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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)、圓形牙(Round Thread)等,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。

螺紋牙型基本概念

螺紋牙型是指:

 螺紋截面形狀(Thread Cross Section)

其核心幾何參數包含:

  • 牙角(Thread Angle)

  • 螺距(Pitch, P)

  • 牙高(Height, H)

  • 牙頂與牙根圓角(Crest & Root Radius)

常見螺紋牙型分類

 60°三角螺紋(ISO / UN)

特點:

  • 牙角:60°(30° + 30°)

  • 標準:ISO公制、UN美制

優點:

  • 通用性高

  • 易加工

  • 精度穩定

應用:

  • 機械結構

  • 螺栓螺帽


 55°惠氏螺紋(Whitworth)

特點:

  • 牙角:55°(27.5° + 27.5°)

  • 牙頂與牙根為圓弧

優點:

  • 降低應力集中

  • 提高耐疲勞性

應用:

  • 英制設備

  • 管路連接


 梯形螺紋(Tr / ACME)

特點:

  • 牙角:30°(ISO Tr)或29°(ACME)

  • 平頂設計

優點:

  • 高承載能力

  • 適合傳動用途

應用:

  • 滾珠螺桿

  • 機械驅動


 圓形螺紋(Round Thread)

特點:

  • 圓弧牙型

優點:

  • 抗衝擊

  • 不易卡屑

應用:

  • 食品設備

  • 消防設備


六、內螺紋 vs 外螺紋差異

外螺紋(External Thread)

  • 加工於軸外部

  • 牙頂較尖


內螺紋(Internal Thread)

  • 加工於孔內

  • 牙底較圓


 兩者需配合設計,確保:

  • 間隙配合

  • 密封效果

  • 強度匹配


七、牙型幾何設計重點

 牙角影響

  • 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


八、修光刃(Wiper)補充說明

圖片中重點:

 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


九、選型建議(工程實務)

 高精度需求

 ISO / UN + 修光刃


 高強度需求

惠氏螺紋(圓角設計)


 傳動用途

梯形 / ACME


 惡劣環境

 圓形螺紋


十、牙型比較表

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

 

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