ISO 的旋合長度表挑的是公差等級,不是強度
有人問螺紋要旋進攻牙孔多少才夠,有沒有經驗法則;然後他問了底下那個更好的問題:有沒有一份 ISO 標準,能不能給個出處。有一張表。那張表值得讀,而關於它第一件要注意的事是:它被寫出來,是為了回答另一個問題。
ISO 965-1 第 8 條: 「旋合長度依表 2 分為 S、N、L 三組之一。」 以 M8 粗牙為例,正常組是從超過 4 公釐、 到 12 公釐為止。 那剛好是公稱直徑的一半,以及一點五倍。這是我們算的,表上沒有這樣寫。
本頁不給任何旋合長度建議,也完全不談強度或剝牙, 因為這裡讀的這份文件裡根本沒有強度要求。 它也不評論壓力容器或法蘭。 題目是從一個公開的工程問答網站、用它的開放介面抓下來的, 本站平常用的瀏覽器工具又一次連不上。 我們讀的是提問,不是回答,本頁也不出現任何使用者名稱。
表存在,而且是照螺距索引的
表 2 有三欄輸入、三欄輸出。 輸入是一個基本大徑的區間(寫成「超過」與「至…為止」), 以及一個螺距。 輸出是那三組:S 到某個值為止、 N 從那個值往上到第二個值為止、 L 超過第二個值。
看一下這個形狀。在同一個直徑區間裡,長度只隨螺距改變。 兩個剛好落在同一區間、又用同一個螺距的不同直徑, 會拿到同樣那三個以公釐計的數字。 這張表從來沒有除以任何直徑,而「直徑」這個詞在表上只出現在區間的標籤裡。
這三組是拿來做什麼的
回答問題的那一段根本不在第 8 條裡。它在往前兩條。
「對於節徑與頂徑這兩個要素,各自訂了若干公差等級。在每一種情形下, 公差品質為中等且旋合長度為正常時,應使用等級 6。 低於 6 的等級意圖用於公差品質為精細且/或旋合長度為短的情形。 高於 6 的等級意圖用於公差品質為粗且/或旋合長度為長的情形。」
所以 S、N、L 是挑公差等級時的一個輸入。 長的旋合拿到比較鬆的等級,短的拿到比較緊的, 因為在很長的旋合上,兩層牙之間累積的誤差有更多機會咬死; 而在很短的旋合上,能一起分攤那個配合的牙比較少。
那是一個製造上的決定,不是一個承載上的決定。 這張表告訴你的是:你選好的那支螺紋要用多緊的公差。 它沒有告訴你那段螺紋夠不夠長、拉不拉得住, 而這份文件裡任何一處都沒有告訴你。 提問的人想要的是後者,而他會被交到前者手上。
但那個熟悉的數字就擺在那裡
把每一個優先直徑的粗牙拿出來,從表上讀出它的兩個邊界,然後除以直徑。 底下所有的除法都是我們做的;公釐值是標準的。
M6 3 與 9 M8 4 與 12 M10 5 與 15 M12 6 與 18 M16 8 與 24 M20 10 與 30
M24 12 與 36 M30 15 與 45 M36 18 與 53 M42 21 與 63
第一個數字在十個案例裡全部剛好是直徑的一半。 第二個在十個裡有九個剛好是一點五倍。 唯一的例外是 M36:表上給 53,而三十六的一點五倍是 54。差一公釐。
所以大家一直在重複的那個經驗法則,對這些尺寸來說根本不是經驗法則。 它就是正常帶的上緣,準到公釐,涵蓋除了一個以外的每一個優先直徑。 而那兩個邊界在同樣那九個案例裡,比值剛好是三。
共用螺距的那些尺寸拿不到自己的數字
現在做第二選擇的直徑,也就是跟某個優先尺寸共用螺距的那些。
- M14 用螺距 2,跟 M16 一樣,所以拿到 8 與 24。除以 14 是 0,571 與 1,714
- M18 用螺距 2,5,跟 M20 一樣,拿到 10 與 30:0,556 與 1,667
- M22 也用 2,5,也拿到 10 與 30:0,455 與 1,364
- M27 用螺距 3,跟 M24 一樣,拿到 12 與 36:0,444 與 1,333
- M33 跟 M30 共用 3,5,拿到 15 與 45:0,455 與 1,364
沒有一個落在整數上。 上緣在這五個之間從直徑的 1,333 倍走到 1,714 倍, 差距將近三成;而優先尺寸全部坐在 1,500。
原因就是索引方式。兩個直徑共用一個螺距,表是照螺距編的, 後者就繼承了前者的公釐值。 也就是說,那個乾淨的關係並不是嵌在表裡的設計規則。 它是「螺距系列當初本來就是繞著優先直徑鋪出來的」的後果。 本站從另一個方向也撞過同一個圖案, 當時是每一種粗牙的導程角幾乎都落在同一個角度。
這件事定下了什麼、沒定下什麼
提問的人要的是一份標準的出處。有的,而且現在它有了條號與表號。 但它不會告訴任何人該把多少牙放進一個孔裡,因為它管的量是公差等級。
至於大家引用的那些經驗法則為什麼互相打架,那是另一件事、有它自己的答案, 本站也走過:那些倍數其實是同一個計算針對不同材料配對跑出來的結果, 然後把配對省略掉再講出來。 那寫在為什麼每個來源給的最小值都不一樣那一頁,這裡不重複。
還有一個界限值得講。這是本站第三次讀這一份標準, 前兩次是它的基本偏差表與它的標註條文。 預覽讀到印刷第 9 頁。 能把上面這些接到載重的那些條文不在裡面,也沒有任何一句話說它們存在。
可以帶走的幾點
- ISO 確實有一張旋合長度表,分成 S、N、L 三組
- 它是照「直徑區間+螺距」索引的,而在同一個區間裡,長度只隨螺距改變
- 它的用途是挑公差等級。中等品質+正常旋合用等級 6,精細+短用 6 以下,粗+長用 6 以上
- 它裡面沒有任何強度要求,所以它回答不了「多少牙才夠拉住」
- 每一個優先粗牙尺寸的短組上限都剛好是直徑的一半,十個裡十個
- 正常組的上限在那十個裡有九個剛好是一點五倍直徑。M36 是 53,而一點五倍會是 54
- 第二選擇的直徑會偏掉,從 1,333 倍到 1,714 倍,因為它們繼承了共用螺距那個優先尺寸的公釐值
- 所以那個熟悉的倍數是真的,但它是螺距系列鋪法的副產品,不是表上訂的規則
一個能跟標準準到公釐、而且對上十個尺寸的經驗法則,值得知道。 同樣值得知道的是:標準生出那些數字的時候,回答的是另一個問題; 而有五個常見尺寸並不遵守它。
這一篇屬於第 2 步,牙。完整的順序是母材、牙、頭型、驅動、表面處理、文件;至於為什麼順序做反了是重工而不是微調,見指定一顆螺絲。
常見問題
旋合長度有 ISO 標準嗎?
有一張表。公制螺紋公差標準的第 8 條說,旋合長度依其表 2 分為 S、N、L 三組之一。那張表是照基本大徑的區間與螺距來索引的。
那張表會告訴我強度上需要多少牙嗎?
不會。它的用途訂在往前兩條:公差品質中等且旋合長度正常時使用等級 6,低於 6 的等級用於精細品質與短旋合,高於 6 的用於粗品質與長旋合。這三組是挑公差等級時的輸入。這份文件裡沒有任何強度要求。
「一點五倍直徑」這個說法是哪來的?
它對得上優先粗牙尺寸的正常組上緣。讀表再除以直徑(這是我們算的),M6 到 M42 有九個案例剛好是 1,500。例外是 M36:表上給 53 公釐,而 36 的一點五倍是 54。
那正常組的下緣呢?
剛好是直徑的一半,十個優先粗牙尺寸全中:M6 是 3、M8 是 4、M10 是 5、M12 是 6、M16 是 8、M20 是 10、M24 是 12、M30 是 15、M36 是 18、M42 是 21。所以那兩個邊界在同樣那九個案例裡比值是三。
這個規則對每一個尺寸都成立嗎?
不成立。第二選擇的直徑跟某個優先尺寸共用螺距,於是繼承了它的公釐值。M14 拿到 M16 的數字,算出來是 1,714 倍直徑;M18 是 1,667、M22 是 1,364、M27 是 1,333、M33 是 1,364。這五個之間的差距將近三成。
表為什麼是照螺距而不是照直徑索引?
本頁不知道,文件也沒有說。能觀察到的是它的後果:在同一個直徑區間裡長度只隨螺距改變,所以兩個用同一個螺距的直徑會拿到同樣那三個以公釐計的數字。
那到底該旋合多長?
本頁不回答,也不給建議。它沒有任何強度來源,而它讀的那份標準也沒有強度要求。至於各家經驗法則為什麼互相打架,本站另有一頁專門處理。
S、N、L 是什麼的縮寫?
短、正常、長。標準在第 8 條與表 2 裡只寫 S、N、L,而在第 6 條描述哪些公差等級適合哪一組時,用的是短、正常、長這幾個詞。
旋合越長是不是需要越鬆的公差?
第 6 條指出的就是這個關聯:高於 6 的等級意圖用於粗公差品質且/或長旋合,低於 6 的用於精細品質且/或短旋合。標準只陳述這個對應而沒有解釋,本頁也不替它補上解釋。
參考資料
- ISO 965-1:1998《ISO 通用公制螺紋 公差 第 1 部:原則與基本資料》。十一頁免費預覽,讀到印刷第 9 頁,含第 6 條公差等級、以及第 8 條與表 2 的旋合長度
- 那則提問,在一個公開的工程問答網站上。三分、兩個回答
這份公差標準是從它的十一頁免費預覽讀的,預覽讀到印刷第 9 頁,完整涵蓋第 6 條、第 7 條、表 1、第 8 條與表 2。引用的每一句話與每一個公釐值,都是把該頁算繪成圖檔用眼睛核對過的,不是靠文字擷取。這是本站第三次使用這份文件,前兩次是它的基本偏差表與它的標註條文;本篇用的條文那兩次都沒有碰過,內容也沒有重複。以下各項是我們自己的算術,不是標準的敘述:本頁每一個對直徑的比值;十個優先粗牙尺寸的短組上限都剛好是直徑一半、而正常組上限在其中九個剛好是一點五倍這個發現;把 M36 指認為例外(53 對 54);五個第二選擇直徑的數字與它們從 1,333 到 1,714 的散佈;以及兩個邊界比值為三這個觀察。每個直徑的粗牙螺距取自總表,本站另外讀過。本頁不給任何旋合長度建議,也不對強度、剝牙或載重做任何陳述,因為這裡讀的文件沒有強度要求,本篇也沒有使用其他來源。它不評論提問中的壓力容器應用。ISO 898-1、基本牙型標準與選用尺寸標準本篇都沒有讀。題目來自一個公開的工程問答網站,而不是本站平常使用的論壇工具,那個工具仍然連不上。我們讀的是提問,不是回答,本頁也不出現任何使用者名稱。
詢價
如果圖面同時標了攻牙深度與公差等級,那兩件事在標準裡是有關聯的,值得一起寄來。 適合短旋合的等級跟適合長旋合的不是同一個, 而圖上那個深度,正是決定你落在哪一組的東西。