被广泛用于通用紧固件.
V线程通常具有60°角, 提供平衡的负载分配和易于生产. - 正方形和Acme线: 专为电力传输应用而设计, 他们在有效地处理重负荷方面表现出色.
它们的正方形和梯形轮廓最大程度地减少磨损，同时最大化承重能力.
方形线程可以提高效率 95%, 使它们非常适合铅螺钉和插孔螺丝. - 支撑线: 针对需要高轴向载荷在一个方向上的应用进行了优化, 例如压力和诉讼.
它们的不对称设计允许更好地抵抗轴向力. 支撑线可以支持 70% 与单向应用中的V线程相比，负载更多. - 指关节线: 用于需要密封的应用, 例如气动配件. 它们的圆形提供了自然的密封效果, 防止泄漏.
指关节线可以降低泄漏率 80%, 增强液体和气密连接. - 蠕虫线: 在蠕虫齿轮中用于电力传输, 提供一种紧凑而有效的方式以直角传输运动.
蠕虫线可以达到降低比率 1:100, 使它们在变速箱和转向机构中无价. - 单一和多开始线程: 单一启动线程有一个连续的螺旋, 而多启动线程具有多个开始, 允许更快的参与度，但潜在的力量较低.
多启动线程可以通过最多加快线程过程 50%, 提高组装效率.
4. 线程的几何参数
了解线程的几何参数对于在制造中实现精度至关重要. 这是关键参数的仔细观察:
外径 (主要螺纹直径)
这是线程最大的直径, 定义拟合尺寸. 对于外部线程, 这是最外面的直径; 对于内部线程, 这是最内向的.
主要直径可确保适当的拟合和功能, 通常以微米为单位指定的公差以保持准确性.
- 例子: M10螺栓的主要直径为10mm, 确保在兼容的螺母或窃听的孔中精确装配.
内径 (小线直径)
线的最小直径会影响材料的厚度和线程接合. 对于外部线程, 这是内径; 对于内部线程, 是外部.
小直径在确定线的强度和耐用性方面起着至关重要的作用.
- 对力量的影响: 较大的小直径会增加材料厚度, 增强线程强度.
例如, m10 x 1.5 线的次要直径约为8.376mm, 有助于更高的负荷功能.
音高直径 (有效直径)
测量线螺距的直径表示交配线之间的理论接触点.
此参数对于确保适当的参与和负载分配至关重要.
- 意义: 音高直径会影响负载在螺纹侧面的分布程度均匀.
例如, m10 x 1.5 线程直径约为9.026mm, 优化负载分布并减少应力浓度.
带领
一场完整的革命，沿线沿线轴轴的距离。. 在多开始线程中, 铅等于乘以球场的开始次数.
铅影响线程参与的速度和效率.
- 效率: 具有较大铅的多启动线程可以显着减少组装时间.
例如, 双启动M10 X 1.5 线程有3mm的线索, 与单一线程相比，启用更快的线程.
牙齿角
螺纹侧面之间的角度影响负载分布和制造性.
共同角度包括60°V线程, 在强度和易生产之间提供平衡.
- 对力量的影响: 60°角提供最佳的负载分布, 最小化应力浓度并最大化线程寿命.
其他角度, 像29°Acme线, 满足需要高效率的特定应用.
其他参数
- 线程深度: 波峰之间的距离 (螺纹顶) 和根 (线的底部).
深度影响力量, 疲劳性抗性, 和密封性能. 例如, 螺纹深度的增加可以通过最多提高密封特性 30%. - 侧面和波峰: 侧面指线的侧面, 而波峰是顶部表面.
它们的几何形状影响摩擦, 戴阻力, 和线程参与. 适当的侧面角度可以减少摩擦 20%, 提高运营效率. - 根半径: 线底部的圆形区域. 较大的半径通过降低应力浓度提高耐用性. 将根半径增加甚至0.1mm可以延长线程寿命 25%.
5. 线程标准
线程标准对于确保不同制造商和地区的兼容性和互换性至关重要.
他们提供了一套统一的规格来指导设计, 生产, 和线程的应用.
本节深入研究一些最广泛的线程标准, 突出显示其独特的功能和应用.
公制线程 (ISO)
国际标准化组织 (ISO) 已经建立了公制线程作为紧固件的全球标准.
这些线由直径和螺距指定, 直径范围从M1.6到M100不等，并且俯仰变化.
ISO公制线程确保在制造过程中的一致性并促进各种供应商的组件无缝集成.
- 重要性: ISO标准的采用促进了全球兼容性，并降低了螺纹零件之间不匹配或不匹配的风险.
例如, m10 x 1.5 线程是普遍认可的, 确保一致的质量和性能. - 申请: ISO公制线程在汽车中广泛使用, 航天, 机械, 和建筑行业.
它们的广泛使用可确保工程师可以依靠标准化的维度进行可靠的连接.
英国标准线程
英国标准线程包括为特定应用设计的各种类型, 特别是在管道和液压系统中. 两种突出类型包括:
- BSPP (英国标准管平行): BSPP线程具有平行侧面, 通过垫圈或密封化合物提供防泄漏的密封.
它们通常用于可靠性和耐用性至关重要的液压系统.
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- 申请: BSPP线程在欧洲管道系统中很普遍, 在水和气管中提供可靠的连接. 他们的设计确保了最小的维护和长期完整性.
- BSPT (英国标准管锥): BSPT螺纹使用锥形设计来实现更紧密的密封，而无需其他密封材料.
他们在高压应用中表现出色, 在极端条件下保持完整性.
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- 申请: BSPT螺纹主导北美管配件, 确保在石油和天然气管道等工业应用中的安全密封.
统一线程标准 (UTS)
主要在北美使用, 统一线程标准 (UTS) 提供针对美国制造实践优化的一套规格.
UTS线程与ISO标准略有不同, 特别是在音高系列和公差方面.
常见的例子包括UNC (统一的国家粗糙) 和联合国 (统一的国家罚款).
- 差异: UTS线类似 1/4-20 UNC为北美行业提供独特的优势. 音高和直径的差异确保与本地机械和工具的兼容性.
- 申请: UTS线程广泛用于汽车, 建造, 和北美的制造业.
他们的规格适合该地区的工程实践, 确保可靠有效的连接.
其他线程标准
符合专业应用的其他几种线程标准, 确保利基市场的最佳性能:
- bsp (英国标准管): BSP线程广泛用于欧洲管道系统, 在水和气管中提供可靠的连接.
他们有两种形式: BSP平行 (BSPP) 和BSP锥度 (BSPT), 每个适合不同应用.
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- 专业化: BSP线程解决了管道系统的独特要求, 确保可靠的连接和最小的泄漏.
- npt (国家管道线): NPT螺纹主导北美管道配件, 确保在工业应用中安全密封.
他们有直线 (NPSM) 和锥形 (npt) 版本, 每个都为特定的密封需求而设计.
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- 申请: NPT线在石油和天然气管道中至关重要, 化学加工厂, 和HVAC系统, 可靠密封至关重要的地方.
- 惠特沃思线 (BSW): 最初在英国开发, 惠特沃思线程现在不太常见，但仍用于某些旧应用程序.
它们具有55°角, 与ISO和UTS线的60°角不同.
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- 传统使用: BSW线程在较旧的机械和设备中发现, 保持与历史设计的兼容性.
- 他 (日本工业标准): 在日本使用, JIS线程标准用于多种应用, 包括螺钉, 螺栓, 和管道系统.
- 从 (德国标准化研究所): 德国线程的标准, 经常用于汽车和机械工程应用.
- Acme线: 通常用于电力传输系统, Acme线具有梯形轮廓, 这使他们能够在线性运动应用中承载重型轴向载荷,
例如在铅螺钉和机床中. - 梯形线: 类似于Acme线程, 梯形线程用于电力传输和高负载应用.
这些线的音高比传统的V线程更大, 这使它们更适合较重的周期.
在标准之间过渡
与来自不同地区或行业的组件合作时, 重要的是要了解如何在线程标准之间过渡.
适配器和转换图表可以帮助弥合差距, 确保零件的无缝集成.
工程师还必须考虑诸如材料兼容性之类的因素, 承载能力, 选择跨标准应用的线程时的环境条件.
6. 线程设计如何影响性能
线程的设计以各种方式显着影响其性能:
负载分布
线程几何形状决定了如何拉伸, 处理剪切和扭转负荷, 确保线程可以承受使用过程中施加的应力.
适当的负载分布可最大程度地减少应力浓度, 延长线程寿命.
- 优化: 工程师可以通过调整俯仰和牙齿角等参数来优化负载分布.
例如, 使用更细的音高可以更均匀地分配负载, 降低线程故障的风险.
耐用性
螺距等因素, 侧面角, 深度有助于螺纹在压力下的寿命, 随着时间的推移提高可靠性.
强大的线程设计可承受重复的加载和卸载周期，而不会损害完整性.
- 增强的寿命: 螺纹深度和根半径的增加可以提高耐用性 40%, 使线程更具耐磨性.
密封和紧密度
正确的螺纹几何形状确保有效的密封特性, 在液体和气密应用中尤其重要, 防止泄漏并保持完整性.
精确的螺纹尺寸和饰面在获得完美的密封中起着至关重要的作用.
- 密封效率: 使用指关节线或添加密封化合物可以通过最多提高密封性能 50%, 确保在恶劣环境中可靠的连接.
7. 结论
了解线程的类型及其几何参数对于精确制造至关重要.
掌握这些概念的工程师和设计师可以做出更明智的决定, 导致产品性能和可靠性提高.
通过考虑每个应用程序的独特要求, 专业人士可以选择或设计符合质量和效率最高标准的线程.
拥抱这些知识使我们能够创新和优化我们的制造过程, 确保每个螺纹组件在其预期的环境中都能完美地发挥作用.
通过探索这些详细的方面, 我们从理解基本原理转变为在现实情况下应用高级技术的过渡.
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