螺纹和螺栓测量的计算器

螺纹测量简介

螺纹测量是工程师、机械师和DIY爱好者在处理螺丝、螺栓和螺母等紧固件时的重要参数。螺纹计算器提供了一种简单而强大的方法，可以根据主要直径和螺距（或每英寸螺纹数）确定关键的螺纹尺寸，包括螺纹深度、最小直径和中径。无论您是在使用公制还是英制螺纹系统，这个计算器都有助于确保机械组件在组装、制造过程和维修应用中的适当配合、功能和互换性。

理解螺纹几何形状对于选择合适的紧固件、正确攻孔和确保组件正确配合至关重要。本综合指南解释了螺纹测量的基础知识、计算公式和实际应用，以帮助您在各个行业和项目中自信地处理螺纹紧固件。

螺纹测量基础

关键螺纹术语

在深入计算之前，了解螺纹测量中使用的基本术语是很重要的：

• 主要直径：螺纹的最大直径，从螺纹轮廓的顶点到顶点测量。
• 最小直径：螺纹的最小直径，从螺纹轮廓的根部到根部测量。
• 中径：理论上的直径，位于主要直径和最小直径之间的中间位置。
• 螺距：相邻螺纹顶点之间的距离（公制螺纹）或每英寸螺纹数的倒数（英制螺纹）。
• 螺纹深度：主要直径和最小直径之间的径向距离，表示螺纹切割的深度。
• 每英寸螺纹数（TPI）：每英寸的螺纹顶点数量，用于英制螺纹系统。
• 导程：一个完整旋转中，螺纹组件在轴向上前进的距离。
• 螺纹角：螺纹两侧的夹角（公制为60°，英制为55°）。

螺纹标准和系统

全球使用两种主要的螺纹测量系统：

1. 公制螺纹系统（ISO）：

   • 以字母'M'开头，后跟以毫米为单位的主要直径
   • 使用以毫米为单位的螺距
   • 标准螺纹角为60°
   • 示例：M10×1.5（10mm主要直径，螺距为1.5mm）

2. 英制螺纹系统（统一/UTS）：

   • 以英寸为单位测量
   • 使用每英寸螺纹数（TPI）而不是螺距
   • 标准螺纹角为60°（最初的Whitworth螺纹为55°）
   • 示例：3/8"-16（3/8"主要直径，16个螺纹每英寸）

螺纹测量公式

螺纹深度计算

螺纹深度表示螺纹切割的深度，是确保螺纹接合的关键尺寸。

对于公制螺纹：

螺纹深度（h）计算为：

$h = 0.6134 \times P$

其中：

• h = 螺纹深度（mm）
• P = 螺距（mm）

对于英制螺纹：

螺纹深度（h）计算为：

$h = 0.6134 \times \frac{25.4}{TPI}$

其中：

• h = 螺纹深度（mm）
• TPI = 每英寸螺纹数

最小直径计算

最小直径是螺纹的最小直径，对于确定间隙和适合度至关重要。

对于公制螺纹：

最小直径（d₁）计算为：

$d_1 = d - 2h = d - 1.226868 \times P$

其中：

• d₁ = 最小直径（mm）
• d = 主要直径（mm）
• P = 螺距（mm）

对于英制螺纹：

最小直径（d₁）计算为：

$d_1 = d - 1.226868 \times \frac{25.4}{TPI}$

其中：

• d₁ = 最小直径（mm或英寸）
• d = 主要直径（mm或英寸）
• TPI = 每英寸螺纹数

中径计算

中径是理论上的直径，螺纹厚度等于空间宽度的地方。

对于公制螺纹：

中径（d₂）计算为：

$d_2 = d - 0.6495 \times P$

其中：

• d₂ = 中径（mm）
• d = 主要直径（mm）
• P = 螺距（mm）

对于英制螺纹：

中径（d₂）计算为：

$d_2 = d - 0.6495 \times \frac{25.4}{TPI}$

其中：

• d₂ = 中径（mm或英寸）
• d = 主要直径（mm或英寸）
• TPI = 每英寸螺纹数

如何使用螺纹计算器

我们的螺纹计算器简化了这些复杂的计算，提供准确的螺纹测量，只需几个输入。按照以下步骤有效使用计算器：

1. 选择螺纹类型：根据您的紧固件规格选择公制或英制螺纹系统。

2. 输入主要直径：

   • 对于公制螺纹：以毫米为单位输入直径（例如，M10螺栓的10mm）
   • 对于英制螺纹：以英寸为单位输入直径（例如，0.375用于3/8"螺栓）

3. 指定螺距或TPI：

   • 对于公制螺纹：以毫米为单位输入螺距（例如，1.5mm）
   • 对于英制螺纹：输入每英寸螺纹数（例如，16 TPI）

4. 查看结果：计算器将自动显示：

   • 螺纹深度
   • 最小直径
   • 中径

5. 复制结果：使用复制按钮保存结果以供文档或进一步计算使用。

示例计算

公制螺纹示例：

对于M10×1.5螺栓：

• 主要直径：10mm
• 螺距：1.5mm
• 螺纹深度：0.6134 × 1.5 = 0.920mm
• 最小直径：10 - 1.226868 × 1.5 = 8.160mm
• 中径：10 - 0.6495 × 1.5 = 9.026mm

英制螺纹示例：

对于3/8"-16螺栓：

• 主要直径：0.375英寸（9.525mm）
• TPI：16
• 螺距：25.4/16 = 1.588mm
• 螺纹深度：0.6134 × 1.588 = 0.974mm
• 最小直径：9.525 - 1.226868 × 1.588 = 7.574mm
• 中径：9.525 - 0.6495 × 1.588 = 8.493mm

实际应用和用例

工程和制造

螺纹计算在各种工程和制造过程中至关重要：

1. 产品设计：工程师使用螺纹测量来指定满足负载要求和空间限制的紧固件。

2. CNC加工：机械师需要准确的螺纹尺寸来编程车床和铣床上的螺纹切割操作。

3. 质量控制：检查员验证螺纹尺寸以确保符合规格和标准。

4. 工具选择：选择合适的攻丝、模具和螺纹量规需要了解螺纹尺寸。

5. 3D打印：为增材制造设计螺纹组件需要精确的螺纹规格。

汽车和机械维修

螺纹计算对于汽车和机械维修任务至关重要：

1. 发动机重建：确保关键组件（如气缸盖和发动机缸体）中的螺纹接合适当。

2. 液压系统：选择与螺纹规格兼容的配件和连接件。

3. 紧固件更换：在原始零件损坏或丢失时识别正确的替换紧固件。

4. 螺纹修复：确定螺纹修复套件或螺纹修复工具的尺寸。

5. 定制制造：创建与现有系统集成的定制螺纹组件。

DIY和家庭项目

即使是家庭项目，了解螺纹测量也很有价值：

1. 家具组装：识别组装或维修所需的紧固件。

2. 管道维修：匹配管道配件和装置的螺纹类型和尺寸。

3. 自行车维护：处理自行车组件中使用的专用螺纹标准。

4. 电子外壳：确保电子设备中安装螺钉的螺纹接合适当。

5. 园艺设备：修理或更换草坪和园艺工具中的螺纹组件。

标准螺纹计算的替代方案

虽然本计算器中提供的公式涵盖了标准V型螺纹（ISO公制和统一螺纹），但还有其他螺纹形式具有不同的计算方法：

1. Acme螺纹：用于动力传输，具有29°的螺纹角和不同的深度计算。

2. 斜面螺纹：设计用于在一个方向上承受高负载，具有不对称的螺纹轮廓。

3. 方形螺纹：提供最大效率的动力传输，但制造更困难。

4. 锥形螺纹：用于管道配件，计算时需要考虑锥度角。

5. 多起螺纹：具有多个螺纹螺旋，需要调整导程和螺距的计算。

对于这些专业的螺纹形式，应该参考特定的公式和标准。

螺纹标准和测量的历史

螺纹标准化的发展有着悠久的历史，跨越了几个世纪：

早期发展

在标准化之前，每个工匠都制作自己的螺纹组件，使得互换性变得不可能。标准化的首次尝试出现在18世纪末：

• 1797年：亨利·莫德斯利开发了第一台螺纹切割车床，使得螺纹生产更加一致。
• 1841年：约瑟夫·惠特沃斯在英国提出了一种标准化的螺纹系统，具有55°的螺纹角和每个直径的特定螺距。
• 1864年：威廉·塞勒斯在美国引入了一种简化的螺纹系统，具有60°的螺纹角，成为美国标准。

现代标准的演变

20世纪见证了螺纹标准化的重大进展：

• 1948年：建立了统一螺纹标准（UTS），作为美国和英国系统之间的折衷。
• 1960年代：国际标准化组织（ISO）开发了公制螺纹标准，已成为全球主要的系统。
• 1970年代：许多国家开始从英制转向公制螺纹标准。
• 现今：公制ISO和英制统一螺纹系统共存，公制在全球新设计中更为常见，而英制螺纹在美国和遗留系统中仍然普遍存在。

技术进步

现代技术彻底改变了螺纹测量和制造：

• 数字千分尺和卡尺：实现螺纹尺寸的精确测量。
• 螺纹螺距量规：快速识别螺纹螺距或TPI。
• 光学比较仪：提供螺纹轮廓的详细视觉检查。
• 坐标测量机（CMM）：提供自动化的高精度螺纹测量。
• 3D扫描：创建现有螺纹的数字模型以进行分析或复制。

螺纹测量代码示例

以下是如何在各种编程语言中计算螺纹尺寸的示例：

1' Excel VBA 函数用于公制螺纹计算
2Function MetricThreadDepth(pitch As Double) As Double
3    MetricThreadDepth = 0.6134 * pitch
4End Function
5
6Function MetricMinorDiameter(majorDiameter As Double, pitch As Double) As Double
7    MetricMinorDiameter = majorDiameter - (1.226868 * pitch)
8End Function
9
10Function MetricPitchDiameter(majorDiameter As Double, pitch As Double) As Double
11    MetricPitchDiameter = majorDiameter - (0.6495 * pitch)
12End Function
13
14' 使用：
15' =MetricThreadDepth(1.5)
16' =MetricMinorDiameter(10, 1.5)
17' =MetricPitchDiameter(10, 1.5)
18

1def calculate_thread_dimensions(major_diameter, thread_type, pitch=None, tpi=None):
2    """计算公制或英制螺纹的尺寸。
3    
4    参数：
5        major_diameter (float): 主要直径，以毫米或英寸为单位
6        thread_type (str): 'metric' 或 'imperial'
7        pitch (float, 可选): 公制螺纹的螺距，以毫米为单位
8        tpi (float, 可选): 英制螺纹的每英寸螺纹数
9        
10    返回：
11        dict: 包含螺纹深度、最小直径和中径的螺纹尺寸
12    """
13    if thread_type == 'metric' and pitch:
14        thread_depth = 0.6134 * pitch
15        minor_diameter = major_diameter - (1.226868 * pitch)
16        pitch_diameter = major_diameter - (0.6495 * pitch)
17    elif thread_type == 'imperial' and tpi:
18        pitch_mm = 25.4 / tpi
19        thread_depth = 0.6134 * pitch_mm
20        minor_diameter = major_diameter - (1.226868 * pitch_mm)
21        pitch_diameter = major_diameter - (0.6495 * pitch_mm)
22    else:
23        raise ValueError("无效的输入参数")
24        
25    return {
26        'thread_depth': thread_depth,
27        'minor_diameter': minor_diameter,
28        'pitch_diameter': pitch_diameter
29    }
30
31# 示例用法：
32metric_results = calculate_thread_dimensions(10, 'metric', pitch=1.5)
33imperial_results = calculate_thread_dimensions(0.375, 'imperial', tpi=16)
34
35print(f"公制 M10x1.5 - 螺纹深度: {metric_results['thread_depth']:.3f}mm")
36print(f"英制 3/8\"-16 - 螺纹深度: {imperial_results['thread_depth']:.3f}mm")
37

1function calculateThreadDimensions(majorDiameter, threadType, pitchOrTpi) {
2  let threadDepth, minorDiameter, pitchDiameter, pitch;
3  
4  if (threadType === 'metric') {
5    pitch = pitchOrTpi;
6  } else if (threadType === 'imperial') {
7    pitch = 25.4 / pitchOrTpi; // 将TPI转换为毫米中的螺距
8  } else {
9    throw new Error('无效的螺纹类型');
10  }
11  
12  threadDepth = 0.6134 * pitch;
13  minorDiameter = majorDiameter - (1.226868 * pitch);
14  pitchDiameter = majorDiameter - (0.6495 * pitch);
15  
16  return {
17    threadDepth,
18    minorDiameter,
19    pitchDiameter
20  };
21}
22
23// 示例用法：
24const metricResults = calculateThreadDimensions(10, 'metric', 1.5);
25console.log(`M10x1.5 - 螺纹深度: ${metricResults.threadDepth.toFixed(3)}mm`);
26
27const imperialResults = calculateThreadDimensions(9.525, 'imperial', 16); // 3/8" = 9.525mm
28console.log(`3/8"-16 - 螺纹深度: ${imperialResults.threadDepth.toFixed(3)}mm`);
29

1public class ThreadCalculator {
2    public static class ThreadDimensions {
3        private final double threadDepth;
4        private final double minorDiameter;
5        private final double pitchDiameter;
6        
7        public ThreadDimensions(double threadDepth, double minorDiameter, double pitchDiameter) {
8            this.threadDepth = threadDepth;
9            this.minorDiameter = minorDiameter;
10            this.pitchDiameter = pitchDiameter;
11        }
12        
13        public double getThreadDepth() { return threadDepth; }
14        public double getMinorDiameter() { return minorDiameter; }
15        public double getPitchDiameter() { return pitchDiameter; }
16    }
17    
18    public static ThreadDimensions calculateMetricThreadDimensions(double majorDiameter, double pitch) {
19        double threadDepth = 0.6134 * pitch;
20        double minorDiameter = majorDiameter - (1.226868 * pitch);
21        double pitchDiameter = majorDiameter - (0.6495 * pitch);
22        
23        return new ThreadDimensions(threadDepth, minorDiameter, pitchDiameter);
24    }
25    
26    public static ThreadDimensions calculateImperialThreadDimensions(double majorDiameter, double tpi) {
27        double pitch = 25.4 / tpi; // 将TPI转换为毫米中的螺距
28        double threadDepth = 0.6134 * pitch;
29        double minorDiameter = majorDiameter - (1.226868 * pitch);
30        double pitchDiameter = majorDiameter - (0.6495 * pitch);
31        
32        return new ThreadDimensions(threadDepth, minorDiameter, pitchDiameter);
33    }
34    
35    public static void main(String[] args) {
36        // 示例：公制 M10×1.5 螺纹
37        ThreadDimensions metricResults = calculateMetricThreadDimensions(10.0, 1.5);
38        System.out.printf("M10x1.5 - 螺纹深度: %.3f mm%n", metricResults.getThreadDepth());
39        
40        // 示例：英制 3/8"-16 螺纹（3/8" = 9.525mm）
41        ThreadDimensions imperialResults = calculateImperialThreadDimensions(9.525, 16.0);
42        System.out.printf("3/8\"-16 - 螺纹深度: %.3f mm%n", imperialResults.getThreadDepth());
43    }
44}
45

常见问题解答

螺距和每英寸螺纹数（TPI）有什么区别？

螺距是相邻螺纹顶点之间的距离，以公制螺纹的毫米为单位测量。每英寸螺纹数（TPI）是每英寸的螺纹顶点数量，用于英制螺纹系统。它们之间的关系为：螺距（mm）= 25.4 / TPI。

我如何确定螺纹是公制还是英制？

公制螺纹通常以毫米为单位表示直径和螺距（例如，M10×1.5），而英制螺纹则以英寸的分数或小数表示直径，并以TPI表示螺纹数（例如，3/8"-16）。公制螺纹的螺纹角为60°，而某些旧的英制螺纹（惠特沃斯）为55°。

什么是螺纹接合，安全连接需要多少？

螺纹接合是指配件之间的螺纹接触的轴向长度。对于大多数应用，建议的最小螺纹接合为钢紧固件的主要直径的1倍，铝或其他较软材料的1.5倍。关键应用可能需要更多的接合。

粗螺纹和细螺纹在应用中有什么区别？

粗螺纹具有较大的螺距值（每英寸螺纹数较少），更易于组装，更能抵抗交叉螺纹，并且更适合用于软材料或需要频繁组装/拆卸的地方。细螺纹具有较小的螺距值（每英寸螺纹数较多），提供更大的拉伸强度，更好的抗振动松动能力以及更精确的调整能力。

我如何在公制和英制螺纹测量之间转换？

从英制转换为公制：

• 直径（mm）= 直径（英寸）× 25.4
• 螺距（mm）= 25.4 / TPI

从公制转换为英制：

• 直径（英寸）= 直径（mm）/ 25.4
• TPI = 25.4 / 螺距（mm）

主要、最小和中径之间有什么区别？

主要直径是螺纹的最大直径，从螺纹的顶点到顶点测量。最小直径是最小直径，从螺纹的根部到根部测量。中径是理论上的直径，位于主要直径和最小直径之间，螺纹厚度等于空间宽度的地方。

我如何准确测量螺纹螺距或TPI？

对于公制螺纹，使用带有公制刻度的螺纹螺距量规。对于英制螺纹，使用带有TPI刻度的螺纹螺距量规。将量规放置在螺纹上，直到找到完美匹配。或者，您可以测量一定数量的螺纹之间的距离，然后除以该数量以找到螺距。

螺纹公差等级是什么，它们如何影响配合？

螺纹公差等级定义了螺纹尺寸的允许变化，以实现不同类型的配合。在ISO公制系统中，公差由数字和字母（例如，6g用于外螺纹，6H用于内螺纹）指定。数字越高，公差越紧。字母指示公差是朝向材料还是远离材料。

右手螺纹和左手螺纹有什么区别？

右手螺纹在顺时针方向旋转时拧紧，逆时针方向旋转时松动。它们是最常见的类型。左手螺纹在逆时针方向旋转时拧紧，顺时针方向旋转时松动。左手螺纹用于特殊应用中，以防正常操作可能导致右手螺纹松动，例如在车辆的左侧或气体配件上。

螺纹密封剂和润滑剂如何影响螺纹接合？

螺纹密封剂和润滑剂可能会影响螺纹连接的感知配合。密封剂填充螺纹之间的间隙，可能会改变有效尺寸。润滑剂减少摩擦，如果扭矩规格没有考虑润滑剂，可能会导致过度拧紧。始终遵循制造商对密封剂和润滑剂的建议。

参考文献

1. ISO 68-1:1998. "ISO通用螺纹 — 基本轮廓 — 公制螺纹。"
2. ASME B1.1-2003. "统一英寸螺纹（UN和UNR螺纹形式）。"
3. 机械手册，第31版。工业出版社，2020年。
4. Oberg, E., Jones, F. D., Horton, H. L., & Ryffel, H. H. (2016). 机械手册（第30版）。工业出版社。
5. Smith, Carroll. "计算螺纹尺寸。" 美国机械师，2010年。
6. 英国标准惠特沃斯（BSW）和英国标准细螺纹（BSF）规格。
7. ISO 965-1:2013. "ISO通用公制螺纹 — 公差。"
8. 德国标准化协会。 "DIN 13-1: ISO通用公制螺纹。"
9. 日本工业标准委员会。 "JIS B 0205: 通用公制螺纹。"
10. 美国国家标准协会。 "ANSI/ASME B1.13M: 公制螺纹：M型轮廓。"

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准备好为您的项目计算螺纹测量了吗？使用我们上面的螺纹计算器，快速确定任何公制或英制螺纹的螺纹深度、最小直径和中径。只需输入您的螺纹规格，即可获得即时、准确的结果，以确保螺纹组件的适当配合和功能。