螺絲有哪些特性？對於應用上又有哪些方針需要留意？

　　螺絲是最常見於生活的緊固件例子，在這些大大小小的螺絲當中，常常會聽到M3、M4或是M5螺絲等等，又或是內六角還是外六角等等，也許還有聽過是8.8級、9.8級螺絲等等，但這些到底是在說甚麼？其實，這些說明不外乎就是描述了螺絲牙的大小尺寸、螺絲頭形狀和螺絲的強度等等。以常見的公制合金鋼螺絲作為範例說明幾個常見的特徵，並且參考下方的螺絲示意圖。螺絲簡單地可以分為三個部分，頭部(Head)、頸部(Shank)和牙部(Thread)。

螺絲示意圖

頭部特徵

　　螺絲的種類繁鎖又複雜，以筆者常用的螺絲而言，從頭部開始說起，頭部有外六角(Hexagonal)、內六角(Hexagonal socket)與梅花(Hexalobular socket)等工具適配的造型。外六角多以外六角法蘭為主，其優點在於相較其餘兩種，在相同牙徑下，頭部使用鎖附工具不易滑牙，且提供較大的承座面接觸面積，可以施加更多的力量於夾持件上，應用上需要多預留工具空間在周圍。而內六角的頭型中，常見以承窩頭為主，鎖附工具也不易滑牙，但還是相對外六角弱一些，好處上是可以在周邊預留較少的空間。梅花頭型常搭配盤頭(pan head)使用，提供的承座面接觸面積大小，介於法蘭與承窩頭之間，頭部其相關的比較與其詳細規範如下表所示。
　　上述提及的承座面接觸面積，在極端的設計上，有可能因為接觸面積小，造成夾持物表面塌陷，進而造成螺絲鬆脫。

頭部簡易整理表

頸部特徵

　　頸部不一定會存在螺絲上，若無頸部，也會稱作全牙段(Full thread)的螺絲。若尺寸大於螺牙最大外徑，有時候也可以當作簡易的定位銷使用，限制被夾持件的位置。而其直徑也大大影響了螺絲強度表現。

牙部特徵

　　可以分為公制與英制兩種，以筆者常用公制ISO 68-1定義的60度螺絲角為主。常見描述當中，例如M5，Ｍ代表公制螺絲，而後面的5代表標稱的牙徑為5mm。通常除了描述牙徑之外，也會看到M5 x P0.8的標示，後方的P0.8代表節距為0.8mm，節距的大小代表螺牙的密度，常見的節距稱為粗牙(Coarse thread pitch)，而相對小的節距，則稱之細牙(Fine thread pitch)，螺絲與螺母的公母螺紋配合上，必須牙徑與節距都相吻合才可以組合在一起。而下方提供了ISO 68-1定義的螺牙，螺牙的尺寸大大地影響了螺絲的強度，是應用螺絲時的重要計算參數，相當容易使用Excel進行計算，其計算方法在機械設計已經有說明，可以藉此得知應力施加的有效截面積，訪間也有提供簡易的參考表格可以應用。

　　而當中公母螺紋的公差值，標記於ISO 965-1當中，公螺紋以負公差為主，母螺紋以正公差為主​。這個公差的分布範圍，會影響設計公母螺紋彼此嚙合牙數的需求，一般來說公母嚙合的牙數，越多是越強壯的，但在設計上空間總是有限制，合理的嚙合牙數，是考驗設計者的題目。

ISO 68-1 公母螺牙示意圖

強度

　　螺絲的強度規範於ISO 898-1當中，講述了機械性質與其測試證明方法。

螺絲強度分類示意圖

強度的表示方法，有兩個指標，分別是拉伸強度與降伏強度，前者代表受力斷裂時的強度；後者代表尚未斷裂，但不具備回復性質時的強度。以左方的案例而言，6.8級則為600MPa的拉伸強度與480MPa的降伏強度。其餘都可以參考下方ISO 898-1的Table 3。若為不鏽鋼，可以參考ISO 3506-1。

另筆者認為若對螺絲強度有疑慮，也可以簡易地使用硬度量測，對照ISO 18265進行硬度與拉伸強度的轉換。

ISO 898-1 螺絲強度表

　　因為螺絲都是有其強度極限，所以不適當的鎖附扭力，是有可能將螺絲鎖到斷裂，又或是鎖附後的應用條件才斷裂，失去其拘束的功能。因此，訪間也有相應的螺絲扭力表，可以簡易地設計鎖附扭力值。

結語

　　螺絲作為常見的緊固件，其幾何大小與強度都有相應的規範可以參考，在設計時可以考慮周圍的空間、是否需要定位功能與計算相關螺絲的強度。而最令人頭痛的扭力值定義，除了訪間簡易介紹的扭力上限，也可以參考VDI 2230作為應用螺栓設計的計算參考，VDI 2230是德國工程師協會定義的範疇，旨在提供系統化的計算邏輯，亦內含鎖附三角形的關係，給設計者相應的思考，未來有機會再整理分享。

　　以上是螺絲的相關分享，小小一個螺絲，但有相當大的規範領域，難以介紹完全，歡迎一起討論與分享，感謝！