關於螺絲、螺栓的應用問題
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一、 螺紋的規格與標示為何? 螺栓的種類繁多,但一般使用有三種:公制螺絲、美規螺絲、英制螺絲。
公制螺紋用螺距來表示,英、美制螺紋用每英寸內的 ...
螺絲與螺栓屬常見的螺紋緊固件,是一種有內螺紋或是外螺紋的機械零件,一般會作為機構緊固使用,方便多個組件的組合,與銲接不同,固鎖機構的功能易於調整、易於拆卸。
若一緊固件有外螺紋,無配合螺帽使用,則為螺絲(例如木螺絲、自攻螺絲),若配合螺帽使用,即為螺栓(例如扁圓頭螺栓、防滑螺栓)。
不同的螺紋其效能應用上也有所不同,例如:
1.三角螺紋(60度):適合結合、鎖緊;
2.管用三角螺紋(55度):適合結合、鎖緊;
3.梯形螺紋(30or29度):適合動力傳動;
4.方螺紋(90度):應用於動力傳動。
一、螺紋的規格與標示為何?
螺栓的種類繁多,但一般使用有三種:公制螺絲、美規螺絲、英制螺絲。
公制螺紋用螺距來表示,英、美制螺紋用每英寸內的螺紋牙數來表示,這是它們最大的區別,公制螺紋是60度等邊牙型,英制螺紋是等腰55度牙型,美制螺紋60度。
公制螺紋用公制單位,美英制螺紋用英制單位。
1.公制螺絲:ISO公制螺紋由對稱的V形螺紋組成,側面相互成60°的角度,螺紋深度為0.614×螺距。
公制螺紋的標示是以字母M開始,後面加上螺紋的外徑(螺紋的外直徑),單位為mm,例如M8就是外徑8mm的公制螺紋,M8×1就是外徑8mm,旋轉360°會前進一1mm的公制螺紋。
2.美規螺絲:一般以番號標示,如#2-56;#4-40;#6-32;#8-32;#10-24。
例如#8-32就是8號螺絲,每英吋有32牙。
番號與螺絲外徑的對照關係
3.英制螺絲:英制螺紋俗稱”惠式螺紋”標示以W*N,英制螺紋牙距表示每一英吋有多少數量螺紋,例如,1/8″-40(外徑=1/8″=3.175mm,每英寸40牙),而有些標註為1/4”x0.50就是外徑1/4吋螺絲,長度0.5英吋。
二、螺紋有分粗牙或細牙嗎?
常見的接頭螺牙形式有UN/UNF(美制直螺牙)、NPT/NPTF(美制管螺牙)、英制直管螺牙(BSPP)(JIS-PF)、英制錐管螺牙(BSPT)(JIS-PT)、公制直螺牙、公制錐螺牙等等。
1.UNC:UnifiedCoarse-thread美規粗螺紋,強度高,重機械結構較常用,但自鎖性不如細牙螺紋,例如,3/8″x16UNC(外徑=3/8″,16UNC=美規粗牙每英寸16牙)。
2.UNF:UnifiedFine-thread美規細螺紋,密封性好,精密組裝較常用,適合於微調,例如,3/8″x24UNF(外徑=3/8″,美規細牙每英寸24牙)。
3.UNEF:UnifiedExtraFinethread美規極細螺紋。
4.UN:美規定螺距螺紋。
5.NPT:是一般用途的美國標準錐管螺紋,牙型角為60°。
6.PT:為英制錐螺紋牙,牙型角為55°,密封中最常用。
參考規範為ANSI/ASMEB1.1
UNC/UNF標準螺牙數
三、螺紋有不同的方向性嗎?
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,比如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旋螺絲旋緊,沒有資料顯示車輪鬆脫與螺絲旋紋有直接關係。
四、螺栓的機械強度有何不同?
螺栓的緊固軸向力與其有效斷面積成正比,適當軸力是以規格耐力計算,通常取降伏強度的70%,例如緊固軸力F=0.7×降伏強度×螺栓截面積。
高强度螺栓和普通螺栓的區別在於1.材料不同2.熱處理方式不同3.強度不同。
螺栓按性能等級分3.6、4.6、4.8、5.6、6.8、8.8、9.8、10.9、12.9等10餘個等級,其中8.8級及以上螺栓材質為低碳合金鋼或中碳鋼並經熱處理(淬火、回火),通稱為高強度螺栓,8.8以下通稱為普通螺栓。
螺栓性能等級標號有兩部分數字組成,分別表示螺栓材料的抗拉強度值和降伏強度比值。
例如,
1.4.8級的螺栓,其定義是:
(1)螺栓材質抗拉強度為400MPa級;
(2)螺栓材質的降伏強度比值為0.8;
(3)螺栓材質的公稱降伏強度為400×0.8=320MPa
2.10.9級高強度螺栓,其定義是:
(1)螺栓材質抗拉強度為1000MPa級;
(2)螺栓材質的降伏強度比值為0.9;
(3)螺栓材質的降伏強度為1000×0.9=900MPa
五、如何施作適當的扭矩以達到適當的緊固軸力?
一般會由廠商提供螺栓扭矩的適當大小或計算公式,也會區別有潤滑與無潤滑下力矩的差別,例如有油潤滑的螺栓會減少扭矩20%左右。
扭矩與螺栓本身降伏強度成正比可參考如下表,如下表參考值8.8級M16扭矩為1670kgf-cm。
鋼結構施工工程,多採用自動扭力控制之高拉力螺栓(俗稱斷頭螺栓)。
利用專屬的螺絲槍在達到一定的扭力時,其釘尾部分會斷裂,期以最簡潔之方式,可目視檢查螺栓群是否完成鎖緊之程序。
同時也能讓構件接頭處之螺栓其鬆緊度均一,達到均佈荷重之理想目的。
六、摩阻型螺栓跟承載型螺栓有何差別?
摩阻型是一般大型工程常用的,像是橋梁、房屋結構接合,都是用摩阻型。
摩阻型在”設計上”是不允許接合處相對位移,而實際上可能會有極小的位移。
承壓型螺栓可允許位移,直到螺桿與孔壁接觸,如用在”耐震間柱”軸力釋放機構內。
七、鎖緊螺栓時使用墊片(WASHER)要注意甚麼?
1.當被鎖緊物最外緣兩側鋼板不相互平行,即螺栓穿鎖後螺栓軸心線未與鋼板面垂直,且軸心線與鋼板法線偏量之斜率大於1/20時,其螺栓墊片需使用硬化斜削墊片以調整螺栓軸心線偏量。
2.當接合構件之強度較小,可能造成螺栓軸向力破壞其母材局部時,需使用螺栓墊片。
3.螺栓用於擴大孔或長形槽孔時需使用螺栓墊片。
4.墊片材質未達該強度要求時,以層疊數個該墊片並無法達到應有強度要求。
八、螺栓緊固時可以使用螺絲膠嗎?
使用螺絲膠的目的是使螺絲與螺母(或螺牙)間達到某個等級的化學黏固力以加強其摩擦力,防止鬆脫,許多機械組裝不用螺絲膠,因為要考慮到拆卸,雖然低強度螺絲膠不難拆,但還是會有殘膠,而在有振動環境下或溫差變化大的機械組裝則經常使用螺絲膠。
螺絲膠多為厭氧膠,在無氧環境下受金屬離子催化反應固化,膠水不會和螺栓起化學反應。
較知名的樂泰膠Loctite扭矩
九、螺絲膠使用條件?
1.塑膠或玻璃不建議用厭氧膠,低活性金屬表面(鍍鎳、鉻等)也不適合厭氧之螺絲膠,因為「氧氣會抑制膠水反應」,所以使用螺絲膠時至少內牙或外牙一方為金屬,而且固鎖時可將空氣排出,雙邊都是塑膠材質時不建議使用。
2.很多螺絲都會電鍍,鍍上去的表層通常都是低活性金屬,固化會很慢,黏著力也會比正常低,此時可預先使用前處理劑或特殊配方。
3.螺絲膠使用在通孔及盲孔操作上有些不同,主要是如何將空氣排出:
(1)通孔時在螺絲末端第二牙後開始施膠,繞360度,之後再順著螺牙鎖上。
(2)盲孔時,將膠灌入盲孔底部內,再行鎖牙,避免鎖入時空氣擠出產生氣泡。
十、螺絲拆不下來怎麼處理?
1.更換更大扳手。
2.若使用螺絲膠,局部加熱可減少鬆脫強度。
3.安裝之前塗抹潤滑油或潤滑脂(俗稱黃油),但不耐天候及高溫。
4.使用耐落Nylok螺帽–(尼龍塗層可以防鏽、利用塗層本身的彈性吸收微動摩擦,提供穩定的鎖緊力並防止咬死)。
5.使用螺絲防卡劑。
注意”螺絲膠”與”螺絲防卡劑”不能同時使用,螺絲膠是防鬆脫,防卡劑是防鎖死。
兩種性能剛好相反,螺絲膠能有效填補螺紋間隙防止螺絲間生鏽卡死,也能當作防卡劑使用,但螺絲膠耐溫最高不超過250度,但防卡劑可應用在800度以上嚴苛環境,應用環境不同。
參考資料:
維基百科,MISUMI集團台灣三住,Loctite樂泰台灣
https://www.soic.org.tw/wp-content/uploads/2020/10/4-1.png
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JanetTsai
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