非標準矮牙愛克母螺紋的設計計算

明立權， 白平， 李建軍

（天合石油集團匯豐石油裝備股份有限公司，黑龍江牡丹江157000）

0 引言

矮牙愛克母螺紋（Stub Acme），出現于20世紀初期，通常用在特殊場合。出于機械或冶金方面的考慮，需要使用粗牙系列的矮牙螺紋。

自1952年美國發布了矮牙愛克母螺紋標準ASA B1.8以來，該標準經歷了1973年、1977年和1988年三次修訂，目前該標準的最新版本為ASME/ANSIB1.8-1988［R2001］，由于沒有國內標準能夠完全替代該標準，因此在矮牙愛克母螺紋的設計上我國設計人員大多參考此標準。該標準規定了公稱尺寸在0.25～5in范圍內的標準系列矮牙愛克母螺紋的基本參數及詳細尺寸。但是在實際運用中，在此尺寸范圍之外的非標準矮牙愛克母螺紋應用也較為廣泛，特別是在美制產品中廣泛采用了該種系列的非標準矮牙愛克母螺紋，同時由于我國石化行業中采用或仿制的美制產品較多，加之實際應用中沒有統一的國內規范，因此在對該類產品中所使用的矮牙愛克母螺紋進行替換設計時，很容易造成該種螺紋設計參數不夠準確，進而導致相關產品之間互換性不強，同時更有可能造成該類產品使用時的安全及可靠性下降。基于以上原因，本文主要參照美國矮牙愛克母標準中的基本規定，探討通用系列非標單線矮牙愛克母螺紋參數的設計計算方法。

1 設計計算

圖1是通用系列矮牙愛克母螺紋的基本牙型設計圖。

圖1 矮牙愛克母螺紋的牙型

2α=29°；α=14.5°；

P=牙距（螺距）；螺紋牙高H=0.3P；內螺紋牙頂的基本寬度FCN=0.4224P；外螺紋平牙頂的寬度FCS=0.4224P-0.259×外螺紋中徑容隙；內螺紋平牙底的寬度FRN=0.4224P-0.259×內螺紋大徑容隙；外螺紋平牙底的寬度FRS=0.4224P-0.259×（外螺紋小徑容隙-外螺紋中徑容隙）；2ac=0.02in（螺紋每英寸牙數≤10），2ac=0.01in（螺紋每英寸牙數≥10）。

1.1 基本尺寸

全部等級的矮牙愛克母螺紋的基本尺寸包含：1）螺紋公稱尺寸即外螺紋最大大徑；2）內螺紋的最小中徑；3）內螺紋的最小小徑。

1.1.1 外螺紋計算

1）大徑計算公式。最大大徑（基本尺寸）與公稱直徑（公稱尺寸）D相等，公式為：dmax=d基本=D基本；外螺紋最大大徑與大徑公差之差為最小大徑，公式為：dmin=d基本-Td。

2）中徑計算公式。內螺紋最小中徑與容隙之差為最大中徑，公式為：d2max=D2min-2ac；外螺紋最大中徑與中徑公差之差為最小中徑，公式為：d2min=d2max-Td2。

3）小徑計算公式。內螺紋最小小徑與容隙之差為最大小徑，公式為：d1max=D1min-2ac；外螺紋最大小徑與小徑公差之差為最小小徑，公式為：d1min=d1max-Td1。

1.1.2 內螺紋計算

1）大徑計算公式。外螺紋最大大徑與容隙之和為最小大徑，公式為：Dmin=D+2ac；內螺紋最小大徑與大徑公差之和為最大大徑，公式為：Dmax=Dmin+TD。

2）中徑計算公式。外螺紋最大大徑與基本牙高之差，為最小中徑（基本尺寸），公式為：D2min=dmax-h；內螺紋最小中徑與中徑公差之和為最大中徑，公式為：D2max=D2min+TD2。

3）小徑計算公式。外螺紋最大大徑與兩倍螺紋牙高之差為最小小徑（基本尺寸），公式為：D1min=dmax-2h；內螺紋最小小徑與小徑公差之和為最大小徑，公式為：D2max=D2min+TD1。

1.2 公差

1）公差等級。保證矮牙愛克母螺紋的互換性，矮牙愛克母螺紋的公差等級可參考一般用途愛克母螺紋的公差等級確定。對于非特殊使用場合，內、外螺紋優先選用相同的公差等級，推薦選用2G級公差；如果有特殊要求，可選用3G或4G級公差。

2）公差帶及公差帶位置的確定。矮牙愛克母螺紋內螺紋的大徑Dmin、中徑D2min和小徑D1min的公差帶位置為H，基本偏差EI=0；外螺紋的大徑d和小徑d1max的公差帶位置為h，基本偏差es=0，外螺紋的中徑d2max基本偏差es為負值，2G級基本偏差es=0.008，3G級基本偏差es=0.006，4G級基本偏差es=0.004。

3）大徑和小徑公差。表1規定了矮牙愛克母螺紋內、外螺紋的大徑和小徑公差計算方式。

表1 內外螺紋的大徑和小徑公差（計算式）

4）中徑公差。對已給定的公差等級，內、外螺紋的中徑公差值相同。中徑公差為螺距項增量與直徑項增量之和，計算公式：2G級公差=0.03+0.006，3G級公差=0.014+0.0028，4G級公差=0.01+0.002。

2 設計實例

設計標記為5.3024"-4-Stub Acme的矮牙愛克母內、外螺紋尺寸及公差。實例要求的愛克母螺紋的基本尺寸為5.3024in，牙數為4牙/in，公差等級未標注，故優先選用2G級公差。據前所述可按以下方法進行計算。

1）基本尺寸：d=D=5.3024×25.4 mm=134.68096 mm；P=1/4×25.4 mm=6.35 mm；h=0.3P=0.3×6.35 mm=1.905 mm；2ac=0.02×25.4 mm=0.508 mm。

2）尺寸公差。表2給定了螺紋相關尺寸的公差值及偏差的計算方式及計算數值。

表2 螺紋相關尺寸的公差值及偏差計算表

3）設計尺寸：

Dmin=D基本+2ac=134.68096 mm+0.508 mm=135.18896 mm；

Dmax=Dmin+TD=135.18896 mm+0.145 mm=135.33396 mm；

D2min=d-h=134.68096 mm-1.905 mm=132.77596 mm；

D2max=D2min+TD2=132.77596 mm+0.145 mm=132.92096 mm；

D1min=d-2h=134.68096 mm-3.81 mm=130.87096 mm；

D1max=D1min+TD1=130.87096 mm+0.095 mm=130.96596 mm；

dmin=d-Td=134.68096 mm-0.095 mm=134.58596 mm；

d2max=D2max-es=132.77596 mm-0.07 mm=132.61096 mm；

d2min=d2max-Td2=132.61096 mm-0.215 mm=132.39596 mm；

d1max=D1min-2ac=130.87096 mm-0.508 mm=130.36296 mm；

d1min=d1max-Td1=130.36296 mm-0.145 mm=130.21796 mm。

4）尺寸標注。根據計算，各尺寸的標注如表3。

表3 實例螺紋計算基本尺寸

3 結語

對于非標準系列矮牙愛克母螺紋，可以在參照美國相關標準的基礎上采用本文所述的方法就能夠快速、準確地計算出矮牙愛克母螺紋的相關參數，從而在矮牙愛克母螺紋的設計上為廣大設計人員提供一定便利。

［1］ 李新勇，趙志平.非標準系列一般用途愛克母螺紋尺寸的設計計算［J］.石油礦場機械，2010，39（3）：56-58.

［2］ 全國螺紋標準化委員會.公制、美制和英制螺紋標準手冊［M］.3版.北京：中國標準出版社，2009.

［3］ AN AMERICAN NATIONAL STANDARD.ASME B1.5-1997［R2004］［S］.Acme Screw Threads，1999.

［4］ AN AMERICAN NATIONAL STANDARD.ASME B1.8-1988［R2001］［S］.Stub Acme Screw Threads，1988.