美制統(tǒng)一螺紋測量方法比較與分析

/上海市質量監(jiān)督檢驗技術研究院

0 引言

目前世界上有三大螺紋技術體系：歐洲米制螺紋、美制統(tǒng)一螺紋（UN）（以下簡稱為統(tǒng)一螺紋）與英制惠氏螺紋，其中統(tǒng)一螺紋[（1864年改造英國W螺紋，60°平牙頂、平牙底，二戰(zhàn)后盟軍國防部將其變?yōu)榻y(tǒng)一 UN 螺紋（ASME B1.1）][1]最為典型，在目前的緊固螺紋中仍然占主導地位。在研制出口型設備、國際通用型設備，尤其是美制設備時有著廣泛的應用[2]。

1 統(tǒng)一螺紋的檢測手段分類

與統(tǒng)一螺紋的廣泛應用形成鮮明對比的是，統(tǒng)一螺紋的檢測校準方法各國標準不一，至今也沒有一致認可的規(guī)范與方法。目前，國內應用最廣泛的三種測量方法是校對規(guī)比測法、測長儀中徑測量法以及綜合螺紋測量儀輪廓掃描法。

1.1 校對規(guī)比測法

1905年發(fā)明螺紋通止規(guī)（泰勒原則）即校對規(guī)（包括環(huán)規(guī)和塞規(guī)），其為比較測量的方法，如在測量3/4-16UNF-2A螺紋環(huán)規(guī)通端時，選用同型號3/4-16UNF-2A的螺紋校對塞規(guī)，當校對規(guī)通規(guī)通過（TT通）被測螺紋且校對規(guī)止規(guī)不通過（TZ止）被測螺紋時證明螺紋符合校對規(guī)要求。相反當校對規(guī)通規(guī)不通過（TT止）被測螺紋或者校對規(guī)止規(guī)通過（TZ通）被測螺紋時證明該螺紋不合格。這種方法只保證螺紋裝配性通止方式給出定性結果，不能對單項參數(shù)做出定量分析，故雖然大多數(shù)生產(chǎn)廠家采用這種相對簡單快捷的檢測方法，但是其作用面較窄，不能滿足對準確度要求較高的測量（美制可調式螺紋除外）[3]。

1.2 測長儀中徑測量法

測長儀為目前普遍應用的幾何量檢測設備，其準確度高、穩(wěn)定性好，可以通過測量加計算得到螺紋的中徑值，被應用于螺紋中徑的測量。選用的三針或者測球直徑dD應盡量接近最佳直徑d0。在相互垂直的兩個截面上測量m值（m值為球心的水平距離）。利用已知的螺距P，牙形角α，以及探針直徑dD代入式（1），計算單一中徑[4]。其中A1、A2為修正量，查表可得。

1.3 綜合螺紋測量儀輪廓掃描法

綜合螺紋測量儀輪廓掃描法，其通過探頭接觸式掃描內外螺紋輪廓的方式，再通過計算機擬合出螺紋實際輪廓，然后計算得到螺紋的大徑、小徑、螺距、牙形半角以及中徑。因其沒有球徑補償值以及人為操作誤差，這種輪廓掃描法對于準確度較高的螺紋測量有比較明顯的優(yōu)勢。但是該法存在儀器成本較高以及檢測周期較長等明顯的缺點[5]。

2 中徑測量比對分析

通過檢測一個7/16-20UNF-2A通端螺紋環(huán)規(guī)的實例，對比測長儀與綜合螺紋測量儀在統(tǒng)一螺紋中徑檢測中的實際測量過程，然后通過各項規(guī)格的統(tǒng)一螺紋的檢測數(shù)據(jù)分析說明兩種方法測量結果的一致性與差異性。

2.1 螺紋校對規(guī)

選取 7/16-20UNF-2A 通端通規(guī)（TT） 與7/16-20UNF-2A 通端止規(guī)（TZ）與被測螺紋做旋合試驗，結果通端通規(guī)（TT）完全通過被測螺紋，通端止規(guī)（TZ）在被測螺紋約7/8圈處止住。校對規(guī)定性合格，但是無法定量給出中徑值，并且因為結果證明被測環(huán)規(guī)已經(jīng)接近不合格位置（1圈附近），需要對數(shù)值做準確測量。

2.2 測長儀

選用一臺TRIMOS一米測長機，設備型號LABC1000P，準確度：±（0.15 +L/2000） μm。

如表1所示，最終通過測長儀雙測頭法，測得中徑平均值為M1= 10.2536 mm，擴展不確定度：

表1 測長儀結果

2.3 綜合螺紋測量儀

選用一臺荷蘭產(chǎn)的IAC綜合螺紋測量儀，型號規(guī)格 MSXP16060P，準確度：±（2.5 +L/200） μm。

如表2所示，最終通過綜合螺紋測量儀輪廓掃描法，測得中徑值為（10.2490～ 10.2550） mm，均值為M2= 10.2520 mm，擴展不確定度：

表2 綜合螺紋測量儀掃描結果

En值遠小于1，證明在7/16-20UNF-2A通端螺紋環(huán)規(guī)測量中，兩種測量方法測量結果的同一性較好，滿足測量要求。

按照上述方法，對各項規(guī)格的統(tǒng)一螺紋環(huán)規(guī)、塞規(guī)進行檢測和數(shù)據(jù)分析，如表3、表4所示。

表3、表4中的數(shù)據(jù)清晰地展現(xiàn)出，在統(tǒng)一螺紋塞規(guī)的中徑測量中，兩種方法的測量結果差異性極小，而在統(tǒng)一螺紋環(huán)規(guī)的中徑測量中兩種方法的測量結果差異性也是極小的，只有在極大值與極小值情況下出現(xiàn)了En值的升高。導致出現(xiàn)這類偏差的原因主要是測球直徑dD與最佳直徑d0存在微小誤差，以及螺紋尺寸過小時人為誤差增大[6]。

表3 統(tǒng)一螺紋環(huán)規(guī)中徑測量結果

表4 統(tǒng)一螺紋塞規(guī)中徑測量結果

3 結語

本文介紹了三種統(tǒng)一螺紋的中徑值檢測方法，并指出三種方法的優(yōu)缺點。通過檢測一個7/16-20UNF-2A通端螺紋環(huán)規(guī)的實例，詳細說明了螺紋校對規(guī)只能進行定性，不能進行定量分析，測長儀中徑測量法與綜合螺紋測量儀輪廓掃描法在測量結果上的同一性。最后分析對比了各項尺寸統(tǒng)一螺紋環(huán)規(guī)塞規(guī)的數(shù)據(jù)，得出測長儀中徑測量法與綜合螺紋測量儀輪廓掃描法的測量結果差異性極小，只有在極大值或極小值時，由于測球直徑dD與最佳直徑d0引入的誤差，以及螺紋過小尺寸時人為誤差增大，才導致了En值出現(xiàn)小幅度上升。