标准：探寻红色螺纹

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。

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。

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。

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。

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