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Rc1/8,G3/4,NPT1/4的含义是什么?BSPT,NPT,Rc,G等螺纹又有什区别?

Rc1/8,G3/4,NPT1/4的含义是什么?BSPT,NPT,Rc,G等螺纹又有什区别?

昨天,我做了一个简单的推动Z轴,目的是用来推动一个吸气装置。

这个装置,在抽掉等离子清洗产生的废气后,上升到最高点,以避开在它下方传送带上较高的物料。

推动行程150毫米,因为没啥精度要求,±1mm也可以。

所以,这个轴是用双作用气缸驱动,普通单滑块线性导轨导向。(用叉子式传感器,检测是否已推到最高位置)

既然用了气缸,自然,里面涉及到了一个简单的气路。

因为希望在最高点时,如果出现断电断气,要保证吸气装置在那个位置保持一定时间不动,所以需要一个三位五通中封的电磁阀。(再加双边调速阀控制速度)

在系统里一搜,很快电磁阀就选好了。

一看,气接口是Rc1/8,不由得想起各种气管接头的类型和参数。

例如,在供应商的产品目录中,经常有NPT1/8,Rc3/4,G1/4等接口。

供应商管接头

那么,这些管螺纹接口NPT,Rc,G等到底是什么含义?有什么区别?

谈到这些问题,不得不说到惠氏螺纹。

我们知道, 普通连接螺纹的牙型角是60度。

这个惠氏螺纹,与普通螺纹不同之处在于,它是55度牙型角。

为什么做成55度呢,原来,有个有趣的事情。

惠氏螺纹的发明人,约瑟夫·惠特沃斯(Joseph Whitworth),伴随英国工业革命浪潮,建立了自己的多个机床生产厂。

这些不同的厂,由于没有统一的螺纹标准,各自按照自己的经验制造螺纹,结果尺寸不尽相同,这就导致螺纹零件互换性成为问题。

比如,可能同一个零件同一个位置的螺孔,换一个螺钉后无法锁紧。

随着生产规模的不断扩大,Whitworth意识到了这个严重的问题。

随后,他收集了不同厂的螺纹样品,测量尺寸形状等数据,基于此,他提出了螺纹加工的统一标准,这就是惠氏螺纹BSW(British Standard Whitworth)的由来,也是世界上第一份螺纹标准。

惠氏螺纹BSW/BSF

在这个标准中,螺纹牙型角是55度,(BSF=British Standard Whitworth Thread Fine惠氏细牙螺纹)。

虽然现在惠氏螺纹在螺母和螺杆中并不常见,因为它被统一制螺纹(Unified-Series)和米制螺纹(Metric-Series)所替代了。

但是英国标准直管螺纹BSPP(British Standard Pipe Parallel),和1:16的锥管螺纹BSPT(British Standard Pipe Taper),都是在这个基础上发展起来的,并成为国际标准(ISO),一直沿用至今。

55度直管螺纹BSPP
55度锥管螺纹BSPT

更有意思的是,惠氏螺纹中,还规定牙顶和牙底做成圆弧。

为什么呢?这个其实是和惠特敏锐的市场洞察力和技术积累有关。

因为一开始,惠特建厂的目的就是卖机床,也就是“母鸡”,而不是卖机床加工出来的零件。可能是因为他看好繁荣的工业革命驱动的市场。

所以,在他给英国工业标准协会提交螺纹标准的时候,就把这个圆弧植入了,可谓是非常地英明,让人神不知鬼不觉地,把自己生产的螺纹变成了行业标准。

当然,在当时,也只有他家可以做这种圆弧牙顶和牙底,可以说是很好的技术壁垒。这都离不开他10多年的行业积累。

包括现在,要在一个行业树立标准,没有强有力的核心竞争力(不一定是技术方面的,可以是定位,品牌等方面),都不好使,因为容易被模仿被复制,在竞争中失利。

回过头,从使用角度来看,圆弧牙顶和牙底有它的好处,它能降低螺纹器具对牙顶的磨损,且其抗疲劳强度比平底螺纹有所改善,因为圆弧过度,优化了应力分布。

后来,美国为了降低螺纹加工的困难,参照此标准,把牙形角改成60度,牙顶和牙低都改为平的,才有了美国标准管螺纹NPT和NPSC:National Pipe Taper Thread和National Pipe Straight Coupling Thread

所以现在,就管螺纹而言,在世界范围内形成了以ISO标准为一方,以美国标准为另一方的两大管螺纹标准体系。

英美管螺纹
美国和国际标准管螺纹对比

说完了管螺纹两大体系,那么就容易理解各种管螺纹的分类和区别了,因为R系列和G螺纹都属于英制管螺纹。

RP:英制密封内直管螺纹

Rc:英制密封内锥管螺纹

R:英制密封外锥管螺纹,和Rc,Rp,G匹配

R1:英制密封圆锥外螺纹,与英制密封直内管螺纹匹配Rp/R1

R2:英制密封圆锥外螺纹,与英制密封圆锥内螺纹匹配Rc/R2

G:圆柱/直管螺纹

用一张图表示英制管螺纹的关系,如下(来自丝锥札记)。

英制管螺纹分类

以上我们了解了管螺纹的基本分类,那么该如何选择螺纹?

这里还需要弄明白管螺纹的匹配方式和密封方式。

首先是匹配方式:锥外管螺纹可以配入锥内管螺纹和直内管螺纹。

如上图,写成Rc/R2和Rp/R1,左边表示内螺纹,右边表示外螺纹。

但是,直外管螺纹不能配入锥内管螺纹。

另外,因为NPT螺纹和BSPT螺纹的螺纹牙型角,牙顶牙底,及螺距等不同,所以一般来说(除了部分1/2和 3/4螺纹,因为两者的螺距一样)是不兼容的,比如不能用NPT公头去配合BSP的母头。


BSP和NPT螺距对比

直观地,用下面这张图表示匹配方式。

螺纹的匹配方式

对于密封:圆柱管螺纹一般用O型密封圈或者带密封圈的垫片,再或者用生料带,密封胶等密封。

锥管螺纹的密封是靠锥螺纹变形,形成挤压力来密封。但是往往也还是存在漏气的可能。所以,对于严格要求的地方,还是会用生料带或者密封胶等密封。

直观地,密封方式,可以用下面的这张图来表示。

螺纹的密封方式

所以,我们在选择接头的时候,首先要看螺纹体系,BSP配BSP,NPT配NPT,M配M,UNF配UNF等。

然后需要注意的一点是,直管外螺纹不能配锥管内螺纹,例如G1/4配Rc1/4就是错误的,而只能用锥外管螺纹去配直内管螺纹,例如Rp/R1或者Rc/R2。

最后关于密封,直管螺纹一定需要密封,而锥管螺纹一般靠自身密封即可,对于密封要求高的应用场合,还应该添加密封胶或者生料带等,不过现在供应商一般在出厂时,就自带密封方式了。

两大管螺纹体系,在全球的应用情况是什么样子呢?

BSPP和BSPT这两类螺纹,都是惠氏管螺纹,多用于欧洲及英联邦国家,澳大利亚,新西兰等。

在亚洲,比如中国,韩国,日本等都使用BSPT螺纹(日本标准JIS=Japanese Industry Standard叫PT),我们使用的许多电磁阀产品,气接口就是属于这个体系。

而美国,加拿大等地区则使用NPT螺纹。

关于NPT螺纹,这里多说几句。

NPT螺纹,不需要也不能用O型密封圈密封,因为是锥螺纹,只能拧进去一部分,通常靠螺纹变形即可密封。如果要保证密封,可以用生料带(PTFE tape)或者乐泰密封。

需要指出的是,常说的NPTF=National Pipe Taper Fuel,指的是美制干密封圆锥管螺纹,包括内螺纹和外螺纹。

它和NPT只有牙顶和牙底有细微的差别,其他都一样。很容易犯的错误是,把NPTF误以为是National Pipe Thread Female。

最后总结一下,用一张表格来表示常用的英美螺纹,另一张表格对比常用的螺纹,如下。

英美螺纹含义
螺纹对比表格

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发布于 2019-10-20

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