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在各类通用应用中，ISO公制螺纹是无疑是最常见的螺纹类型。
其简洁的命名体系、清晰的几何形状和通行的标准，确保了零件装配的可靠性与一致性。
ISO公制螺纹与主要在北美使用的统一螺纹制 (UTS)（UNC和UNF）有相似之处，因为两者都采用60°的V形轮廓。其主要区别在于，UTS基于英寸，而ISO基于公制，这导致了测量体系的根本不同和零件的无法互换。
梯形螺纹（ACME）则以其29°的梯形轮廓，代表了另一类标准化螺纹。它在北美也很普遍，但主要用于动力传输，而非通用装配。
ISO标准几乎是全球通用的参考。除北美地区外，您遇到的大多数螺钉都将是ISO螺钉。
同时，它在北美的采用率也在不断增加，尤其是在汽车和电子等行业，尽管其普及程度尚不及世界其他地区。
目录
什么是ISO标准？它有何用途？
当谈及螺钉、螺栓和其他紧固件时，一个根本性的问题是：如何保证它们无论产自何处，都能彼此兼容？
答案是：标准化。
ISO螺纹正是一套基于公制系统的标准，它精确定义了螺钉或螺栓的形状、角度和尺寸。
遵循这套规则，世界各地的制造商便可以生产出相互兼容的零件。例如，一枚德国制造的螺栓，将能完美地拧入一颗日本制造的螺母中，因为两者都遵循相同的标准。
当然，前提是两个零件都符合ISO要求，特别是ISO 261和ISO 724标准中规定的尺寸要求，以及ISO 68-1标准中的基本轮廓要求。
通过采用ISO螺纹，全球各行各业避免了高昂的返工成本，减少了错误率，并极大地简化了供应链管理。从汽车到航空航天，再到通用产品的制造，都适用相同的规则，而这种一致性就意味着时间和资源的节约。
如今，公制螺纹系列已在全球通用螺纹市场中占据主导地位。而这一地位的取得绝非偶然。
具体而言，在北美（以统一螺纹标准UTS为主）之外的几乎所有地方，ISO公制螺纹都是通用紧固件的标配。
这种主导地位源于早期推动公制体系的国际协议，而数十年的广泛应用，充分证明了这项协议的成功。
基本轮廓与几何形状
ISO螺纹的形状基于一个简单而对称的V形轮廓。
这个“V”形的顶角为60度，这意味着螺纹的两个牙侧以完全相同的角度倾斜。
要描述一个螺纹，三个主要尺寸至关重要：
- 外径：螺纹的最外缘直径，位于牙顶。
- 内径：螺纹的最内缘直径，位于牙底。
- 螺距：沿螺钉轴线测量的、一个牙顶到相邻牙顶的距离。螺距由ISO 724标准定义。
为了更好地理解这个概念，可以将螺纹的啮合作用类比为钥匙与锁的配合。
钥匙的齿（如同螺栓的螺纹）对应锁芯内部的槽（如同螺母的螺纹）。
由于它们的角度和形状完全匹配，因此可以完美贴合。而分隔它们的微小空间，即所谓的“间隙”，由ISO 965标准中定义的公差等级严格控制。这确保了零件在转动时既不会卡涩，也不会出现过大的晃动。
高度、截平及实用尺寸
理论上，螺纹牙型的高度取决于螺距。
这个几何高度 (H) 精确等于螺距的 (√3/2) 倍，约等于螺距的0.866倍。
然而在实际应用中，螺纹的牙顶（精确截去H的1/8）和牙底（精确截去H的1/4）都经过了截平处理。这种平坦化的设计使螺纹更坚固、不易损坏且更易于制造。
ISO 68-1标准定义了这些要求，并允许外螺纹的牙底可采用圆弧过渡，其最小半径为螺距的0.125倍。
经过这些调整后，螺纹的螺纹工作高度为H的5/8，约等于螺距的0.541倍。
这个数字很重要，因为它在强度计算和加工公式中都至关重要。
在实践中，这个简单的规则可以用来估算攻丝钻头的直径：它约等于大径减去螺距。
例如，一个粗牙螺距为1.5毫米的M10螺钉，需要一个直径约8.5毫米的攻丝钻头。然而，对于精密作业，必须查阅ISO 965标准的表格，根据所需的公差等级核对确切尺寸。
外螺纹与内螺纹的极限尺寸
要正确定义一个螺纹，必须理解适用于螺栓（外螺纹）和螺母（内螺纹）的尺寸极限。
- 对于螺栓（外螺纹/阳螺纹）：
- 外径是最大极限。牙顶不得超过此尺寸。
- 内径同样是牙底的最大值。对于外螺纹，2023年更新的ISO 68-1标准规定了最小牙底半径为螺距的0.125倍，以提高抗疲劳性。
- 对于螺母（内螺纹/阴螺纹）：
- 其逻辑正好相反。在这里，大径和小径是最小极限。
- 螺纹的形状必须至少达到这些值，但可以切割得稍深一些，或在其外侧进行倒圆处理。
这可以解释两种常见情况：
首先，测量螺栓的大径会得到一个非常接近其公称直径的值（例如，一个M10螺栓的测量值接近10毫米）。
其次，螺母的小径反映了其最小极限，这对应于攻丝前的钻孔直径。
中径和常用近似值
中径是螺纹几何学中的一个关键概念。
它是一个假想圆柱的直径，该圆柱面在轴向剖面中穿过螺纹牙型，且其上的牙宽与槽宽相等。简单来说，它位于螺纹啮合部分的轮廓中点。
对于ISO公制螺纹的基本轮廓，可以进行一些有用的近似计算：
中径 (d₂) :
其中 (D) 是大径，(P) 是螺距。
外螺纹内径 (d₃) :
这些公式提供了快速估算的方法，无需查阅完整的标准表格。然而，确切的极限值取决于ISO 965标准中定义的公差等级，该标准为不同应用（例如通用外螺纹的6g）规定了允许的间隙和偏差。
尽管这些只是近似值，却非常实用。在无法立即获取完整参考数据的情况下，工程师们常常用它们在设计和加工过程中进行快速的强度校核、配合评估或一致性检查。
命名：如何解读？
ISO公制螺纹的命名总是以字母M开头，表示其公制属性。
紧随其后的是以毫米为单位的公称直径。
如果螺距不是标准螺距（即“粗牙”），则其数值会在直径后标出，并用连字符（–）或乘号（×）隔开。这两种表示法都很常见且可互换。
例如：M8×1.25 或 M8–1.25 都表示一个公称直径为8毫米、螺距为1.25毫米的螺纹。
当使用粗牙螺距时，其数值通常会被省略。
在这种情况下，单独的M8即表示一个8毫米的螺纹，其螺距为该尺寸下的标准粗牙螺距（即1.25毫米）。
如果需要指定螺钉或螺栓的长度，它会出现在另一个分隔符之后，该分隔符同样可以是连字符或乘号。
例如：M8×1.25×30 表示直径8毫米，螺距1.25毫米，长度30毫米。
在许多产品目录中，当螺距为粗牙时会被省略，因此M8×30的命名很常见。在这种情况下，上下文清楚地表明采用的是粗牙螺距。
公差等级与配合
在ISO公制螺纹中，公差用于控制螺栓和螺母之间配合的松紧程度（即紧配合或松配合）。这些公差在ISO 965（第1至5部分）标准中定义，该标准确立了相关原则、尺寸极限和特殊情况。
当需要指定时，公差会在螺纹命名之后标出。它们由一个数字和一个字母组成：
数字表示公差等级，它定义了公差带的宽度（数字越小，公差越紧）。
字母表示公差位置，也称为基本偏差。
- 外螺纹（螺栓）使用小写字母，如g或h。
- 内螺纹（螺母）使用大写字母，如G或H。
例如，外螺纹使用6g和内螺纹使用6H的组合就非常普遍。
这种组合能提供可靠的配合效果，足以满足大多数应用场景的需求。
当然，除此之外还有许多其他组合。
有些专为更紧或更松的配合而设计，有些考虑了特殊涂层，还有一些则是为特定行业量身定制的。
一个重要的特例是热浸镀锌。由于这种涂层会增加螺纹的厚度，标准中包含了特殊的公差等级，用于要镀锌的螺栓以及与之配套的螺母，其尺寸经过了相应调整，以确保镀锌后仍能顺利装配。
在这些情况下，表示公差位置的字母会指明尺寸是适用于表面处理之前还是之后。因此，参考标准的相关部分至关重要。
优选直径和螺距系列
公制螺纹优选尺寸的选择并非随意，而是遵循一套结构化的体系。
完整的组合列表在ISO 261标准中给出，而ISO 262标准则定义了一套范围更窄、最为常用的螺钉、螺栓和螺母尺寸。
这些数值基于雷纳德数系，这是一个根据舍入的几何级数来设定数值间隔的系统。
这种方法确保了尺寸的递进既合乎逻辑又切合实用，避免了不必要的规格重叠。
对于每个公称直径，粗牙都是默认选择。粗牙螺纹在拧紧时更容易啮合，更不容易损坏，适用于大多数通用应用。
然而，许多直径也提供一到两种细牙选项，甚至还有超细牙选项。这些螺纹专为更特定的应用而设。
既然粗牙螺纹更简单、更坚固，为什么还要选择细牙螺纹呢？
三个主要原因解释了它们的使用：
- 芯部更坚固：对于相同的公称直径，细牙螺纹在螺栓中心留下了更大的材料截面，这可以提高其强度。
- 更好的抗振性：细牙螺纹在振动作用下较不易松动。
- 适用于薄壁零件：在厚度有限的零件中，粗牙螺纹可能会穿透壁厚，而细牙螺纹则可以实现更受控的啮合。
按尺寸的具体示例
通过一些具体的尺寸示例，可以更好地说明该系统的工作原理。
- M6：粗牙螺距为1.0毫米，细牙选项为0.75毫米。
- M8：粗牙螺距为1.25毫米，细牙选项为1.0毫米和0.75毫米。
- M10：粗牙螺距为1.5毫米，细牙选项为1.25毫米和1.0毫米。
- M20：粗牙螺距增至2.5毫米，根据系列不同，细牙选项约为2.0毫米或1.5毫米。
这一趋势表明，当公称直径增加时，粗牙螺距也随之增加。较大直径的紧固件需要更深的螺纹，以确保足够的强度和抓持力。
在尺寸范围的另一端，非常小的直径则使用小于一毫米的螺距。
例如：
- M2：粗牙螺距为0.4毫米，细牙选项为0.25毫米。
在所有情况下，其目标都是在强度、啮合深度和制造便利性之间寻求最佳平衡。
粗牙螺纹是通用标准，而当特定的设计需求（如抗振性或薄壁）使细牙和超细牙螺纹成为更优选择时，则应选择后者。
以下是完整的规格表：
| 公制螺纹系列规格 | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 螺纹尺寸 | 外径 (mm) | 内径 (mm) | 螺距 (mm) | 中径 (mm) | 底孔直径 (mm) | 通孔尺寸 (mm) |
| M1 | 1.0 | 0.729 | 0.25 | 0.838 | 0.75 | 1.3 |
| M1.1 | 1.1 | 0.829 | 0.25 | 0.938 | 0.85 | 1.4 |
| M1.2 | 1.2 | 0.929 | 0.25 | 1.038 | 0.95 | 1.5 |
| M1.4 | 1.4 | 1.075 | 0.30 | 1.205 | 1.10 | 1.8 |
| M1.6 | 1.6 | 1.221 | 0.35 | 1.373 | 1.25 | 2.0 |
| M1.8 | 1.8 | 1.421 | 0.35 | 1.573 | 1.45 | 2.3 |
| M2 | 2.0 | 1.567 | 0.40 | 1.740 | 1.60 | 2.6 |
| M2.2 | 2.2 | 1.713 | 0.45 | 1.908 | 1.75 | 2.9 |
| M2.5 | 2.5 | 2.013 | 0.45 | 2.208 | 2.05 | 3.1 |
| M3 | 3.0 | 2.459 | 0.50 | 2.675 | 2.50 | 3.6 |
| M3.5 | 3.5 | 2.850 | 0.60 | 3.110 | 2.90 | 4.2 |
| M4 | 4.0 | 3.242 | 0.70 | 3.545 | 3.30 | 4.8 |
| M4.5 | 4.5 | 3.688 | 0.75 | 4.013 | 3.80 | 5.3 |
| M5 | 5.0 | 4.134 | 0.80 | 4.480 | 4.20 | 5.8 |
| M6 | 6.0 | 4.917 | 1.00 | 5.350 | 5.00 | 7.0 |
| M7 | 7.0 | 5.917 | 1.00 | 6.350 | 6.00 | 8.0 |
| M8 | 8.0 | 6.647 | 1.25 | 7.188 | 6.80 | 10.0 |
| M9 | 9.0 | 7.647 | 1.25 | 8.188 | 7.80 | 11.0 |
| M10 | 10.0 | 8.376 | 1.50 | 9.026 | 8.50 | 12.0 |
| M11 | 11.0 | 9.376 | 1.50 | 10.026 | 9.50 | 13.5 |
| M12 | 12.0 | 10.106 | 1.75 | 10.863 | 10.20 | 15.0 |
| M14 | 14.0 | 11.835 | 2.00 | 12.701 | 12.00 | 17.0 |
| M16 | 16.0 | 13.835 | 2.00 | 14.701 | 14.00 | 19.0 |
| M18 | 18.0 | 15.394 | 2.50 | 16.376 | 15.50 | 22.0 |
| M20 | 20.0 | 17.294 | 2.50 | 18.376 | 17.50 | 24.0 |
| M22 | 22.0 | 19.294 | 2.50 | 20.376 | 19.50 | 26.0 |
| M24 | 24.0 | 20.752 | 3.00 | 22.051 | 21.00 | 28.0 |
| M27 | 27.0 | 23.752 | 3.00 | 25.051 | 24.00 | 33.0 |
| M30 | 30.0 | 26.211 | 3.50 | 27.727 | 26.50 | 35.0 |
| M33 | 33.0 | 29.211 | 3.50 | 30.727 | 29.50 | 38 |
| M36 | 36.0 | 31.670 | 4.00 | 33.402 | 32.00 | 41 |
| M39 | 39.0 | 34.670 | 4.00 | 36.402 | 35.00 | 44 |
| M42 | 42.0 | 37.129 | 4.50 | 39.077 | 37.50 | 47 |
| M45 | 45.0 | 40.129 | 4.50 | 42.077 | 40.50 | 50 |
| M48 | 48.0 | 42.857 | 5.00 | 44.752 | 43.00 | 53 |
| M52 | 52.0 | 46.587 | 5.00 | 48.752 | 47.00 | 57 |
| M56 | 56.0 | 50.046 | 5.50 | 52.428 | 50.50 | 61 |
| M60 | 60.0 | 54.046 | 5.50 | 56.428 | 54.50 | 65 |
| M64 | 64.0 | 57.505 | 6.00 | 60.103 | 58.00 | 69 |
| M68 | 68.0 | 61.505 | 6.00 | 64.103 | 62.00 | 73 |
定义该系统的相关标准
ISO公制螺纹系统由一套国际标准共同定义，涵盖了轮廓、尺寸系列和公差规则。
螺纹轮廓：螺纹的基本几何形状、60°V形、牙顶和牙底的截平以及基本比例在ISO 68-1标准（ISO通用螺纹 — 基本轮廓）中定义。
直径和螺距：完整的优选组合范围在ISO 261标准（ISO通用公制螺纹 — 总体规划）中列出。
而ISO 262标准（ISO通用公制螺纹 — 螺钉、螺栓和螺母的尺寸选择）则提供了一套范围更窄、更实用的常用尺寸选择。这两项标准共同定义了市场上通常可用的尺寸。
公差和配合：这些由ISO 965标准（ISO通用公制螺纹 — 公差）涵盖。
- 第1部分：原则和基本数据
- 第2部分：通用内外螺纹的尺寸极限
- 第3部分：结构螺纹的偏差
- 第4部分：热浸镀锌外螺纹的尺寸极限
- 第5部分：用于与热浸镀锌外螺纹装配的内螺纹尺寸极限
这些文件共同确保了在不同国家和行业制造的螺纹能够相互兼容，并实现可靠装配。
各国和各地区的标准通常直接采用或参照这些ISO规则：
- 英国标准 (BS) 提供了符合ISO的公制螺纹的详细信息。
- 美国标准 (ANSI/ASME) 包含一份关于公制轮廓的文件和一份“极限与配合”指南，这些都紧密遵循ISO的方法。
- 德国标准 (DIN) 在详细螺纹表格方面历史悠久，其中许多至今仍被用作车间参考。
- 日本标准 (JIS) 也基于ISO公制螺纹，但在螺纹头尺寸和螺距选择上存在一些细微的实际差异。这些并非根本性的改变，而是为了适应本土的制造习惯。
所有这些标准共同构成了一个协调一致的全球体系，确保在一个国家制造的螺栓能够与在另一个国家制造的螺母相匹配。
相关螺纹族系与比较
ISO公制螺纹是当今使用最广泛的系统，但它并非唯一。还存在其他螺纹族系，每种都有其独特的历史和应用领域。
统一螺纹 (UNC/UNF)：在使用英制系统的国家，统一螺纹标准很常见。它使用与ISO公制螺纹相同的60°轮廓角，但直径和螺距以英寸定义。例如，¼‐20 UNC螺纹（直径¼英寸，每英寸20牙）无法与M6×1.0公制螺纹匹配。尽管它们的尺寸相近，但这两种系统并不兼容。
惠氏螺纹 (BSW/BSF)：作为旧有的英国标准，惠氏螺纹使用55°角，并具有圆形的牙顶和牙底。如今它们已不多见，但在一些旧设备上仍能找到。
管螺纹 (BSP, NPT等)：管螺纹专为密封而设计，有平行和锥形两种形式。
英国标准管螺纹 (BSP) 和美国国家标准管螺纹 (NPT) 是两种被广泛使用的系统。
此外，还有由美国石油学会定义的API螺纹族系。这些是用于石油和天然气行业的特种螺纹，主要用于套管、油管和钻杆。
这些螺纹与ISO公制螺纹无法互换，因为它们的几何形状和功能存在根本性差异。
梯形和方形螺纹：这些形状的螺纹用于动力传输和传动丝杠，例如台钳、千斤顶或机床的丝杠。它们的几何形状经过优化，以便在移动负载时提供高强度和高效率。
非对称螺纹：专为单向高负载而设计，非对称螺纹常见于压力机或重型夹紧系统等应用。
简而言之，不同的螺纹族系就像同一个工具箱里的不同工具。选择哪一种并非风格问题，而是功能问题：它需要实现密封、高强度、抗振还是运动控制。
ISO之前的旧式及非标尺寸
在统一的国际体系被采纳之前，许多国家都有自己的公制螺纹尺寸系列。
其中一些使用的直径和螺距已不再是ISO优选系列的一部分。
- 像M2.3或M2.6这样小的非标准尺寸在一些旧的机器和设备中仍可能找到。
- 一些中间尺寸如M5.5也曾出现在旧的设计中。
这些尺寸至今仍有存档，主要用于维护和修理工作，但不推荐在新设计中使用。
现代工程实践中几乎无一例外地使用当前ISO优选尺寸，即ISO 261和ISO 262标准中定义的尺寸。在旧产品中发现这些过时尺寸无需担心。
这只意味着更换的紧固件和丝锥必须与该特定尺寸匹配；或者，如果应用允许，可以将现有孔小心地重新攻丝至一个相近的现代ISO尺寸。
如何选择粗牙、细牙或超细牙
在选择螺距时，默认选项始终是粗牙。
粗牙螺纹适用于大多数通用装配，因为它们：
- 在装配时更容易啮合
- 对杂质或轻微损伤的容忍度更高
- 价格更低，库存也更普遍
然而，在某些情况下，细牙螺纹是更佳选择：
- 薄壁零件：细牙螺纹能实现更受控的啮合，而不会穿透壁厚。
- 芯部强度略高：对于相同的公称直径，细牙螺纹的材料芯部截面积更大。
- 更好的抗振性：细牙螺纹在承受振动的装配中不易松动。
在一些要求更为严苛的场合，超细牙螺纹则被用于专业应用。
它们常见于悬挂部件或航空航天硬件等领域，在这些领域，极小的螺距是实现精确调整、高强度或紧凑几何形状不可或缺的设计部分。
结论
ISO公制螺纹系统乍一看可能显得复杂，但它建立在一个清晰、合乎逻辑的基础之上。
基本的V形轮廓定义了其几何形状，而优选的直径和螺距系列确保了跨行业的一致性。
粗牙螺纹是可靠的默认选择，而细牙和超细牙选项则为薄壁、抗振或专业应用提供了解决方案。
该系统由一套完善的标准支持：ISO 68定义轮廓，ISO 261和262定义尺寸系列，ISO 965定义公差与配合。这些文件确保了在一个国家制造的螺栓能与在另一个国家制造的螺母相匹配，也让设计师、机械师和技术人员都能基于相同的规则进行工作。
我们还探讨了该系统的实际应用，包括螺纹头尺寸、攻丝钻孔直径，以及决定配合松紧度的公差等级。
即便是那些已被淘汰的旧尺寸，也让我们看到了标准化一路走来的发展历程。通过与统一螺纹、惠氏螺纹、管螺纹和梯形螺纹等其他体系的比较，ISO公制螺纹脱颖而出，成为全球通用的“紧固语言”。
选择螺纹（粗牙、细牙或超细牙）并非孰优孰劣的问题，而是如何让设计更好地匹配具体应用的问题。
ISO系统的优势在于它为工程师、制造商和技术人员提供了一个通用的工具箱：可预测、可靠且多功能。这就是为什么在问世数十年后，ISO公制螺纹仍然是现代紧固技术的基石。
问题与解答
螺纹命名中的“M”代表什么？
字母M表示这是一个ISO公制螺纹。其后的数字是以毫米为单位的公称大径。例如，M6表示一个公称大径为6毫米的螺纹，通常与6.6至7毫米的通孔配合使用，具体取决于所需的配合等级。
何时应使用细牙螺纹而非粗牙螺纹？
当应用涉及薄壁零件，或希望在相同公称尺寸下获得更大的芯部截面，或当抗振性是重要考量时，应选择细牙螺纹。粗牙螺纹仍然是通用领域的默认选择，因为它更易于装配，对杂质的容忍度更高，而且供应范围更广。
图纸上的“6g”和“6H”是什么意思？
这些是公差等级。数字表示等级（公差宽度），字母表示位置（基本偏差）。
- 小写字母（如g，h）适用于外螺纹（螺栓）。
- 大写字母（如G，H）适用于内螺纹（螺母）。通用的常见组合是外螺纹6g配内螺纹6H。
ISO公制螺纹与统一英寸螺纹相比如何？
两者都使用60°的V形轮廓，但它们在单位和直径-螺距组合上有所不同。例如，¼‐20 UNC螺纹无法与M6×1.0螺纹装配，即使它们的直径相近。这两个体系的螺纹无法兼容。
对于每个公制直径，头部的对边宽度是固定的吗？
标准的六角螺母和六角头螺钉遵循广泛使用的对边宽度尺寸，例如M6为10毫米，M8为13毫米。然而，某些产品系列（如法兰螺钉或紧凑系列）会使用更小的头部以节省空间和重量。因此，务必核对具体产品的标准或其技术数据表。
为什么螺纹角被设定为60度？
60°角是在强度、制造简易性和互换性之间取得平衡的理想选择。它易于加工和测量，能在牙侧上提供良好的接触面，并且与统一螺纹等其他主流体系保持一致，从而简化了相关工具的制造。
当零件经过热浸镀锌处理后会有何变化？
热浸镀锌会在螺纹的牙顶和牙侧上增加一层较厚的保护涂层。为了适应这一点，ISO 965标准包含了特定的公差：
- 外螺纹在镀锌前被切削至下偏差，以确保镀锌后其尺寸在正确的极限范围内。
- 相应的内螺纹被攻丝至上偏差，以便能够容纳带有涂层的紧固件。
