螺紋牙型完整解析:60°三角牙、55°惠氏牙、梯形牙與圓形牙比較
螺紋牙型(Thread Profile)是機械連接與傳動設計中的核心幾何要素,直接影響螺紋的強度、密封性、摩擦係數與承載能力。常見牙型包含 60° 三角牙(ISO / UN)、55° 惠氏牙(Whitworth)、梯形牙(Trapezoidal / ACME)與圓形牙(Round Thread),每種牙型在角度、牙頂與牙根圓角設計上皆有不同標準。正確選擇螺紋牙型,能有效提升加工精度、延長使用壽命並確保結構可靠性。
圖表中55°牙型如標示為「威氏螺紋」，即正文所稱之「惠氏螺紋(Whitworth)」，為同一標準之不同譯名。
一、螺紋牙型基本概念
螺紋牙型指螺紋的截面形狀(Thread Cross Section),核心幾何參數包含牙角(Thread Angle)、螺距(Pitch, P)、牙高(Height, H),以及牙頂與牙根圓角(Crest & Root Radius)。
二、常見螺紋牙型分類
依牙角與用途,常見螺紋牙型可分為四大類:
| 牙型 | 牙角 | 優點 | 應用 |
|---|---|---|---|
| 60° 三角螺紋(ISO / UN) | 60°(30°+30°) | 通用性高、易加工、精度穩定 | 機械結構、螺栓螺帽 |
| 55° 惠氏螺紋(Whitworth) | 55°(27.5°+27.5°),牙頂牙根為圓弧 | 降低應力集中、提高耐疲勞性 | 英制設備、管路連接 |
| 梯形螺紋(Tr / ACME) | 30°(ISO Tr)或 29°(ACME),平頂設計 | 高承載能力、適合傳動用途 | 導螺桿、機械驅動 |
| 圓形螺紋(Round Thread) | 圓弧牙型 | 抗衝擊、不易卡屑 | 食品設備、消防設備 |
三、內螺紋 vs 外螺紋差異
同一牙型在內外螺紋上的幾何略有不同,兩者需配合設計以確保間隙配合、密封效果與強度匹配。
| 類型 | 加工位置 | 牙型特徵 |
|---|---|---|
| 外螺紋(External) | 加工於軸外部 | 牙頂較尖 |
| 內螺紋(Internal) | 加工於孔內 | 牙底較圓 |
四、牙型幾何設計重點
牙角、圓角與螺距是牙型設計的三大關鍵:牙角大小影響受力方式與用途(60° V 泛用、梯形/ACME 小牙角以對稱大接觸面利於傳動與承載);牙頂牙根圓角可降低應力集中、延長壽命;螺距越大移動越快、越小則定位越精密。
| 參數 | 影響 |
|---|---|
| 牙角 | 大角度→強度高;小角度→傳動效率佳 |
| 圓角設計 | 降低應力集中、延長壽命 |
| 螺距(Pitch) | 大螺距→快速移動;小螺距→精密定位 |
五、修光刃(Wiper)補充說明
修光刃影響螺紋表面品質與可加工螺距範圍:無修光刃可一刀多螺距但表面較粗;有修光刃對應單一螺距,表面品質較佳。
| 類型 | 特性 |
|---|---|
| 無修光刃 | 一刀多螺距、表面較粗 |
| 有修光刃 | 對應單一螺距、表面品質佳 |
六、牙型選型建議與比較
依需求選擇牙型:高精度用 ISO / UN 搭配修光刃;高強度用惠氏螺紋(圓角設計);傳動用途用梯形 / ACME;惡劣環境用圓形螺紋。各螺紋標準的加工參數見〈外螺紋加工參數指南〉與〈內螺紋加工參數指南〉;螺紋種類總覽見〈螺紋種類總覽〉。
| 類型 | 角度 | 特性 | 用途 |
|---|---|---|---|
| ISO / UN | 60° | 通用 | 螺絲 |
| Whitworth | 55° | 抗疲勞 | 管件 |
| Tr / ACME | 30° / 29° | 傳動 | 螺桿 |
| Round | 曲面 | 抗衝擊 | 食品設備 |
常見問題 FAQ
Q:60° 三角牙和 55° 惠氏牙差在哪?
60° 三角牙(ISO/UN)牙角較大、通用性高、易加工、精度穩定,是最普遍的機械結構螺紋;55° 惠氏牙(Whitworth)牙頂牙根為圓弧,可降低應力集中、耐疲勞性佳,常見於英制設備與管路連接。
Q:傳動用途要選什麼牙型?
傳動用途建議選梯形螺紋(ISO Tr 30° 或 ACME 29°),平頂設計、承載能力高,適合導螺桿與機械驅動。牙角較小有利於傳動效率,並以對稱大接觸面提供高承載,適合導螺桿與機械驅動。
Q:內螺紋和外螺紋牙型一樣嗎?
牙型標準相同,但幾何細節略有差異:外螺紋加工於軸外部、牙頂較尖;內螺紋加工於孔內、牙底較圓。此圓角方向依標準規範而定，例如惠氏螺紋、UNJ/MJ航太螺紋才會特別在牙底做圓角以提升疲勞強度，並非所有標準都以外/內螺紋二分。兩者需配合設計以確保間隙配合、密封效果與強度匹配。
Q:牙頂牙根做圓角有什麼好處?
牙頂與牙根圓角可降低應力集中,提高耐疲勞性、延長使用壽命,對承受交變負載的連接尤其重要。惠氏螺紋與航空用 UNJ 都採圓角設計以強化疲勞強度。
發布日期:2026-07-23｜最後更新:2026-07-24
本主題的完整導讀見〈螺紋加工完整導讀〉。
