美制统一螺纹测量方法比较与分析

0　引言

    目前世界上有三大螺纹技术体系：欧洲米制螺 纹、美制统一螺纹（UN（以下简称为统一螺纹） 与英制惠氏螺纹，其中统一螺纹 [（1864 年改造英国 W 螺纹，60°平牙顶、平牙底，二战后盟军国防 部将其变为统一 UN 螺纹（ASME B1.1）] [1] 最为典型， 在目前的紧固螺纹中仍然占主导地位。在研制出口 型设备、国际通用型设备，尤其是美制设备时有着 广泛的应用 [2]。

1　统一螺纹的检测手段分类

    与统一螺纹的广泛应用形成鲜明对比的是，统 一螺纹的检测校准方法各国标准不一，至今也没有 一致认可的规范与方法。目前，国内应用最广泛的 三种测量方法是校对规比测法、测长仪中径测量法 以及综合螺纹测量仪轮廓扫描法。

1.1　校对规比测法

    1905 年发明螺纹通止规（泰勒原则）即校对 规（包括环规和塞规），其为比较测量的方法，如在 测量 3/4-16UNF-2A 螺纹环规通端时，选用同型号 3/4-16UNF-2A 的螺纹校对塞规，当校对规通规通过 （TT 通）被测螺纹且校对规止规不通过（TZ 止）被 测螺纹时证明螺纹符合校对规要求。相反当校对规 通规不通过（TT 止）被测螺纹或者校对规止规通过 （TZ 通）被测螺纹时证明该螺纹不合格。这种方法 只保证螺纹装配性通止方式给出定性结果，不能对 单项参数做出定量分析，故虽然大多数生产厂家采 用这种相对简单快捷的检测方法，但是其作用面较 窄，不能满足对准确度要求较高的测量（美制可调 式螺纹除外）[3]。

1.2　测长仪中径测量法

    测长仪为目前普遍应用的几何量检测设备，其 准确度高、稳定性好，可以通过测量加计算得到螺 纹的中径值，被应用于螺纹中径的测量。选用的三 针或者测球直径 dD 应尽量接近最佳直径 d0。在相互 垂直的两个截面上测量 m 值（m 值为球心的水平距 离）。利用已知的螺距 P，牙形角 α，以及探针直径 dD 代入式（1），计算单一中径 [4]。其中 A1、A2 为修 正量，查表可得。

1.3　综合螺纹测量仪轮廓扫描法

综合螺纹测量仪轮廓扫描法，其通过探头接触 式扫描内外螺纹轮廓的方式，再通过计算机拟合出 螺纹实际轮廓，然后计算得到螺纹的大径、小径、 螺距、牙形半角以及中径。因其没有球径补偿值以 及人为操作误差，这种轮廓扫描法对于准确度较高 的螺纹测量有比较明显的优势。但是该法存在仪器 成本较高以及检测周期较长等明显的缺点 [5]。

2　中径测量比对分析

    通过检测一个 7/16-20UNF-2A 通端螺纹环规的 实例，对比测长仪与综合螺纹测量仪在统一螺纹中 径检测中的实际测量过程，然后通过各项规格的统 一螺纹的检测数据分析说明两种方法测量结果的一 致性与差异性。

2.1　螺纹校对规选取

    7/16-20UNF-2A 通 端 通 规（TT） 与 7/16-20UNF-2A 通端止规（TZ）与被测螺纹做旋合 试验，结果通端通规（TT）完全通过被测螺纹，通端止规（TZ）在被测螺纹约 7/8 圈处止住。校对规 定性合格，但是无法定量给出中径值，并且因为结 果证明被测环规已经接近不合格位置（1 圈附近）， 需要对数值做准确测量。

2.2　测长仪 选 用

    一 台 TRIMOS 一 米 测 长 机， 设 备 型 号 LABC1000P，准确度：±（0.15 + L/2 000） μm。如表 1 所示，最终通过测长仪双测头法，测得 中径平均值为 M1 = 10.253 6 mm，扩展不确定度：U1 = 3.4 μm （k = 2）。

2.3　综合螺纹测量仪

    选用一台荷兰产的 IAC 综合螺纹测量仪，型号 规格 MSXP16060P，准确度：±（2.5 + L/200） μm。如表 2 所示，最终通过综合螺纹测量仪轮廓扫 描法，测得中径值为（10.249 0 ～ 10.255 0） mm， 均值为 M2 = 10.252 0 mm，扩展不确定度：U2 = 3.7 μm（k = 2）。

    En 值远小于 1，证明在 7/16-20UNF-2A 通端螺 纹环规测量中，两种测量方法测量结果的同一性较 好，满足测量要求。

    按照上述方法，对各项规格的统一螺纹环规、 塞规进行检测和数据分析，如表 3、表 4 所示。

    表 3、表 4 中的数据清晰地展现出，在统一螺纹塞规的中径测量中，两种方法的测量结果差异性 极小，而在统一螺纹环规的中径测量中两种方法的 测量结果差异性也是极小的，只有在极大值与极小 值情况下出现了 En 值的升高。导致出现这类偏差的 原因主要是测球直径 dD 与最佳直径 d0 存在微小误 差，以及螺纹尺寸过小时人为误差增大 [6]。

3　结语

    本文介绍了三种统一螺纹的中径值检测方法， 并 指 出 三 种 方 法 的 优 缺 点。通 过 检 测 一 个 7/16- 20UNF-2A 通端螺纹环规的实例，详细说明了螺纹 校对规只能进行定性，不能进行定量分析，测长仪 中径测量法与综合螺纹测量仪轮廓扫描法在测量结 果上的同一性。最后分析对比了各项尺寸统一螺纹 环规塞规的数据，得出测长仪中径测量法与综合螺 纹测量仪轮廓扫描法的测量结果差异性极小，只有 在极大值或极小值时，由于测球直径 dD 与最佳直径 d0 引入的误差，以及螺纹过小尺寸时人为误差增大， 才导致了 En 值出现小幅度上升。

参考文献

[1] Oliveira MSN，McKinley GH.Iterated stretching and multiple beadson-a-string phenomena in dilute solutions of highly extensible flexible polymers [J].Physics of Fluids，2005（7）：1704-1711.

[2] 高友珍.英制螺纹标准简介[J].铁道技术监督，2004，（1）：9-11.

[3] 宫美望，王召孟，张莉娟.基于泰勒原则的螺纹工件检验与其不 合格品的追溯方向分析[J].工业计量，2010，（3）：7-9.

[4] 宋毓琼，代娜，杨军.三针法测量圆柱螺纹塞规中径的测量不确 定度评定[J].计量技术，2012（11）：75-76.

[5] 刘盼.基于螺纹综合扫描仪的螺纹参数测量方法研究[J].航空制造 技术，2017（13）：100-104+109.

[6] 曾瑞准.采用非最佳三针测量螺纹中径的数学模型[J].计量技术， 2009（5）：46-47.