螺紋鎖緊機制

如第一章所述，螺紋的主要功能為結合機件，螺紋的鎖緊力愈大則 鎖緊強度愈高，機件也不易鬆落。必須依照使用的需求來選擇合適的螺 紋規格才能確保結合強度。理想的螺栓長度為螺帽上緊後，只外露一到 二個螺牙即可。通常沖壓件的凸緣孔攻牙後都會有殘留的毛邊，此毛邊 於鎖緊過程中有可能被撕斷不造成影響，也有可能被捲入螺牙內造成黏 著現象，因而妨礙正常的鎖緊施力，這是本研究需特別注意之處。

關於螺紋鎖緊方面的研究，池田等人[29]曾經做過鎖緊扭力與軸向 鎖緊力的試驗，在相同的鎖緊扭力下，鎖緊速度愈快則軸向鎖緊力會愈 大，當鎖緊速度低於 2rpm 以下時，由於動摩擦變成近似靜摩擦，使得摩 擦係數明顯增高。Nakashima 和 Takafuji [30]曾經探討在一定軸向力條 件下，螺紋面的磨耗行為，在潤滑狀態下螺紋的磨耗量與螺紋的面壓成 一比例關係，若螺紋接觸面愈均勻則其磨潤特性會愈好。

國內研究方面有邱源成[31]對螺桿及螺母鬆緊過程之磨潤行為進行 研究，發現軸向鎖緊力隨著鎖緊、放鬆的次數增加而逐漸減少，摩擦係 數逐漸上升，面壓加大則螺紋面的摩擦係數也會增加。另一個為林海平 [32]針對螺栓塑性鎖付的特性進行研究。Stout 等人曾經研究不銹鋼圓棒 在單軸拉伸與壓縮的應變速率敏感性、應變硬化及降伏強度的性質[33]。

對於螺紋而言，大部分的研究重點在於軸向鎖緊力、磨耗、疲勞、

破壞、塑性變形等方面，這些都是螺紋應用上必須要深入了解的變數。

螺紋的鎖緊機制很複雜，牽涉到許多學科的領域，還有很多值得進一步 探討的地方。

3.5.1 螺紋鎖緊扭矩與軸向鎖緊力[1]

如圖 23（a）所示，假設螺紋的螺紋角＝2α，導程角為λ，因為導 程角很小予以忽略不計，只考慮螺紋角效應下，螺紋鎖緊扭矩T為



倍，所以螺絲頭接觸面平均直徑

( )

定義扭矩係數（torgue coefficient）K為括弧內之項，則

 

σ^yp＝螺紋的降伏應力

在螺紋鎖緊過程中可用下述方法來確保鎖緊力是否足夠：

1.扭矩法：用扭力板手的扭矩讀數配合方程式（42），可以計算出 螺紋的軸向鎖緊力。因為使用固定的扭矩係數所以會產生一些誤 差。但是因為扭力板手取得容易加上作業方便，目前螺紋大部分 都用扭矩法鎖緊。[9]

2.變形法：螺紋受到鎖緊力的作用，會發生變形，測量受力前後的 長度變形量，在代入方程式（10）中，可以求出鎖緊力的正確值。

[1]正常使用情況為已知初期鎖緊力的規格（如表 9 之數值），則 只要計算出在此初期鎖緊力下的長度變形量，在實際鎖緊作業 中，以游標尺或分釐卡等測量其變形量，兩者若一致則代表所受 的鎖緊力是相同的。通常變形法的準確度較扭矩法高，但是對未 貫穿的螺紋情況無法進行量測，而且作業上較不方便，只用於重 要且需要高可靠度的使用場合。

總之，雖然螺紋的使用很普遍，但對許多的應用環境及條件，仍必 須特別注意，尤其是高負荷、高速度、高震動、高溫差及需考慮安全性 的結構等，正確的螺紋選用及鎖緊作業更顯的重要。

表 9 鋼製螺栓的初期鎖緊力[9]

螺紋的初期鎖緊力 Fi（kgf）

強度區分，可參考表（3）

公稱 直徑

6.9 8.8 10.9 12.9 M5 535 635 895 1070 M6 755 900 1260 1510 M8 1390 1650 2320 2790 M10 2210 2620 3690 4430