免費試用

← 回部落格

機械元件閱讀時間 12 分鐘

螺絲鎖到多緊才算對

螺栓失效最常見的原因不是強度不夠,是鎖得不夠緊,鬆動之後承受的是交變應力,很快就疲勞斷裂。

N·m

01扭力不等於夾緊力

工程上用的關係式是 T = K × F × d,其中 T 是鎖付扭力(N·m)、F 是預緊力(N)、d 是螺紋公稱直徑(m)、K 是扭力係數

扭力去了哪裡比例
克服螺帽座面摩擦約 50%
克服螺紋間摩擦約 40%
真正轉成夾緊力約 10%
所以摩擦條件只要一變,夾緊力就跟著大幅改變。
表面狀態K 值範圍
無處理、乾燥0.20 ~ 0.30
電鍍鋅0.18 ~ 0.24
達克羅0.10 ~ 0.16
塗二硫化鉬潤滑0.10 ~ 0.15
塗一般機油0.15 ~ 0.20
同一支螺栓,上油與不上油的夾緊力可以差到兩倍。

02更準的鎖付方法

方法夾緊力誤差成本適用
扭力法±25 ~ 35%一般用途
扭力+轉角法±10 ~ 15%引擎缸蓋、關鍵接合
降伏點控制±5 ~ 10%高價值接合
伸長量量測±5%大型螺栓、法蘭
液壓拉伸±5%很高風機、壓力容器
轉角法先鎖到一個低扭力讓接合面貼合,再轉固定角度,,跳過摩擦的不確定性。

03為什麼會鬆

  • 橫向振動:Junker 試驗證明,讓接合面產生橫向相對滑移,螺栓在幾百次循環內就會鬆脫,這是最主要的鬆動機制。
  • 嵌入沉陷:接觸面的粗糙峰被壓平,夾緊長度變短,預緊力下降。表面愈粗、疊層愈多,沉陷愈嚴重。
  • 應力鬆弛與潛變:高溫或塑膠、鋁等材料在長時間受壓下變形。
  • 熱膨脹差:不同材料的膨脹係數不同,溫度循環造成預緊力變化。

04防鬆方式的實際效果

方式原理橫向振動下的效果
彈簧墊圈彈性補償幾乎無效,已被多數規範捨棄
星形 / 齒形墊圈咬入表面有限,會傷表面
尼龍螺帽 Nyloc增加摩擦扭矩中等,不耐高溫、不可重複用
螺紋膠 Loctite填滿間隙後固化好,依等級可拆或不可拆
楔形鎖緊墊圈楔角大於螺紋導程角很好,靠幾何鎖住
提高預緊力維持接合面不滑移最根本的做法
研究一致指出:防鬆的第一要務是把預緊力鎖到位,配件只是保險。

05圖面上該寫什麼

  1. 螺栓規格與強度等級(8.8、10.9、12.9 或 A2-70)
  2. 鎖付扭力與容許誤差
  3. 表面狀態與潤滑條件(乾燥/上油/哪一種)
  4. 鎖付順序(多支螺栓的法蘭要對角分次上緊)
  5. 防鬆方式與是否可重複使用