非标准矮牙爱克母螺纹的设计计算

明立权， 白平， 李建军

（天合石油集团汇丰石油装备股份有限公司，黑龙江牡丹江157000）

0 引言

矮牙爱克母螺纹（Stub Acme），出现于20世纪初期，通常用在特殊场合。出于机械或冶金方面的考虑，需要使用粗牙系列的矮牙螺纹。

自1952年美国发布了矮牙爱克母螺纹标准ASA B1.8以来，该标准经历了1973年、1977年和1988年三次修订，目前该标准的最新版本为ASME/ANSIB1.8-1988［R2001］，由于没有国内标准能够完全替代该标准，因此在矮牙爱克母螺纹的设计上我国设计人员大多参考此标准。该标准规定了公称尺寸在0.25～5in范围内的标准系列矮牙爱克母螺纹的基本参数及详细尺寸。但是在实际运用中，在此尺寸范围之外的非标准矮牙爱克母螺纹应用也较为广泛，特别是在美制产品中广泛采用了该种系列的非标准矮牙爱克母螺纹，同时由于我国石化行业中采用或仿制的美制产品较多，加之实际应用中没有统一的国内规范，因此在对该类产品中所使用的矮牙爱克母螺纹进行替换设计时，很容易造成该种螺纹设计参数不够准确，进而导致相关产品之间互换性不强，同时更有可能造成该类产品使用时的安全及可靠性下降。基于以上原因，本文主要参照美国矮牙爱克母标准中的基本规定，探讨通用系列非标单线矮牙爱克母螺纹参数的设计计算方法。

1 设计计算

图1是通用系列矮牙爱克母螺纹的基本牙型设计图。

图1 矮牙爱克母螺纹的牙型

2α=29°；α=14.5°；

P=牙距（螺距）；螺纹牙高H=0.3P；内螺纹牙顶的基本宽度FCN=0.4224P；外螺纹平牙顶的宽度FCS=0.4224P-0.259×外螺纹中径容隙；内螺纹平牙底的宽度FRN=0.4224P-0.259×内螺纹大径容隙；外螺纹平牙底的宽度FRS=0.4224P-0.259×（外螺纹小径容隙-外螺纹中径容隙）；2ac=0.02in（螺纹每英寸牙数≤10），2ac=0.01in（螺纹每英寸牙数≥10）。

1.1 基本尺寸

全部等级的矮牙爱克母螺纹的基本尺寸包含：1）螺纹公称尺寸即外螺纹最大大径；2）内螺纹的最小中径；3）内螺纹的最小小径。

1.1.1 外螺纹计算

1）大径计算公式。最大大径（基本尺寸）与公称直径（公称尺寸）D相等，公式为：dmax=d基本=D基本；外螺纹最大大径与大径公差之差为最小大径，公式为：dmin=d基本-Td。

2）中径计算公式。内螺纹最小中径与容隙之差为最大中径，公式为：d2max=D2min-2ac；外螺纹最大中径与中径公差之差为最小中径，公式为：d2min=d2max-Td2。

3）小径计算公式。内螺纹最小小径与容隙之差为最大小径，公式为：d1max=D1min-2ac；外螺纹最大小径与小径公差之差为最小小径，公式为：d1min=d1max-Td1。

1.1.2 内螺纹计算

1）大径计算公式。外螺纹最大大径与容隙之和为最小大径，公式为：Dmin=D+2ac；内螺纹最小大径与大径公差之和为最大大径，公式为：Dmax=Dmin+TD。

2）中径计算公式。外螺纹最大大径与基本牙高之差，为最小中径（基本尺寸），公式为：D2min=dmax-h；内螺纹最小中径与中径公差之和为最大中径，公式为：D2max=D2min+TD2。

3）小径计算公式。外螺纹最大大径与两倍螺纹牙高之差为最小小径（基本尺寸），公式为：D1min=dmax-2h；内螺纹最小小径与小径公差之和为最大小径，公式为：D2max=D2min+TD1。

1.2 公差

1）公差等级。保证矮牙爱克母螺纹的互换性，矮牙爱克母螺纹的公差等级可参考一般用途爱克母螺纹的公差等级确定。对于非特殊使用场合，内、外螺纹优先选用相同的公差等级，推荐选用2G级公差；如果有特殊要求，可选用3G或4G级公差。

2）公差带及公差带位置的确定。矮牙爱克母螺纹内螺纹的大径Dmin、中径D2min和小径D1min的公差带位置为H，基本偏差EI=0；外螺纹的大径d和小径d1max的公差带位置为h，基本偏差es=0，外螺纹的中径d2max基本偏差es为负值，2G级基本偏差es=0.008，3G级基本偏差es=0.006，4G级基本偏差es=0.004。

3）大径和小径公差。表1规定了矮牙爱克母螺纹内、外螺纹的大径和小径公差计算方式。

表1 内外螺纹的大径和小径公差（计算式）

4）中径公差。对已给定的公差等级，内、外螺纹的中径公差值相同。中径公差为螺距项增量与直径项增量之和，计算公式：2G级公差=0.03+0.006，3G级公差=0.014+0.0028，4G级公差=0.01+0.002。

2 设计实例

设计标记为5.3024"-4-Stub Acme的矮牙爱克母内、外螺纹尺寸及公差。实例要求的爱克母螺纹的基本尺寸为5.3024in，牙数为4牙/in，公差等级未标注，故优先选用2G级公差。据前所述可按以下方法进行计算。

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给定了螺纹相关尺寸的公差值及偏差的计算方式及计算数值。

表2 螺纹相关尺寸的公差值及偏差计算表

3）设计尺寸：

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）尺寸标注。根据计算，各尺寸的标注如表3。

表3 实例螺纹计算基本尺寸

3 结语

对于非标准系列矮牙爱克母螺纹，可以在参照美国相关标准的基础上采用本文所述的方法就能够快速、准确地计算出矮牙爱克母螺纹的相关参数，从而在矮牙爱克母螺纹的设计上为广大设计人员提供一定便利。

［1］ 李新勇，赵志平.非标准系列一般用途爱克母螺纹尺寸的设计计算［J］.石油矿场机械，2010，39（3）：56-58.

［2］ 全国螺纹标准化委员会.公制、美制和英制螺纹标准手册［M］.3版.北京：中国标准出版社，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.