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螺丝 编辑词条词条保护

词条创建者 匿名网友

螺丝
各种各类的螺丝(图片右下角是一枚作为参照物的硬币)

中国称螺钉(俗称螺丝(钉)),香港称螺絲(英语:screw),是一种常见的紧固件,在机械、电器及建筑物上广泛使用。一般材质为金属或塑胶,呈圆柱形,表面刻有凹凸的沟称为螺纹。螺纹是一个环绕螺丝侧面的螺旋倾斜面,让螺丝可应用螺旋机制紧锁著螺丝帽(螺母)或其他物体,这些物体的内侧有和螺丝相对应的螺纹,称为内螺纹。一般螺丝帽或其他物件的内螺丝需另外加工产生,不过有一种螺丝称为自攻螺丝,可以在较软的物体上切削出内螺纹,因此不需特别的加工。

螺丝的主要功用是接合二个物体,或者是固定一物体的位置。螺丝通常可随意移除或重新嵌紧而不损其效率,亦比钉提供更大的力量,也可重复使用。

一般螺丝的顶部直径较大,常见的有圆形、方形或正六边形,若顶部为正六边形,可以用扳手转动螺丝,若顶部为圆形,顶部正面也会有沟纹,方便使用对应的螺丝起子转动螺丝。**常见的沟纹有一字型及十字型和方形,也有其他的形状。较突出的顶部亦令螺丝不会钻得太深入而穿过物料,及提高螺丝对物料的压力。有些螺丝不会设计较大直径的顶部,例如固定螺丝(英语:Set screw)即为一例,因此螺丝可以整个锁进工件内,不会有露出的部分。

大部分螺丝的螺纹都有一定的方向,顺时针方向旋转时可将螺丝锁紧,这种螺丝称为右旋螺丝。与上述螺丝相反的左旋螺丝,只有在特定情形下使用,例如有些应用下螺丝会受到逆时针方向的力矩,右旋螺丝会因为受到的力矩而使螺丝转松,此时就需要使用左旋螺丝,例如脚踏车的左侧踏板就会使用左旋螺丝。不过汽车左右侧的车轮都是用右侧螺丝旋紧,没有资料显示车轮松脱与螺丝旋纹有直接关系[1]。

螺丝和螺栓的区别
螺丝
一个有方型螺帽的螺栓

中国把比较小的螺栓称为螺钉;无端帽的螺栓就称为螺杆。美国出版的《机械设计手册(英语:Machinerys Handbook)》中有关螺丝和螺栓的差异说明如下:

螺栓是一种外圈有螺纹的紧固件,目的在将螺栓插入孔中,固定组合件,而且一般会配合螺帽,旋转螺帽来旋紧或是旋松螺栓。螺丝也是一种外圈有螺纹的紧固件,目的在将螺栓插入孔中,固定组合件,而且一般会配合孔上已有的内螺纹,或是由螺丝在孔上产生的内螺纹的帽,一般会旋转螺丝头来旋紧或是旋松螺丝。若一紧固件有外螺纹,在组合好之后只能透过旋转螺帽来旋紧或旋松,那就是螺栓(例如扁圆头螺栓、轨条螺栓、防松螺栓)。若一紧固件有外螺纹,不配合螺帽使用,那就是螺丝(例如木头螺丝、自攻螺丝)[2]。

上述的差异和ASME B18.2.1一致,也和一些字典上螺丝[3][4]及螺栓的定义一致 [5][6][7]。

不过也存在其他的定义方式。

分类

主要分类包括普通螺丝、自攻螺丝和膨胀螺丝三种。

普通螺丝 罗伯森螺丝 螺丝
2吋半8号罗伯森螺丝钉

罗伯森螺丝钉的螺丝头呈方形,是加拿大工程师罗伯森发明,因此称为罗伯森螺丝钉。在加拿大罗伯森螺丝钉普遍用于机械制造,房屋建筑等行业。罗伯森螺丝钉的优点是可以拿电动螺丝起子,钻头咬住螺丝钉,不易脱落,因此可以单手操作。在用高扭力的电动冲击起子时,罗伯森螺丝钉比一字形、十字形螺丝钉更不容易跳槽。

自攻螺丝 螺丝
自攻螺丝

一般螺丝在锁固其他物体时,其他物体需先加工内螺纹,自攻螺丝是指螺丝在旋紧时就会在其他物体上产生内螺纹。有些自攻螺丝是螺丝上制作一个和轴面平行的凹槽,凹槽会切断螺纹,使螺纹不连续,在旋紧螺丝时不连续的螺纹就会切割其他物体,产生内螺纹。从DIY到外科手术的领域中,都会用到自攻螺丝。

螺纹成型自攻螺丝(Thread Forming Tapping Screws) 螺纹切削自攻螺丝(Thread Cutting Tapping Screws) 螺纹滚成自攻螺丝(Thread Rolling Tapping Screws):─三角牙自攻螺丝,又称为Type TT 钻尾自攻螺丝(Self Drilling Tapping Screws):又称为Tec 双螺纹自钻尾喇叭头自攻螺丝(Twin Lead Self Drilling Point Tapping Screws) 膨胀螺丝 螺丝
膨胀螺丝

膨胀螺丝的尾端有椎度,半径较大。螺丝外有金属或塑胶的套筒,靠近尾端处有切口。在螺丝旋紧时,螺丝长度缩短,螺丝尾端会将金属套筒撑开,因此金属套筒会膨胀。膨胀螺丝常用在螺丝固定在水泥墙上的情形.塑胶的套筒和水泥墙可以产生摩擦力,再靠套筒来固定螺丝,但只限用于荷重不大的场合,例如吊扇就不能用膨胀螺丝固定[8]。

无头螺丝

顾名思义就是无头型单纯螺纹结构变化。

材料

螺丝及螺栓一般是用钢制成,若需要有良好的耐蚀性及耐候性(例如医疗植入物中的小螺丝),则会选用不锈钢、青铜、钛、硅青铜或蒙乃尔合金(英语:monel)。

不同材料之间的伽凡尼腐蚀(英语:Galvanic corrosion)可以用选择适当的材料来避免(例如在双层玻璃轨道中使用铝制螺丝)。若要耐蚀性非常好,强度中等,或是需要绝缘,可以用塑胶材质,例如尼龙或聚四氟乙烯。

一般来说螺丝为了避免腐蚀,会加上表面涂层(如不锈钢螺丝上镀锌)或是用其他方式改善材料表面的特性。

选择螺丝材料需考虑其体积、需要强度、耐蚀性、接合金属、成本及温度。

制造
螺丝

螺丝的制造可以分为三个步骤:锻头、攻螺纹(英语:Threading (manufacturing))以及镀层。螺丝的原料是成卷的金属丝,大型螺丝的原料可能是棒材(英语:bar stock),原料会依螺丝尺寸,切割为适合加工的长度,之后再进行锻头(英语:Heading (metalworking)),是冷加工(英语:Cold working)锻造螺丝头部的程序,锻头会让螺丝头的部分成形,机器中模具的形状会决定螺丝头的外形,例如平头螺丝的模具对应部分也是平的。若是较复杂的形状,会用二次锻头程序,使螺丝头可以完整成形,使用此生产方式的原因是其高产率,而且在本质上没有废料。若是螺丝头上有槽的螺丝,会需要一个额外的步骤来产生螺丝头上的槽,这会用开槽机(slotting machine)来进行。

锻头后的螺丝会进行攻螺纹,有些是利用螺旋滚压成形(thread rolling)的方式处理,有些则是用切削的方式处理经过。接下来会用木头及皮革类材料进行滚筒抛光(英语:tumble finished),清理工件并且抛光。大部分的螺丝需要有镀层来防止腐蚀,可能是电镀锌或是或是加上黑氧化物(英语:black oxide)镀层。

螺钉旋具,螺丝起子的种类
主条目:螺钉旋具,螺丝起子

现在的螺丝会设计有不同形状的头,配合不同的螺钉旋具,螺丝起子使用,因此需要搭配的螺钉旋具,螺丝起子才能转松或转紧,美国**常见的一字及十字的螺钉旋具,螺丝起子,六角形、方形头的(罗伯森螺丝)、六角星形的在一些领域也会用到,有些起子是用在量产品的自动组装中,有些少见的起子是用在一些防止篡改的应用中,例如一些不该由家庭维修人员打开维修的电器用品。

历史
螺丝
1871年的车床,配合导螺杆进行单点的螺丝切削

希腊数学家阿尔库塔斯曾经描述过螺丝的原理。在西元**世纪时,地中海世界已开始将木头螺丝用在螺旋压机(英语:screw press)中,可以由橄榄中压制橄榄油,也可以从葡萄中榨汁酿酒。在十五世纪之前,欧洲很少用金属螺丝作为紧固件[9]。

罗伯津斯基(Rybczynski)证明手持的螺钉旋具,螺丝起子在中古时期就已经存在(**晚为公元1580年),不过到了十八世纪才配合有螺纹紧固件的商业化,开始广为使用[10]。

在螺纹紧固件广为使用之前,有许多不同的紧固方式。多半和木工及锻造有关,和机械加工较无关,用到的概念像定缝销钉及销、楔形物、榫卯、楔形榫头(英语:dovetail joint)、钉子、锻焊及其他用皮革或纤维打结后绑束起来。在十九世纪中之前,造船时会用开口销(英语:Split pin)、销螺栓或是铆钉固定,当时也有黏合剂,但种类不像现代这里多。

一直用十八世纪有机床可以大量生产螺丝后,金属螺丝才变成常用的紧固件,此技术约在1760年代及1770年代发展[11],沿着二个分开的工艺途径,但很快就融合了:[12]木头螺丝(用在木头固定上的金属材质螺丝)是用单一用途、高产率的机床加工,以及低量、模具车间式生产的V螺纹机械螺丝,可以选择各种不同的螺距。

上述**种工艺途径是由英国斯塔福德郡的雅各及威廉惠雅特兄弟(brothers Job and William Wyatt)先提出[13],他们在1760年申请一项专利,现在顶多可以称为螺丝机的早期版本,它利用导螺杆来导引切削刀刃产生所需的螺距[13],螺丝槽型是由旋转锉产生,当时的主轴静止不动。到1776年他们才建好**个木工螺丝厂,并且开始营运[13]。他们的企业失败了,不过新的业主营运好转,在1780年代一天生产了16,000颗螺丝,只需要30个工人[14],这种工业生产的生产性及产能是现在工业的标准,但在当时是性的突破。

同时,英国的工具制造者杰西·拉姆斯登(英语:Jesse Ramsden)(1735–1800)也在从事刀具和冲模工(英语:tool and die maker),遇到螺丝切削的问题,在1777年他发明了**台令人满意的螺丝车床(英语:screw-cutting lathe)[15]。英国工程师亨利·莫兹利(英语:Henry Maudslay)(1771–1831)因为用他的螺丝车床将此技术普及化,因此享有盛名,使用的螺丝车床是1797年及1800年车床,其中包括导螺杆、滑座、变齿轮的齿轮组,都是工业生产的标准比例。他统一了惠雅特兄弟及拉姆斯登生产螺丝的方式,利用已经在生产木工螺丝的方式来生产机械螺丝,是刺激生产的商品化。他的公司在十年后仍然是机床的领导品牌。当时的苏格兰工程师詹姆斯·内史密斯(英语:James Nasmyth)误述了莫兹利“发明”了滑座,这是不正确的,莫兹利使得车床得以普及化。

工具

一般旋紧或旋松螺丝的手工具称为螺钉旋具,螺丝起子,若需使用电源,称为电动螺钉旋具,螺丝起子。电钻若配合一些配件,也可以当电动螺钉旋具,螺丝起子使用。若螺丝旋紧的力矩需较精准,可以利用扭力限制起子,提供足够又不会太大的扭力。若是六角头的螺丝,一般会使用扳手固定。

螺纹标准
主条目:螺纹

有关螺纹的螺距、直径等相关标准,有许多不同的系统加以规范,但世界上大多数地区已用ISO公制螺纹(M系列螺纹)取代旧有的系统,定义在国际标准ISO 68-1中[16],其他系统中较常用的有英制惠氏标准螺纹(英语:British Standard Whitworth)(B.S.W螺纹(B.S.F))、英国协会螺纹(英语:British Association screw threads)(B.A.螺纹)及统一螺纹标准(英语:Unified Thread Standard)等。

其他的固定方式

固定物体除了使用螺丝外,也可以使用钉子、铆钉、大头针、弹簧销(英语:Spring pin)、焊接、焊锡、硬焊、黏合剂、胶带等。

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