一、什么是螺纹？
螺纹是紧固件中最核心的功能要素。螺栓、螺母、螺钉等紧固件依靠内外螺纹的旋合配合实现紧固连接。螺纹的基本要素包括牙型、公称直径、螺距、旋向和线数。理解这些基础知识是正确选用紧固件的前提。
在工业实践中，最常见的螺纹类型包括公制螺纹（M制）、英制惠氏螺纹（BSW/BSF）和美制统一螺纹（UNC/UNF）三大体系。中国紧固件标准以公制螺纹为主导，等效采用ISO标准。
二、公制螺纹（M制）详解
2.1 牙型参数
公制螺纹采用60°等边三角形牙型（牙型角60°），牙顶削平，牙底为圆弧过渡。其基本尺寸关系如下：
| 参数 | 代号 | 计算公式 |
|---|---|---|
| 牙型角 | α | 60° |
| 螺距 | P | 标准值（见规格表） |
| 大径（公称直径） | d / D | 标准值 |
| 中径 | d₂ / D₂ | d – 0.6495P |
| 小径 | d₁ / D₁ | d – 1.0825P |
| 牙高（外螺纹） | h | 0.5413P |
| 螺纹升角 | ψ | arctan(P / πd₂) |
注：d为外螺纹参数，D为内螺纹参数
2.2 粗牙与细牙
公制螺纹分为粗牙和细牙两种。同一公称直径下，细牙的螺距比粗牙小：
| 公称直径 | 粗牙螺距(mm) | 常用细牙螺距(mm) | 选用建议 |
|---|---|---|---|
| M6 | 1.0 | 0.75 | 一般连接用粗牙；薄壁件、需要微调用细牙 |
| M8 | 1.25 | 1.0 | 一般连接用粗牙；振动环境优先细牙 |
| M10 | 1.5 | 1.25 / 1.0 | 一般连接用粗牙；液压管接头用细牙 |
| M12 | 1.75 | 1.5 / 1.25 | 一般连接用粗牙；高强度连接推荐细牙 |
| M16 | 2.0 | 1.5 | 一般连接用粗牙；精密设备用细牙 |
| M20 | 2.5 | 1.5 | 一般连接用粗牙；承受疲劳载荷用细牙 |
| M24 | 3.0 | 2.0 | 一般连接用粗牙；高压法兰用细牙 |
选用要点：细牙螺纹因螺距小，自锁性能更好，抗振能力更强，且在相同拧紧力矩下可获得更大的预紧力。但细牙螺纹对加工精度要求更高，且容易在粗暴操作中损伤螺纹。
2.3 公制螺纹标记方法
公制螺纹的完整标记格式为：特征代号 + 公称直径 × 螺距 – 公差带代号 – 旋合长度 – 旋向
| 标记示例 | 含义 |
|---|---|
| M10 | 公称直径10mm的粗牙普通螺纹 |
| M10×1 | 公称直径10mm、螺距1mm的细牙螺纹 |
| M16×2-6g | 粗牙螺纹，公差带6g（外螺纹中径和大径公差） |
| M20×1.5-6H/6g | 内螺纹6H配合外螺纹6g的细牙螺纹 |
| M24×2-6g-L | L表示长旋合长度组 |
| M12×1.5LH | LH表示左旋螺纹 |
三、英制螺纹体系
3.1 惠氏螺纹（BSW/BSF）
英制惠氏螺纹牙型角为55°，以每英寸牙数（TPI）表示螺距。BSW为粗牙系列，BSF为细牙系列。目前主要在英国及英联邦国家的部分老设备维修中使用。
| 规格 | 外径(inch) | 每英寸牙数(BSW) | 每英寸牙数(BSF) | 近似公制对应 |
|---|---|---|---|---|
| 1/4″ | 0.250 | 20 | 26 | ≈M6.35 |
| 5/16″ | 0.3125 | 18 | 22 | ≈M7.94 |
| 3/8″ | 0.375 | 16 | 20 | ≈M9.53 |
| 1/2″ | 0.500 | 12 | 16 | ≈M12.70 |
| 3/4″ | 0.750 | 10 | 14 | ≈M19.05 |
| 1″ | 1.000 | 8 | 12 | ≈M25.40 |
3.2 美制统一螺纹（UNC/UNF）
美制统一螺纹牙型角为60°（与公制相同），是北美及部分国际市场的主流标准。UNC为粗牙系列（Unified National Coarse），UNF为细牙系列（Unified National Fine），还有UNS（特殊螺距）和UNEF（超细牙）系列。
| 规格 | 外径(inch) | UNC TPI | UNF TPI | 近似公制对应 |
|---|---|---|---|---|
| #10 | 0.190 | 24 | 32 | ≈M4.83 |
| 1/4″ | 0.250 | 20 | 28 | ≈M6.35 |
| 3/8″ | 0.375 | 16 | 24 | ≈M9.53 |
| 1/2″ | 0.500 | 13 | 20 | ≈M12.70 |
| 5/8″ | 0.625 | 11 | 18 | ≈M15.88 |
| 3/4″ | 0.750 | 10 | 16 | ≈M19.05 |
四、自攻螺纹与特殊螺纹
4.1 自攻螺纹
自攻螺钉的螺纹与普通螺纹有明显区别。自攻螺纹特点是螺距大、牙型尖锐，可以在预制底孔中自行攻出内螺纹。常见标准包括：
- GB/T 845：十字槽盘头自攻螺钉，螺纹符合GB/T 5280
- GB/T 15856：钻尾自攻螺钉（燕尾螺钉），可自行钻孔攻丝
- ST螺纹：自攻螺钉专用螺纹代号，如ST4.2、ST4.8等
4.2 管螺纹
管螺纹用于管道连接，分为非密封管螺纹（G系列，GB/T 7307）和密封管螺纹（R系列，GB/T 7306）。管螺纹的特点是以管子内径（通径）为基准尺寸，牙型角55°，螺距以TPI表示。
| 管螺纹代号 | 每英寸牙数 | 基准直径(mm) | 应用场景 |
|---|---|---|---|
| G1/4 | 19 | 13.157 | 液压管路、气动元件 |
| G3/8 | 19 | 16.662 | 中小型液压管路 |
| G1/2 | 14 | 20.955 | 中型管路连接 |
| R1/2 | 14 | 20.955 | 密封管路连接 |
| NPT1/2 | 14 | 21.223 | 北美标准密封管路 |
五、螺纹公差与配合
螺纹配合精度直接影响连接的可靠性和互换性。国标GB/T 197规定了螺纹公差等级：
| 公差等级 | 精度 | 应用场景 |
|---|---|---|
| 4H/4h | 精密级 | 精密仪器、航空航天 |
| 5H/5g6g | 中等级 | 一般机械连接 |
| 6H/6g | 标准级 | 最常用的通用配合 |
| 7H/8g | 粗糙级 | 建筑、非精密结构 |
配合规则：H/h配合为间隙配合（无预紧力的旋入配合），6H/6g为最常用的标准配合。紧固件批量生产时，螺母通常为6H公差，螺栓为6g公差，确保互换性。
六、螺纹选用实操建议
- 一般结构连接：优先选用粗牙螺纹（如M10、M12、M16），粗牙加工容易，抗振性能满足一般工况
- 振动环境：优先选用细牙螺纹（如M10×1、M12×1.5），配合锁紧螺母或螺纹锁固胶使用
- 薄壁件连接：选用细牙螺纹，避免粗牙螺纹穿透薄壁件
- 液压/气动管路：选用管螺纹（G或R系列），不可用公制螺纹替代
- 进口设备维修：注意区分英制（BSW/BSF）和美制（UNC/UNF）螺纹，两者不可互换
- 自攻螺钉底孔：按标准推荐钻孔直径，孔径过大则螺纹咬合不足，过小则攻丝困难
七、常见问题（FAQ）
Q1：M10和M10×1.5有区别吗？
有区别。M10指的是公称直径10mm的粗牙螺纹，螺距为1.5mm；而M10×1.5实际就是粗牙M10的完整标注（通常简写为M10）。如果标注为M10×1.0或M10×1.25，则表示细牙螺纹，螺距分别为1.0mm和1.25mm。在采购和加工时，粗牙和细牙必须严格区分。
Q2：公制M12和英制1/2″螺纹能互换吗？
不能互换。M12螺纹公称直径为12mm，1/2″螺纹公称直径为12.7mm，虽然接近但螺距不同（M12粗牙螺距1.75mm，1/2″UNC螺距2.117mm），强行旋合会损坏螺纹甚至发生卡死。
Q3：螺纹中径是什么意思？为什么重要？
中径是一个假想圆柱的直径，在该圆柱上螺纹的牙厚与槽宽相等。中径是决定螺纹配合质量的最关键尺寸——中径偏差直接影响螺纹的旋合松紧程度。螺纹量规（通止规）主要就是检测中径的合格性。
Q4：左旋螺纹在什么场合使用？
左旋螺纹（LH）用于防止因旋转方向导致松动的场合。典型应用：自行车左侧脚踏踏板、燃气瓶阀门左旋连接、某些旋转机械的锁紧螺母等。紧固件采购时左旋螺纹需特别标注，因为绝大多数紧固件为右旋螺纹。
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