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螺絲

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螺絲
各種各類的螺絲(圖片右下角是一枚作為參照物的硬幣)
中國大陸販售螺絲的專門店

螺絲英語screw)即螺(絲)釘,是一種常見的緊固件,在機械電器建築物上廣泛使用。一般材質為金屬或塑膠,呈圓柱形,表面刻有凹凸的溝稱為螺紋。螺紋是一個環繞螺絲側面的螺旋傾斜面,讓螺絲可應用螺旋機制緊鎖著螺絲帽或其他物體,這些物體的內側有和螺絲相對應的螺紋,稱為內螺紋。一般螺絲帽或其他物件的內螺絲需另外加工產生,不過有一種螺絲稱為自攻螺絲,可以在較軟的物體上切削出內螺紋,因此不需特別的加工。

螺絲的主要功用是接合二個物體,或者是固定一物體的位置。螺絲通常可隨意移除或重新嵌緊而不損其效率,亦比提供更大的力量,也可重覆使用。

一般螺絲的頂部直徑較大,常見的有圓形、方形或正六邊形,若頂部為正六邊形,可以用扳手轉動螺絲,若頂部為圓形,頂部正面也會有溝紋,方便使用對應的螺絲起子轉動螺絲。最常見的溝紋有一字型及十字型和方形,也有其他的形狀。較突出的頂部亦令螺絲不會鑽得太深入而穿過物料,及提高螺絲對物料的壓力。有些螺絲不會設計較大直徑的頂部,例如固定螺絲英語Set screw即為一例,因此螺絲可以整個鎖進工件內,不會有露出的部份。

大部份螺絲的螺紋都有一定的方向,順時針方向旋轉時可將螺絲鎖緊,這種螺絲稱為右旋螺絲。與上述螺絲相反的左旋螺絲,只有在特定情形下使用。有些應用下螺絲會受到逆時針方向的力矩,右旋螺絲會因為受到的力矩而使螺絲轉鬆,此時就需要使用左旋螺絲,例如腳踏車的左側踏板就會使用左旋螺絲。不過汽車左右側的車輪都是用右側螺絲旋緊,沒有資料顯示車輪鬆脫與螺絲旋紋有直接關係[1]

螺絲和螺栓的區別[編輯]

一個有方型螺帽的螺栓
一個有六角螺帽及墊圈英語washer的結構螺栓

有關螺絲和螺栓的差異,沒有一個一致性廣為接受的標準,美國出版的《機械設計手冊英語Machinery's Handbook》中說明如下:

螺栓是一種外圈有螺紋的緊固件,目的在將螺栓插入孔中,固定組合件,而且一般會配合螺帽,旋轉螺帽來旋緊或是旋鬆螺栓。螺絲也是一種外圈有螺紋的緊固件,目的在將螺栓插入孔中,固定組合件,而且一般會配合孔上已有的內螺紋,或是由螺絲在孔上產生的內螺紋的帽,一般會旋轉螺絲頭來旋緊或是旋鬆螺絲。若一緊固件有外螺紋,在組合好之後只能透過旋轉螺帽來旋緊或旋鬆,那就是螺栓(例如扁圓頭螺栓、軌條螺栓、防松螺栓)。若一緊固件有外螺紋,不配合螺帽使用,那就是螺絲(例如木頭螺絲、自攻螺絲)[2]

上述的差異和ASME B18.2.1一致,也和一些字典上螺絲[3][4]及螺栓的定義一致 [5][6][7]

不過也存在其他的定義方式。

分類[編輯]

主要分類包括普通螺絲、自攻螺絲和膨脹螺絲三種。

普通螺絲[編輯]

羅伯森螺絲[編輯]

2吋半8號羅伯森螺絲釘

羅伯森螺絲釘的螺絲頭呈方形,是加拿大工程師羅伯森發明,因此稱為羅伯森螺絲釘。在加拿大羅伯森螺絲釘普遍用於機械製造,房屋建築等行業。羅伯森螺絲釘的優點是可以拿電動螺絲起子,鑽頭咬住螺絲釘,不易脫落,因此可以單手操作。在用高扭力的電動衝擊起子時,羅伯森螺絲釘比一字形、十字形螺絲釘更不容易跳槽。

自攻螺絲[編輯]

自攻螺絲

一般螺絲在鎖固其他物體時,其他物體需先加工內螺紋,自攻螺絲英語Self-tapping screw是指螺絲在旋緊時就會在其他物體上產生內螺紋。有些自攻螺絲是螺絲上製作一個和軸面平行的凹槽,凹槽會切斷螺紋,使螺紋不連續,在旋緊螺絲時不連續的螺紋就會切割其他物體,產生內螺紋。從DIY外科手術的領域中,都會用到自攻螺絲。

  • 螺紋成型自攻螺絲(Thread Forming Tapping Screws)
    • 螺紋切削自攻螺絲(Thread Cutting Tapping Screws)
  • 螺紋滾成自攻螺絲(Thread Rolling Tapping Screws):─三角牙自攻螺絲,又稱為Type TT
  • 鑽尾自攻螺絲(Self Drilling Tapping Screws):又稱為Tec
  • 雙螺紋自鑽尾喇叭頭自攻螺絲(Twin Lead Self Drilling Point Tapping Screws)

膨脹螺絲[編輯]

膨脹螺絲

膨脹螺絲的尾端有椎度,半徑較大。螺絲外有金屬或塑膠的套筒,靠近尾端處有切口。在螺絲旋緊時,螺絲長度縮短,螺絲尾端會將金屬套筒撐開,因此金屬套筒會膨脹。膨脹螺絲常用在螺絲固定在水泥牆上的情形.塑膠的套筒和水泥牆可以產生摩擦力,再靠套筒來固定螺絲,但只限用於荷重不大的場合,例如吊扇就不能用膨脹螺絲固定[8]

材料[編輯]

螺絲及螺栓一般是用製成,若需要有良好的耐蝕性及耐候性(例如醫療植入物中的小螺絲),則會選用不鏽鋼青銅矽青銅蒙乃爾合金英語monel

不同材料之間的伽凡尼腐蝕英語Galvanic corrosion可以用選擇適當的材料來避免(例如在雙層玻璃軌道中使用鋁製螺絲)。若要耐蝕性非常好,強度中等,或是需要絕緣,可以用塑膠材質,例如尼龍聚四氟乙烯

一般來說螺絲為了避免腐蝕,會加上表面塗層(如不鏽鋼螺絲上鍍鋅)或是用其他方式改善材料表面的特性。

選擇螺絲材料需考慮其體積、需要強度、耐蝕性、接合金屬、成本及溫度。

製造[編輯]

Screw (bolt) 13-n.PNG

螺絲的製造可以分為三個步驟:鍛頭、攻螺紋英語Threading (manufacturing)以及鍍層。螺絲的原料是成卷的金屬絲,大型螺絲的原料可能是棒材英語bar stock,原料會依螺絲尺寸,切割為適合加工的長度,之後再進行鍛頭英語Heading (metalworking),是冷加工英語Cold working鍛造螺絲頭部的程序,鍛頭會讓螺絲頭的部份成形,機器中模具的形狀會決定螺絲頭的外形,例如平頭螺絲的模具對應部份也是平的。若是較複雜的形狀,會用二次鍛頭程序,使螺絲頭可以完整成形,使用此生產方式的原因是其高產率,而且在本質上沒有廢料。若是螺絲頭上有槽的螺絲,會需要一個額外的步驟來產生螺絲頭上的槽,這會用開槽機(slotting machine)來進行。

鍛頭後的螺絲會進行攻螺紋,有些是利用螺旋滾壓成形(thread rolling)的方式處理,有些則是用切削的方式處理經過。接下來會用木頭及皮革類材料進行滾筒拋光英語tumble finished,清理工件並且拋光。大部份的螺絲需要有鍍層來防止腐蝕,可能是電鍍鋅或是或是加上黑氧化物英語black oxide鍍層。

螺絲起子的種類[編輯]

現在的螺絲會設計有不同形狀的頭,配合不同的螺絲起子使用,因此需要搭配的螺絲起子才能轉鬆或轉緊,美國最常見的一字及十字的螺絲起子,六角形、方形頭的(羅伯森螺絲)、六角星形的在一些領域也會用到,有些起子是用在量產品的自動組裝中,有些少見的起子是用在一些防止篡改的應用中,例如一些不該由家庭維修人員打開維修的電器用品。

歷史[編輯]

1871年的車床,有配合的導螺杆及齒輪可以車螺絲的螺紋

希臘數學家阿爾庫塔斯曾經描述過螺絲的原理。在西元第一世紀時,地中海世界已開始將木頭螺絲用在螺旋壓機英語screw press中,可以由橄欖中壓製橄欖油,也可以從葡萄中榨汁釀酒。在十五世紀之前,歐洲很少用金屬螺絲作為緊固件[9]

羅伯津斯基(Rybczynski)證明手持的螺絲起子在中古時期就已經存在(最晚為西元1580年),不過到了十八世紀才配合有螺紋緊固件的商業化,開始廣為使用[10]

工具[編輯]

一般旋緊或旋鬆螺絲的手工具稱為螺絲起子,若需使用電源,稱為電動螺絲起子。電鑽若配合一些配件,也可以當電動螺絲起子使用。若螺絲旋緊的力矩需較精準,可以利用扭力限制起子,提供足夠又不會太大的扭力。若是六角頭的螺絲,一般會使用扳手固定。

螺紋標準[編輯]

有關螺紋的螺距、直徑等相關標準,有許多不同的系統加以規範,但世界上大多數地區已用ISO公制螺紋英語ISO metric screw thread(M系列螺紋)取代舊有的系統,定義在國際標準ISO 68-1中[11],其他系統中較常用的有英制惠氏標準螺紋英語British Standard Whitworth(B.S.F螺紋)、英國協會螺紋英語British Association screw threads(B.A.螺紋)及統一螺紋標準英語Unified Thread Standard等。

ISO公制螺紋[編輯]

ISO公制螺紋英語ISO metric screw thread的基本法則定義在國際標準ISO 68-1中,較常用的直徑及導程組合則列在ISO 261中。螺絲、螺帽及螺栓都常用到的直徑及導程組合子集合放在ISO 262。每個直徑最常用的導程稱為大導程(coarse pitch),有些直徑會有額外一至兩個小導程(fine pitch),例如一些薄壁圓管上的螺紋。ISO公制螺紋的標示是以字母M開始,後面加上螺紋的大徑,單位為mm,例如M8就是大徑8 mm的公制螺紋,若螺紋不是使用一般的大導程(例如M8螺絲使用1.25 mm以外的導程),會在後面加一個乘號,再加註單位為mm的導程,例如M8×1就是大徑8 mm,旋轉360°會前進一1 mm的公制螺紋。

公制螺絲的大徑是指螺紋的外直徑。而配合的螺孔(或螺帽)其內徑為螺紋的大徑減去導程。因此導程為1 mm的M6螺絲是用直徑6 mm的金屬棒製成,而對應的螺孔則是由直徑5 mm(6 mm - 1 mm)的圓孔加工而成。

金屬的六角螺栓、螺帽及螺絲會用英國標準英語British Standard BS 4190(通用螺絲)及BS 3692(精密螺絲)。以下列出螺絲尺寸及對應扳手尺寸之間的關係:

ISO公制螺紋 M1.6 M2 M2.5 M3 M4 M5 M6 M8 M10 M12 M16 M20 M24 M30 M36 M42 M48 M56 M64
扳手尺寸(mm) 3.2 4.0 5.0 5.5 7.0 8.0 10.0 13.0 17.0 19.0 24.0 30.0 36.0 46.0 55.0 65.0 75.0 85.0 95.0

此外有些比較不常用的中間尺寸。

ISO公制螺紋 M7 M14 M18 M22 M27 M33 M39 M45 M52 M60 M68
扳手尺寸(mm) 11 22 27 32 41 50 60 70 80 90 100

其他的固定方式[編輯]

固定物體除了使用螺絲外,也可以使用釘子鉚釘大頭針彈簧銷英語Spring pin焊接銲錫硬焊黏合劑膠帶等。

相關條目[編輯]

參考資料[編輯]

  1. ^ 立法會九題:政府提醒車主及駕駛者妥善保養車輛. 香港立法會. 2004-10-13 [2013-05-04]. 
  2. ^ Oberg等 2000,第1492頁.
  3. ^ Cambridge Dictionary of American English. Cambridge University Press. [2008-12-03]. 
  4. ^ allwords. [2008-12-03]. 
  5. ^ Merriam Webster Dictionary bolt. [2008-12-03]. 
  6. ^ Compact Oxford English Dictionary bolt. Oxford. [2008-12-03]. 
  7. ^ Cambridge Advanced Learner's Dictionary bolt. Cambridge University Press. [2008-12-03]. 
  8. ^ 膨脹螺絲簡介. 
  9. ^ Am_Wood_Screws, [2010-04-30]. 
  10. ^ Rybczynski 2000,第34, 66, 90頁.
  11. ^ ISO 68-1:1998 ISO general purpose screw threads – Basic profile – Part 1: Metric screw threads. International Organization for Standardization. 
  • Oberg, Erik; Jones, Franklin D.; Horton, Holbrook L.; Ryffel, Henry H., Machinery's Handbook 26th, New York: Industrial Press Inc., 2000, ISBN 0-8311-2635-3. 
  • Rybczynski, Witold, One good turn: a natural history of the screwdriver and the screw, Scribner, 2000, ISBN 978-0-684-86729-8, LCCN 00036988, OCLC 462234518. Various republications (paperback, e-book, braille, etc).