管螺纹类型和名称

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综述

为了应用于紧固和液压系统，不同类型的螺纹相继问世。其中，液压回路中的塑料与金属、锥形/平行螺纹接头尤其引人关注。对此本文进行了讨论并给出了一些建议，以帮助了解不同类型的螺纹及其使用方式。

发展

19 世纪，液压和气动回路以及紧固部件需要各种各样的螺纹类型。因此，制造商开始自己设计紧固系统。这就导致了兼容性问题。英国机械工程师和发明家 Joseph Whitworth 爵士于 1841 年设计了一款统一的螺纹系统来解决兼容性问题。惠氏螺纹基于 55 度牙型角，带有圆形牙根和牙顶。

在美国，William Sellers 制定了螺母、螺栓和螺钉标准，这一标准于 1864 年演变为美国标准锥管螺纹 (NPT)。这种 60 度牙型角早期被美国的钟表匠普遍使用，并促进了美国工业革命。这些螺纹牙型之后发展成为了美国国家标准。

惠氏螺纹牙型被用作为泵管的连接螺纹，通过在椎体上切割至少一个螺纹可实现自密封。后来被称为英国标准管螺纹（BSP 锥形或 BSP 平行螺纹）。目前国际上将惠氏螺纹用作低碳钢管的标准连接螺纹。

美国标准锥管螺纹或 NPT 是最著名且使用最广泛的管螺纹，可用于机械接合和液压密封。NPT 有锥形外螺纹和内螺纹，用 PTFE 胶带或接合剂密封。

液压回路中使用的管螺纹可分为两种：

• a) 连接螺纹 —通过密封螺纹形成压力密封接头的管螺纹，包括锥形外螺纹以及平行或锥形内螺纹。使用接合剂可提高密封效果。
• b) 紧固螺纹 —未在螺纹上形成压力密封接头的管螺纹。内外螺纹都是平行的，密封效果受压在外螺纹或平垫圈上的软性材料的影响。

尺寸

管螺纹尺寸基于内径 (ID) 或流量大小。例如，“1/2–14 NPT”表示根据 NPT 标准制造，标称内径为 1/2 英寸，每英寸螺纹数为 14。如添加了“LH”，则表示泵管有左旋螺纹。全球最常见的管螺纹牙型包括：

NPT	美国标准锥管螺纹
NPSC	美国标准管接头用直管螺纹
NPTR	美国标准导杆连接用锥管螺纹
NPSM	美国标准机械连接用直管螺纹
NPSL	美国标准管锁紧螺母用直管螺纹
NPTF	美国标准锥管螺纹（干密封）
BSPP	英国标准管平行螺纹
BSPT	英国标准锥管螺纹

注塑模制螺纹按照 ANSI B2.1 和 SAE J476 标准制造。

上述螺纹名称中出现的“锥”字体现了多数管螺纹与螺栓和螺钉上的螺纹之间的巨大差异。许多管螺纹不仅须形成机械接头，还得形成防漏液压密封。这可通过锥形外螺纹与锥形内螺纹之间的配合、以及在螺纹间任何可能导致螺旋泄漏的空隙填充泵管密封剂来实现的。螺纹的底部并非在圆柱体上，而是在圆锥体上，形成锥度。锥度为每英寸 1/16 英寸，相当于每英尺 3/4 英寸。

由于锥度，管螺纹在旋入管件一定距离后就会卡住。标准规定该距离为手紧旋合长度，即可用手旋入的管螺纹长度。标准还规定了另一个距离—有效螺纹，即在传统机加工管螺纹上形成密封的螺纹长度。比起这些距离，对于工人来说知道手动旋入和扳手旋入的圈数会更加方便。锥形管螺纹（金属和塑料）安装的简单法则是先用手拧紧，然后再用扳手旋入一到两圈。扭矩安装值可以根据具体应用确定，但由于管接头相关变化，例如外螺纹和内螺纹的材料不同、使用的密封剂类型以及产品壁厚变化，因此标准扭矩规范不能通用。

该表显示了标准中要求的距离和圈数。允许正负一圈的公差，在实践中通常会切割螺纹，因此实际螺纹会短于标准规定。所有尺寸以英寸为单位。

美国标准锥管外螺纹

标称尺寸	实际外径	每英寸螺纹数	啮合长度（手动拧紧）	有效螺纹长度
1/8	0.407	27	0.124 ≈ 3.3 圈	0.260
1⁄4	0.546	18	0.172 ≈ 3.1 圈	0.401
3/8	0.681	18	0.184 ≈ 3.3 圈	0.408
1/2	0.850	14	0.248 ≈ 3.4 圈	0.534
3/4	1.060	14	0.267 ≈ 3.7 圈	0.546
1	1.327	11.5	0.313 ≈ 3.6 圈	0.682

锥形/平行螺纹接头

尽管这些标准保持了接头统一，但锥形管螺纹并不精确，且在使用和修复过程中，螺纹可能会损坏并容易产生泄漏。螺纹牙顶与牙根相交的区域会形成螺旋泄漏路径，无论怎么拧紧都无法消除。

而压力密封接头则是通过拧紧以压缩螺纹来实现的。在内螺纹的最初几圈会形成这种压缩和密封。随着扳手的使用，内外螺纹材料会相互变形。这可以确保螺纹完全接触，从而最大限度减少螺旋泄漏。由于制造工艺不同，注塑模制塑料螺纹牙型和机械加工金属螺纹牙型之间可能会有差异。

最初的管螺纹设计为机械加工螺纹牙型。随着热塑性塑料和注塑成型塑料引入管螺纹牙型的制造，模具收缩和塑料下陷导致无法确保接头无泄漏。因此，建议所有塑料管螺纹都使用 PTFE 基密封剂。PTFE 胶带是最常见的密封剂类型，在组装前围绕外螺纹缠绕 2 到 3 圈。液态 PTFE 基密封剂也可用于保证压力密封。使用密封剂时请务必小心，以免将密封剂引进系统流路。

以下部分提供了几个示例，展示了不同螺纹的使用以及在尝试创建无泄漏连接时可能出现的问题。

当将 BSPT 锥形外螺纹拧入直内螺纹 (BSPP) 时，只能通过 1 或 2 个螺纹在内螺纹端口底部进行密封。 见图 1。 由于 BSP 规范中缺少对螺纹牙型的规定，密封性受到影响。牙顶和牙根的变化可能会导致螺纹不匹配并造成螺旋泄漏。这种组合需要螺纹密封剂来密封。

由于外螺纹和内螺纹之间的锥度匹配，同时使用 BSPT 锥形外螺纹和内螺纹可获得更好的密封性能。 见图 2。这样可以通过更多螺纹进行密封，从而防止螺旋泄漏。虽然仍然无法控制牙顶和牙根，但是使用螺纹密封剂可实现压力密封接头。

为了克服螺旋泄漏，引入了多种 NPT 螺纹的变体，被称为干密封螺纹（参见 SAE 标准 J476），其中 NPTF 最为著名（F 代表燃料）。这种螺纹设计可以控制内外螺纹的牙顶和牙根，以确保牙顶将材料挤入或移入匹配螺纹的牙根。通过一个螺纹的牙顶与另一螺纹的牙根之间的过盈配合以及螺纹侧面的匹配，可防止螺旋泄漏。

NPSF（美国标准燃油直管螺纹）是干密封螺纹的一种变体。用于内螺纹，可拧入 NPTF 外螺纹以实现良好的机械连接和液压密封。平行螺纹和锥形螺纹的组合虽然得到了广泛应用，但并不被认为是理想的选择。优质塑料快卸接头通常采用 NPT 螺纹。

另一种锥形螺纹是英国标准 21 规定的英国标准锥管螺纹或 BSP。BSP 螺纹通常用于低压泵管，不推荐用于中高压液压系统。这种螺纹采用惠氏螺纹，牙型角 55°，锥度 1/16。不能与美国 NPT 螺纹互换，虽然尺寸分别是 1/2" 和 3/4"，但它们的每英寸螺纹数都是 14。

因此，将 NPT 外螺纹拧入 BSP 内直螺纹形式时会出现问题。1/16"、1/8"、1/4" 和 3/8" 螺纹的螺距不同，这会导致螺纹错位。NPT 和 BSP 的螺纹牙侧角也不同。NPT 螺纹 60°，而 BSP 螺纹 55°。

在 NPT 和 BSP 中，1/2" 和 3/4" 尺寸的每英寸螺纹数都是 14，并且 NPT 可与 BSP 很好地接合。

尽管这些螺纹的螺距相同并且啮合良好，但螺纹牙型仍然存在问题。牙型角以及牙顶和牙根公差不同会导致螺旋泄漏，如图 7 所示。如果使用适当的螺纹密封剂，这些螺纹可有效地搭配使用。

对于金属泵管液压系统，塑料快卸接头及其相应的注塑管螺纹使用过程中会出现许多问题。如果不小心，可能会发生泄漏和塑料螺纹牙型故障。在排查金属塑料管接头故障时，需要考虑两个因素：化学侵蚀和过度拧紧。

如使用了不当的螺纹密封剂，可能会发生化学侵蚀。螺纹牙顶和牙根不匹配时，可试图通过螺纹密封阻断螺旋泄漏路径。密封塑料螺纹牙型时，应避免使用厌氧螺纹密封剂。这类密封剂含有的化学物质可能会腐蚀塑料。塑料螺纹最好选择 PTFE 基管螺纹密封剂。

过度拧紧塑料管螺纹会对接头功能产生不利影响。塑料和金属之间的主要区别在于聚合物行为。在蠕变等恒定载荷下，注塑成型的塑料部件会持续变形。蠕变指塑料零件在连续载荷下持续拉伸或变形。通常，由于过度拧紧，注塑成型塑料管螺纹的塑料材料会蠕变至内螺纹锥形端口中。零件内部特征的变形会导致零件失效。

Colder Products Company 生产的标准管螺纹牙型

NPT（美国标准锥管螺纹）尺寸：	BSPT（英国标准锥管螺纹）尺寸：
1/16 – 27NPT
1/8 – 27NPT	1/8 – 28BSPT
1/4 – 18NPT	1/4 – 19BSPT
3/8 – 18NPT	3/8 – 19BSPT
1/2 – 14NPT	1/2 – 14BSPT
3/4 – 14NPT	3/4 – 14BSPT
1 – 11-1/2 NPT