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人類的第一大發明-螺絲


螺絲是一種常見的緊固件,主要功用是接合二個物體,或者是固定一物體的位置,一般材質為金屬或塑膠,呈圓柱形,表面刻有凹凸的溝稱為螺紋。螺紋是一個環繞螺絲圓柱的斜面圓形,讓螺絲可旋轉循序漸進地緊固接合螺帽或其他物體。螺絲通常可隨意移除或重新嵌緊而不損其效率,亦比釘提供更大的力量,也可重覆使用。螺絲為日常生活中不可或缺的工業必需品,應用領域十分廣泛,小到手錶眼鏡、大到火車輪船、航太飛機,無一缺它。

外形

螺絲主要由頭部與螺紋作區分,螺絲的頭部直徑較大,常見的有平頭、圓頭、半圓頭、皿頭、低頭、極低頭、超級低頭、大扁頭、六角頭、有頭內六角等,若頂部為正六邊形,可以用六角扳手轉動,若頂部為圓形,頭部正面會有溝紋,方便使用螺絲起子轉動螺絲,最常見的溝紋有一字型、十字型、內六角型,當然也有其他特殊形狀,例如星型。另外也有無頭螺絲、全牙螺絲、碟型螺栓、活節螺栓、吊環等造型因應不同使用。


圖片來源:https://wenku.baidu.com/view/bd758c722b160b4e767fcf6c.html)

螺紋圓柱形本體,表面刻有凹凸的溝,並環繞側面的螺旋傾斜面,讓螺絲可以螺旋方式緊鎖著螺帽(螺母)或物件,而物件的內側有和螺絲相對應的螺紋,稱為內螺紋。螺紋有一定的方向,鎖緊方向為順時針,稱為右旋螺絲。與相反則為左旋螺絲,只有在特定情形下使用。螺紋種類非常多種,除各地區有不同的標準外,也因應不同使用狀況而發明的種類:

連接用縲紋-

1.公制螺紋(ISO metric screw thread)
2.美國標準螺紋(American standard thread)
3.統一標準螺紋(unified thread)
4.英國惠氏螺紋(British Standard Whitworth thread)
5.銳V形螺紋
4.圓形螺紋(knuckle thread)

動力用縲紋-

1.方螺紋(square thread)
2.梯形螺紋(trpezoidal csrew thread)
    1)公制梯形螺紋(mertric trapezoidal screw thread)
    2)英制梯形螺紋(American National Acme thread)
3.鋸齒形螺紋(buttress thread)
4.滾珠螺桿(ball screw thread)

5.管用螺紋(PiPe thread)
    1) 平行管用螺紋
    2) 錐度管用螺紋
6.蝸桿螺紋(Worm thread)

以上圖片來源:http://www.khvs.tc.edu.tw/page/2/mode/ME_digitalbook/02.pdf 及維基百科

材質

螺絲及螺栓一般是用製成,若需要有良好的耐腐蝕性、防潮性,則會選用SUS不鏽鋼青銅矽青銅。若要耐腐蝕性非常好,需要絕緣,可以用塑膠材質,例如PPPCPEEK等。一般來說螺絲為了避免腐蝕,會加上表面塗層(如不鏽鋼螺絲上鍍鋅)或是用其他方式改善材料表面的特性。另外,連結木材和連結鐵材的螺絲就不一樣,木材質地較軟,螺紋的距離就會大一點,讓木材有較大的承載力,來承受旋緊的應力。鋼材較硬,螺紋的距離就會小一點,因為僅需較小的承載力,就足以承受旋緊的應力。選擇螺絲需考慮其體積、強度、耐腐蝕性、耐溫、使用物件等。

種類

螺絲依據不同的頭部與螺紋所產生出不同的使用功能,簡單區分為機械螺絲、自攻螺絲、和膨脹螺絲。

1、機械螺絲
通常與螺帽(螺母)搭配,兩個物件利用螺絲穿過螺絲孔後,利用板手再旋進螺帽的內螺紋後緊固。為常見的緊固方式,有時會搭配墊片加強緊固能力,特性為可更換螺絲螺帽且更換方便。

2、自攻螺絲
一般螺絲在鎖固時,需確認物件是否有內螺紋,但自攻螺絲在旋緊同時就會在物件上產生內螺紋,立即發生緊固作用。自攻螺絲是螺絲上有一與軸面平行的凹槽,凹槽會切斷螺紋,使螺紋不連續,在旋緊時不連續的螺紋就會切割物體,產生內螺紋。從家中DIY到各式領域中,都常見到自攻螺絲。

3、膨脹螺絲
膨脹螺絲的尾端有椎度,半徑較大。螺絲外有金屬或塑膠的套筒,靠近尾端處有切口。在螺絲旋緊時,螺絲長度縮短,螺絲尾端會將金屬套筒撐開,因此金屬套筒會膨脹。膨脹螺絲常用在固定水泥牆上的情形,塑膠套筒和水泥牆可以產生摩擦力,再靠套筒來固定螺絲。但限用於荷重不大的場合,例如吊扇就不能用膨脹螺絲固定。

絲廣為使用之前,有許多不同的緊固方式。多半和木工及鍛造有關,和機械加工較無關,用到的概念像鐵釘及插銷、楔形物、卡鍛焊、或其他皮革或繩打後綁束起來。在十九世紀中之前,造船時會用開口銷、銷螺栓或是鉚釘固定,雖然當時也有黏合劑,但種類與強度當然不如現代。直到工具機的出現,可以大量生產螺絲後,金屬螺絲才變成常用的緊固件。螺絲在工業上負有重要任務,只要地球上存在著工業,則螺絲的功能將永遠重要。

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