Vereinheitlichte Schraubengewinde (UNC/UNF/UNEF): Tabellen und Formeln

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Übersicht

Der Unified Thread Standard (UTS) definiert eine 60°-Gewindeform in Zollabmessungen, wie in der Norm ASME B1.1 beschrieben. Es ist das nordamerikanische Pendant zum metrischen ISO-Gewindesystem. Der UTS ist die führende Norm für Schrauben, Muttern und eine Vielzahl anderer Verbindungselemente mit Gewinde, die in den USA und Kanada verwendet werden. In den letzten Jahren hat sich jedoch die metrische Gewindenorm durchgesetzt.
Die Norm definiert Durchmesser- und Steigungskombinationen sowie Spiel, Toleranzen und Bezeichnungen. Es hat dasselbe 60°-Profil wie das metrische ISO-Gewinde, aber die Grundmaße jedes UTS-Gewindes wurden als Zollbruchteil und nicht als Millimeterwert gewählt.

Bezeichnung

UN Thread Description

Grundlegende Bezeichnungssyntax:

  • Nenndurchmesser in Zoll Bruchteil
  • Steigung in TPI
  • Serien: UNC / UNF / UNEF / UN
  • Klasse: 1A, 2A, 3A, 1B, 2B oder 3B.

Durchmesser:

  • Ab 1/4″ und darüber werden die Durchmesser in Zollbruchteilen angegeben. Zum Beispiel 1/4″, 3/4″, 1 1/4″.
  • Unterhalb von 1/4″ werden die Durchmesser durch eine Reihe von Zahlen von #0 bis #12 angegeben. Jede „Nummer“ beschreibt einen beliebigen Durchmesser, wie in der folgenden Tabelle dargestellt.
  • Es ist auch erlaubt, die Durchmesser mit einem Dezimalwert zu bezeichnen. Zum Beispiel 0,250 (1/4″), 0,4375 (7/16″), usw.

Standard Durchmessernummern unter 1/4″

Diameter
Number
 #0 #1 #2 #3 #4 #5 #6 #8 #10 #12
Diameter
(Inch)
 0.06 0.073 0.086 0.099 0.112 0.125 0.138 0.164 0.19 0.216
Diameter
(mm)
 1.524 1.8542 2.1844 2.5146 2.8448 3.175 3.5052 4.1656 4.8260 5.4864

Steigung:

  • Standardmäßig wird die Steigung in TPI angegeben. Zum Beispiel bedeutet 1/4-20 ein Gewinde mit einer Steigung von 20 TPI (1/20=0,05″).
  • Es ist auch erlaubt, die Steigung nach der Länge zu bezeichnen. Zum Beispiel bedeutet 1/4-0,05P ein Gewinde mit einer Steigung von 0,05″ (entspricht 20 TPI).

Ausführung:

  • In den meisten Fällen wird die Serie UNC, UNF oder UNEF (Grob-, Fein- oder Extrafeinesteigung) sein.
  • ASTM B1.1 definiert auch mehrere Serien mit konstanter Steigung. Diese sind mit ##-UN gekennzeichnet. Zum Beispiel 12-UN oder 8-UN. Die Steigung bleibt bei diesen Serien über den gesamten Durchmesserbereich gleich. Sie sind jedoch weit weniger beliebt.

Ausführung:

  • Die Klasse wird durch einen zweistelligen Code definiert.
    • Das erste Zeichen ist eine Ziffer zwischen 1 und 3. 3=Feste Passform, 2=Mittlere Passform und 1=Lockere Passform.
    • Das zweite Zeichen ist ein Buchstabe. A=Außengewinde und B=Innengewinde.
    • Für eine ausführliche Erklärung der Klassen lesen Sie bitte den entsprechenden Abschnitt weiter unten.

Zusätzliche Parameter:

  • Richtung: Standardmäßig ist das Gewinde rechtsgängig. Für ein Linksgewinde fügen Sie das Suffix -LH hinzu.
  • Anzahl der Gänge: Standardmäßig haben alle Gewinde einen einzigen Gang. Der Anstieg ist also gleich der Steigung. Bei einem mehrgängigen Gewinde wird auch die Steigung angegeben. Zum Beispiel: 3/4- 0.0625P – 0.1875L UNF bezeichnet ein 3/4″ UNF Gewinde mit 3 Gängen. (0.1875/0.0625=3)

Bezeichnungsbeispiele für Unified Threads

Designation Thread Series
Internal /
External
Nominal
Diameter
TPI Pitch Lead Class Number of Starts Thread
Direction
#8-32 UNC UNC undefined 0.164" 32 0.03125" 0.03125" undefined 1 Right hand
1/4 -28 UNF-2A UNF External 0.25" 28 0.0357" 0.0357" 2A 1 Right hand
3/4-20 UNEF-3B UNEF Internal 0.75" 20 0.05" 0.05" 3B 1 Right hand
1-12 UN-1A
Constant Pitch
12 TPI
 External 1" 12 0.0833" 0.0833" 1A 1 Right hand
3/4– 0.0625P – 0.1875L UNF-2A UNF External 0.75" 16 0.0625" 0.1875" 2A 3 Right hand
1/4 -28 UNF-2A-LH UNF External 0.25" 28 0.0357" 0.0357" 2A 1 Left hand

Mögliche Kombinationen (Durchmesser/Steigung)

Die folgenden Tabellen zeigen alle möglichen Gewindekombinationen, die in der ASTM B1.1 definiert sind

  • UNC- Unified Zoll Grobgewinde
  • UNF – Unified Zoll Feingewinde
  • UNEF – Unified ZollExtra Feingewinde
  • ##-UN – Unified Zoll Konstante Steigung
  • Klicken Sie hier, um das vollständige Gewinde-Datenblatt für eine bestimmte Kombination zu erhalten

Mögliche Kombinationen für 1/16″ – 1/4″

Mögliche Kombinationen für 5/16″ – 1 1/2″

Mögliche Kombinationen für 1 9/16″ – 6″

Grundlegende Gewindeabmessungen (UNC, UNF & UNEF)

Die Grundmaße sind Nennmaße eines einheitlichen Gewindeprofils ohne Aufmaß und Toleranzen (Die Gewindeklasse definiert das). Sie basieren auf der Norm ASTM B1.1. Die Grundmaße können für die Konstruktion verwendet werden. Für die Fertigung und Bearbeitung benötigen Sie jedoch den zulässigen Bereich für jedes Maß. Diese Daten finden Sie in der Norm oder im Abschnitt Grenzwerte und Abmessungen weiter unten. Alle Grundmaße werden aus einfachen Formeln abgeleitet, die auf dem Nenndurchmesser und der Steigung des Gewindes basieren.

Symbole

Liste der Symbole, die in Diagrammen und Formeln für Unified Inch Threads verwendet werden

Symbol Explanation
Basic Parameters - Diameters and Pitch
D Major (Basic) diameter of internal thread
D1
 Minor Diameter - Internal Thread
D2 Pitch Diameter - Internal Thread
D3 Major diameter, rounded root, internal thread
d Major (Basic) diameter of external thread
d1 Minor Diameter - External Thread
d2 Pitch Diameter - External Thread
d3 MMajor diameter, rounded root, internal thread
n Number of threds per Inch (TPI)
P Pitch (Distance)
L Lead
Height Parameters
H Height of fundamental triangle
hs Thread Height - External Thread
has Thread addendum - External Thread
hn Thread Height - Internal Thread
han Thread addendum - Internal Thread
Length Parameters
LE Length of Engagment
Lts Length - External Thread
Ltn Length- Internal Thread
Allowance, Deviation, and Tolerances
TD1 Tolerance - D1
TD2 Tolerance - D2
Td Tolerance - d
Td2 Tolerance - d2
es Allowance - External Thread
Crest / Root Parameters
Fcs Crest width - External Thread
Frs Root width - External Thread
Fcs Crest width - Internal Thread
Fcs Root width - Internal Thread

Das folgende Video bietet eine kurze Erklärung der Begriffe für das Gewinde

Formeln für Grundmaße

Außengewinde

Unfied Thread Basic Dimensions
\( \large d=\text{Basic Diameter} \)
\( \large P=\frac{1}{TPI} \)
\( \large H=\frac{\sqrt{3}}{2}\times{P} = 0.866025404\times{P} \)
\( \large h_s=\frac{5}{8}\times{H} \)
\( \large h_{as}=\frac{3}{8}\times{H}\)
\( \large d_2=d-{2}\times{h_{as}} \)
\( \large d_1=d-{2}\times{h_s}\)
\( \large F_{cs}=\frac{P}{8}\)
\( \large F_{rs}=\frac{P}{4}\)

Innengewinde

Unfied Thread Basic Dimensions Internal
\( \large D=\text{Basic Diameter} \)
\( \large P=\frac{1}{TPI} \)
\( \large H=\frac{\sqrt{3}}{2}\times{P} = 0.866025404\times{P} \)
\( \large h_n=\frac{5}{8}\times{H} \)
\( \large h_{an}=\frac{1}{4}\times{H}\)
\( \large D_1=D-{2}\times{h_n}\)
\( \large D_2=D1+{2}\times{h_{an}}\)
\( \large F_{rn}=\frac{P}{8}\)
\( \large F_{cn}=\frac{P}{4}\)

Unified Inch Threads Maßtabellen

UNC Serie Grundabmessungen Tabelle

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UNF-Serie Grundabmessungen

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UNEF-Serie Grundabmessungen Tabelle

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UN Constant Pitch Serie Grundabmessungen Tabelle

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Grenzen der Gewindeabmessungen (UNC, UNF & UNEF)

Um ein Gewinde herzustellen oder zu messen, muss man die zulässigen Höchst- und Mindestwerte der Grundmaße kennen. Diese Werte werden entsprechend der Gewindeklassen berechnet(siehe unten). Um Klassen zu verstehen, müssen Sie zunächst die Begriffe Spiel(manchmal auch als Abweichung bezeichnet) und Toleranzen verstehen.

Gewindetoleranz und Spiel

Definition der Begriffe:

  • Zulage (Abweichung): Der minimal zulässige Abstand zwischen dem Grund- und dem Ist-Profil.
  • Toleranz: Die Breite des Toleranzfeldes eines Durchmessers auf dem eigentlichen Gewindeprofil. (Teilung, Haupt- und Nebendurchmesser)
  • Eine geringe Zugabe bedeutet, dass die Montage eines Außen- und Innengewindes schwieriger ist, aber nach der Montage ist die Bewegungsfreiheit geringer.
  • Eine große Toleranz bedeutet, dass die Montage eines Außen- und Innengewindes einfacher ist, aber nach der Montage mehr Bewegungsfreiheit besteht.
  • Die Aufmaßgröße hat keinen Einfluss auf die Schwierigkeit der Herstellung oder den Preis eines Gewindes.
  • Eine breite Toleranz ist einfacher und billiger herzustellen, führt aber zu einer größeres Spiel zwischen den Gewinden.
  • Eine enge Toleranz ist schwieriger herzustellen und teurer, führt aber zu einer geringeren Spiel zwischen den Gewinden.

Vereinheitlichte Gewinde-Klassen

  • Die Klasse wird durch einen zweistelligen Code definiert.
    • Das erste Zeichen ist eine Ziffer zwischen 1 und 3. 1=Locker Sitz, 2=Mittlerer Sitz und 3=Fester Sitz.
    • Das zweite Zeichen ist ein Buchstabe. A=Außengewinde und B=Innengewinde.
Unified thread classes sketch
  • Im Unified-Inch-Gewindesystem haben nur die Klassen 1A und 2A Spiel. Der Betrag für beide Klassen ist der gleiche.
  • Die anderen 4 Klassen haben einen Betrag von Null.
  • Alle Innengewindeprofile (B-Klassen) haben kein Spiel.
  • Klassen 1A & 1B: Diese Klassen eignen sich für Anwendungen, bei denen eine großzügige Toleranz und ein Spielraum für eine einfache Montage erforderlich sind. Die maximalen Durchmesser von Gewinden der Klasse 1A sind um den Zulagenbetrag kleiner als der Basisdurchmesser. Die Mindestdurchmesser von Gewinden der Klasse 1B sind gleich den Grunddurchmessern und bieten daher keinen Spielraum bei maximalem Materialzustand.
  • Klassen 2A & 2B: Die Klassen 2A (Außengewinde) und 2B (Innengewinde) sind die Standardklassen für die kommerzielle Herstellung von Muttern, Bolzen und anderen Gewindeverbindungen. Sie sind die Standardklasse, sofern nicht anders angegeben. sie haben den gleichen Betrag wie die Klassen 1A/1B. Sie haben jedoch ein engeres Toleranzfeld. Die Schwierigkeit des Zusammenbaus ist die gleiche, aber die Streuung zwischen den verschiedenen Teilen in einer Produktionscharge ist geringer.
  • Klassen 3A & 3B: Diese Klassen eignen sich für Anwendungen, bei denen ein fester Sitz und die Genauigkeit der Gewindeelemente wichtig sind. Die maximalen Durchmesser von Gewinden der Klasse 3A und die minimalen Durchmesser von Gewinden der Klasse 3B sind gleich (beide haben eine Nullzugabe). Die Genauigkeit ist hoch, aber die Montage ist schwierig.
  • Kombinationen von Klassen: Der Konstrukteur kann jede gültige Klasse für das Außen- und Innengewinde wählen, um seine Konstruktionsziele zu erreichen. Die gültigen Klassen sind in ASTM B1.1 wie folgt definiert:
    • Die Klassen 2A, 2A, 3B, und 3B sind immer gültig.
    • Die Klassen 1A und 1B gelten nur für UNC-Gewinde mit einem Nenndurchmesser von 1/4″ oder mehr.

Vereinheitlichtes Gewindespiel.

Die Zulage es sollte für Außengewinde der Klassen 1A und 2A berechnet werden. Die Toleranz für beide Klassen ist gleich und beträgt das 0,3-fache der Toleranz für den Teilkreisdurchmesser der Klasse 2A. Es ist die Funktion von 3 Parametern.

  • D – Basis (Nenndurchmesser)
  • P – Teilung (1/TPI)
  • LE – Einschraublänge. Wenn nicht explizit angegeben, wird die Einschraublänge mit 5 x Steigung angenommen. (LE=5*P)
  • Alle Parameter sind in Zoll angegeben
\( \large es = 0.3 \times \left [ 0.0015 \times \sqrt[3]{D} + 0.0015 \times \sqrt{LE} + 0.0015 \times \sqrt[3]{P^{2}} \right ] \)

\begin{array} \large \,es& = 0.3 \times\,[\,0.0015 \times \sqrt[3]{D} &\\ & +\,0.0015 \times \sqrt{LE}&\\ & + 0.0015 \times \sqrt[3]{P^{2}}\,] \end{array}
  • Das Ergebnis sollte auf 6 Dezimalstellen gerundet werden.
  • ASTM B1.1 listet in einer langen Tabelle die Zugabe für jede Gewindegröße auf. Die Ergebnisse dieser Formel sind jedoch zu100 % genau, und es besteht keine Notwendigkeit, die Tabelle zu durchsuchen.
  • Sie können unseren Erweiterten Gewinde-Rechnerverwenden, um die Zugabe gemäß einer Gewindebeschreibung zu erhalten, oder den Mini-Rechner unten benutzen.

Unified Thread Allowance Calculator

Einheitliches Gewinde Toleranzen

Die Toleranzen TD für Innengewinde und Td für Außengewinde werden von der Klasse abgeleitet. Die Toleranzen können nach den folgenden Formeln berechnet werden.

  • Td – Toleranz für großen Außendurchmesser
  • Td2 – Toleranz für den äußeren Flankendurchmesser
  • TD1 – Toleranz für kleineren Innendurchmesser
  • TD2 – Toleranz für den inneren Flankendurchmesser
  • T – Basistoleranz (Die Toleranz des Flankendurchmesser CLASS 2Aist die Basistoleranz, von der die anderen Toleranzen abgeleitet werden)
  • D – Grunddurchmesser des Gewindes.
  • P – Steigung (1/TPI).
  • LE – Einschraublänge (Falls unbekannt, ist der Standardwert 5 * P)
  • Alle Eingabeparameter und Ergebnisse sind in Zoll angegeben.

Basis-Toleranzformel

\( \large T = 0.0015 \times \sqrt[3]{D} + 0.0015 \times \sqrt{LE} + 0.0015 \times \sqrt[3]{P^{2}}\)

\begin{array} \large \,T& = \,0.0015 \times \sqrt[3]{D} &\\ & +\,0.0015 \times \sqrt{LE}&\\ & + 0.0015 \times \sqrt[3]{P^{2}} \end{array}

Formeln für Außengewinde
(Klassen 1A, 2A und 3A)

\( \large T_{d(1A)} = 0.3 \times T \)

\( \large T_{d2(1A)} = 1.5 \times T \)

\( \large T_{d(2A)} = 0.06 \times \sqrt[3]{P} \)

\( \large T_{d2(2A)} = T \)

\( \large T_{d(3A)} = 0.06 \times \sqrt[3]{P} \)

\( \large T_{d2(3A)} = 0.75 \times T \)

Formeln für Innengewinde
(Classes 1B,2B & 3B)

\( \large T_{d1(1B)} = 0.25 \times P\,-\,0.4 \times P^{2} \)

\( \large T_{d2(1B)} = 1.95 \times T \)

\( \large T_{d1(2B)} = 0.25 \times P\,-\,0.4 \times P^{2} \)

\( \large T_{d2(2B)} = 1.30 \times T \)

\(\begin{array}{ll} \large T_{d1(3B)}=&0.05 \times \sqrt[3]{P} + &\\ &0,003 \mal \frac{P}{D}\,-\,0,002 \end{array} \)

\( \large T_{d2(3B)} = 0.975 \times T \)

Die oben genannten Formeln können in den meisten Fällen verwendet werden. In der ASTM B1.1 sind jedoch verschiedene Szenarien aufgeführt, in denen andere Formeln oder seltsame Rundungsregeln gelten. Verwenden Sie unseren Erweiterten Gewinderechner um genaue Ergebnisse für jedes Gewinde zu erhalten.

Verwendungshinweise für die oben genannten Formeln:

  • Das Ergebnis sollte auf 6 Dezimalstellen gerundet werden.
  • Die Formeln für Außengewinde gelten für alle Gewinde.
  • Die Formeln für Innengewinde gelten nur für Gewindedurchmesser über 1/4″, eine Steigung zwischen 4 und 80 TPI und Eingriffslängen bis zu 1,5 X D.
  • In einigen Fällen schreibt die ASTM B1.1 besondere Rundungsregeln vor.
  • Sie können den Gewinderechner verwenden, der automatisch alle oben genannten Regeln berücksichtigt.

Einheitliche Grenzwerte für Gewinde Berechnungen

Sobald die Td-,TD– und es-Wertebekannt sind, können die endgültigen Grenzwerte nach den folgenden Formeln berechnet werden.

Formeln für die Grenzwerte eines Einheitszoll-Außengewindes

Skizze der einheitlichen Außentoleranzen für zöllige Gewinde
\( \large d_{max}=d-{es} \)
\( \large d_{min}=d_{max}-T_d \)
\( \large d_{2max} = d2 – es \)
\( \large d_{2min}=d_{2max}-T_{d2} \)

Formeln für Grenzwerte eines Einheitszolls Innengewinde

Skizze der Unified Inch Thread Innentoleranzen
\( \large D_{1min}=D \)
\( \large D_{1max}=D_{1min}+T_{D1} \)
\( \large D_{2minx} = D_2 \)
\( \large D_{2max}=D_{2min}+ T_{D2} \)

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