實驗結果

如表 12 為實驗的鎖緊力對 M 型不銹鋼夾緊件產生的彎曲作用，其結 果為使夾緊件往外彎曲變形。圖 35 為變形量與軸向變形量比較圖。

表 12 鎖緊力對 M 型不銹鋼夾緊件產生的彎曲變形量

夾緊件編號 受力前寬度 mm

受力後寬度 mm

變形量

mm 變形角度ψ 軸向變形 y mm

1 76.90 78.60 1.70 1.10

°

0.23 2 76.80 78.50 1.70 1.11

°

0.23 3 76.30 78.70 2.40 1.56

°

0.32 不銹鋼

螺絲

4 76.40 78.70 2.30 1.50

°

^0.31

5 79.50 81.80 2.30 1.50

°

0.31 6 78.40 80.50 2.10 1.37

°

0.28 7 76.60 78.80 2.20 1.43

°

0.30 電鍍鋅

螺絲

8 76.80 79.30 2.50 1.63

°

0.34

0.00

不足，所以會產生彎曲變形，導致在螺紋結合處會發生軸向的變 形，且此軸向變形並非完全垂直螺紋中心，而是傾斜一個角度ψ，

此變形量將由內外螺紋一起承受，其真實的受力螺紋面積會隨著 傾斜角度加大而大幅減少，使的螺紋面壓大幅升高，對螺紋強度 造成不利的影響。如圖 36 及圖 37 所示，當彎曲產生時，在左上 角及右下角有最大的螺紋干涉，使得大部分鎖緊力由此區域承 受，故此區域螺紋將可能發生塑性變形或被破壞。

90°-ψ

干涉最大區域 彎曲變形

圖 36 鎖緊彎曲造成左上角及右下角有最大的螺紋干涉

圖 37 因為鎖緊彎曲造成的牙峰切削（圈選處）

5.3 鎖緊力對 M 型不銹鋼夾緊件產生的摩擦與磨耗作用

磨耗的情形發生，所以必須針對鎖緊過程中的摩擦與磨耗問題進行實 驗，探討其中的原因。

5.3.2 實驗結果

如表 13 為鎖緊力對 M 型不銹鋼夾緊件產生的摩擦與磨耗實驗結果。

圖 38 不銹鋼螺絲拆卸時造成的嚴重黏著及變形

圖 39 不銹鋼螺絲強行拆卸時造成的螺牙破壞 5.3.3 摩擦與磨耗實驗結果討論

1.不銹鋼螺絲有比較大的拆卸扭矩，且其平均拆卸扭矩會超過鎖緊 扭矩約 12％。電鍍鋅螺絲的拆卸扭矩比較小，其平均拆卸扭矩會 低於鎖緊扭矩約 9％。

2.依照能量守恆定律，拆卸扭矩不應該超過鎖緊扭矩，除了實驗過 程中動靜摩擦造成的誤差外，唯一的合理解釋為不銹鋼螺絲在鎖 緊過程中，產生了新的摩擦或磨耗作用，此作用在螺絲拆卸時變 成一種阻力，使所需的拆卸扭矩會高於鎖緊的扭矩。圖 36 的螺紋 干涉現象或許也是其中原因之一。

3.如圖 38、39，在 100kgf-cm 的扭矩作用下，不銹鋼螺絲與 M 形夾 緊件的內螺紋，在拆卸過程中，螺牙都受到嚴重的損壞且容易產 生螺牙卡死的現象，以至於無法拆卸。如圖 40，電鍍鋅螺絲雖然 也有受到損傷，但程度較小，螺絲都可以順利拆下。

4.如圖 41，不銹鋼螺絲對 M 形夾緊件的孔凸緣加工裂痕有較大的影 響，在拆卸過程中，原有的裂痕較容易被伸展加長，也會發生加 工裂痕破裂的現象，造成螺牙損傷。在彎曲作用下，孔凸緣加工 裂痕會受到朝外的作用力，使得裂痕往外破裂，破裂之後原來的 內牙螺紋也跟著被破壞。

5.單就本應用例而言，因為不銹鋼螺絲的拆卸扭矩較碳鋼類螺絲大 約多 20％，從預防機件鬆脫的角度而言，不銹鋼螺絲具有較佳的 使用特性。

圖 40 電鍍鋅螺絲拆卸時造成的中度黏著及變形（圈選處）

圖 41 夾緊件的孔凸緣加工裂痕破裂造成螺牙破壞 5.4 不同鎖緊扭矩對 M 型不銹鋼夾緊件產生的影響

5.4.1 實驗條件

1.由方程式Fi＝At（0.7 σyp），強度區分 A2－70 的不銹鋼螺絲，

最小降伏強度為 450 N/mm²，如表 1 查得其應力面積＝20.1 mm²， 代入可得Fi＝646kgf。

2.由扭矩方程式

T = KF

_i

d

，將 Fi代入得到 M6 不銹鋼螺絲的一般鎖 緊扭矩＝77.5kgf-cm。

3.因為所需的鎖緊扭矩約為 77.5kgf-cm，所以本實驗擬將扭矩範圍 訂定為從 55kgf-cm~90kgf-cm（100kgf-cm 於前節已經實驗過），

間隔為 5kgf-cm。

4.其它實驗條件與 5.2.1 相同。

如圖 32 為實驗相關機件之架設方式。

5.4.2 實驗結果

實驗的結果如表 14 所示。

表 14 不同鎖緊扭矩對 M 型不銹鋼夾緊件產生的影響

圖 42 扭矩 55kgf-cm 時造成的螺紋局部變形及磨耗（圈選處）

圖 43 扭矩 60kgf-cm 時造成的螺紋局部變形及黏著（圈選處）

圖 44 扭矩 60kgf-cm 時造成的夾緊件孔凸緣螺紋毛邊

圖 45 扭矩 65kgf-cm 時造成的夾緊件孔凸緣加工裂痕破裂

圖 46 扭矩 75kgf-cm 時造成的夾緊件孔凸緣加工裂痕破裂 5.4.4 不同鎖緊扭矩對夾緊件產生的影響實驗結果討論

1.從實驗結果中可以發現當扭矩超過 75kgf-cm 時，兩側的螺絲都開 始接近破壞程度，所以 90kgf-cm 的結果可以從 80、85kgf-cm 的 實驗中推論而得到。

2.鎖緊扭矩、拆卸扭矩、夾緊件變形量三者之間呈現正相關關係，

即鎖緊扭矩加大則拆卸扭矩變大、夾緊件變形量也變大。

3.參考表 14，單數編號的螺絲（-1）比偶數編號的螺絲（-2）先拆 卸，結果顯示先拆卸螺絲的磨耗或破壞情況較嚴重。其原因為先 拆卸的螺絲承受更大的作用力，加上兩側受力不平衡致使彎曲作

用力集中於先拆卸的螺絲。在高作用力及高彎曲下，會造成螺絲

7.但事實上如上述所言，破壞並非因為鎖緊過程的扭力所造成，而 是在拆卸過程中發生的，這一點必須進一步分析。雖然鎖緊過程 中的高面壓作用力，使得螺牙發生磨耗、特別是彎曲作用使牙峰 產生變形，但並不會造成螺紋的嚴重磨耗或破壞，所以螺紋的損 壞還有其他原因存在。

在詳細觀察螺紋拆卸的過程及用光學投影機放大損壞的部位之 後，我們可以發現兩個因素會造成螺紋的破壞，分別敘述如下：

（1） 凸緣孔攻牙的毛邊：通常螺紋螺旋曲線的進、出點材料厚度很薄，

所以容易產生毛邊。不管是內外螺紋，在加工過程中都會給予適 當的倒角處理。對孔凸緣加工而言，螺紋進入點因為有加工自然 產生的圓角，所以不會產生毛邊。而孔凸緣加工的另一端是無法 進行導角加工的，所以會殘留毛邊在螺紋出口上，此毛邊在較高 的鎖緊力及彎曲作用下會破裂，然後螺紋逆轉退出時就容易被捲 入螺牙中間並黏著在螺牙上，造成螺紋損壞，如圖 44 所示。

（2） 凸緣孔的加工硬化裂痕：凸緣孔表面是加工硬化最大的部位，硬 度較高且容易破裂。當此面受到較大的鎖緊力及彎曲作用時，會 產生變形及裂開，使得牙形不正確。裂紋的銳利邊會對螺絲的螺 牙產生切削作用且裂痕比毛邊更粗大，此切削作用於順時針方向 鎖入時裂紋被往外軸向推出故影響較小，當逆時針拆卸時裂紋被 往內擠入，然後捲入螺牙間隙中，造成螺絲磨耗或卡死，如圖 45、

46 所示。

8.參考 5.3 節的實驗結果，在鎖緊扭矩 100kgf-cm 時，螺絲磨耗及 卡死現象並不會比 75kgf-cm 高，這是一個比較奇怪的現象。經過 仔細分析發現，在高扭矩狀態下因為 M 形夾緊件的彎曲角度較大，

所以會將毛邊或裂痕往圓周方向外側擴張，使得毛邊或裂痕影響 程度不會增加，但是扭矩增大會加大磨耗作用。

5.5 螺帽厚度對 M 型不銹鋼夾緊件產生的影響 5.5.1 實驗條件

基準鎖緊扭矩＝100kgf－cm。

螺紋規格：M6-60，不銹鋼外六角螺絲，強度區分 A2－70。

螺帽規格：使用三種不同的螺帽，分別如下 1. 標準的不銹鋼螺帽：厚度 4.8mm。

2. 修改後的不銹鋼螺帽：厚度 3.2mm，與孔凸緣高度相同，如 圖 47。

3. 標準的電鍍鋅螺帽：厚度 4.8mm。

M 形不銹鋼夾緊件：將凸緣孔螺紋加工去除，如圖 47。

如圖 32 為實驗相關機件之架設方式。

圖 47 修改後的不銹鋼螺帽（3.2mm）及 M 形不銹鋼夾緊件孔 5.5.2 實驗結果

實驗的結果如表 15 所示。

5.5.3 螺帽厚度對夾緊件產生的影響實驗結果討論

1.由表 15 可知，以螺帽取代原有的孔凸緣攻牙，在相同的扭矩作用 下，造成的變形量比較小，所需的拆卸扭矩也比較低，這是因為 螺絲的貫穿孔直徑（約 6.5mm）比攻牙孔的間隙大，在受力彎曲變 形時此間隙可以吸收部份的變形量，所以因彎曲造成的螺紋干涉 會降低，故拆卸扭矩與鎖緊扭矩值接近。

2.與 5.3 節實驗相比較，夾緊件孔凸緣的總高度為 3.2mm，與厚 3.2

mm 的不銹鋼螺帽具有相近的螺牙數（約 2.5 牙），夾緊件孔凸緣 的平均拆卸扭矩為 112kgf-cm，3.2 mm 的不銹鋼螺帽的平均拆卸 扭矩為 96.7kgf-cm，兩者差距為 13.7％，換言之約有 13.7％的鎖 緊扭矩，被消耗在螺紋干涉的摩擦當中。這部分損失的能量造成

3.與 5.3 節實驗相比較，不論是使用電鍍鋅螺絲或螺帽搭配不銹鋼 材料，其拆卸扭矩都很接近，而且磨耗情況都比較輕微，不會發 生螺紋卡死的現象。這種現象除了與材料本身性質有關之外，與 電鍍的表面處理也有關係，因為鍍鋅層的潤滑作用，可以避免母 材直接接觸，降低磨耗的發生。

4.由表 15 可知，厚 3.2 mm 的不銹鋼螺帽與厚 4.8mm 的螺帽相比，

螺絲與螺帽所受到的損傷情況明顯嚴重，可見囓合的螺紋長度（或 牙數）是一個關鍵因素。因為囓合的螺紋愈多，抵抗彎曲變形的 能力愈大，彎曲角度愈小，所以螺紋接觸面積增大，螺牙受到的 應力及面壓減少，因此磨耗降低。圖 48 與圖 49 可以明顯看出 3.2mm 的螺帽與螺絲磨損比 4.8mm 的嚴重。

圖 48 厚度 3.2mm 的螺帽及螺絲磨損

圖 49 厚度 4.8mm 的螺帽及螺絲磨損

5.6 潤滑對不銹鋼螺紋鎖緊作用的影響 5.6.1 實驗條件

基準鎖緊扭矩＝100kgf－cm。

螺紋規格：M6-60，不銹鋼外六角螺絲，強度區分 A2－70。

潤滑油種類：使用煤油及齒輪油。

M 形不銹鋼夾緊件：素材及表面有烤漆二種。

如圖 32 為實驗相關機件之架設方式。

5.6.2 實驗結果

實驗的結果如表 16 所示。

5.6.3 潤滑對不銹鋼螺紋鎖緊作用的影響實驗結果討論

1.煤油一般用途為機件清洗劑或作為燃料油，由表 16 可知，對不銹 鋼螺紋鎖緊作用而言，煤油的功效並不明顯，螺紋依舊受到較嚴 重的破壞。

2.齒輪油的黏度係數高，可承受較高的工作壓力。由表 16 實驗結果 可知，齒輪油對螺紋鎖緊過程的磨耗保護具有優異的效果，無論 螺絲或夾緊件的螺紋都沒有造成明顯的破壞現象。對於拆卸的扭

2.齒輪油的黏度係數高，可承受較高的工作壓力。由表 16 實驗結果 可知，齒輪油對螺紋鎖緊過程的磨耗保護具有優異的效果，無論 螺絲或夾緊件的螺紋都沒有造成明顯的破壞現象。對於拆卸的扭

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