止付螺絲的標準,從頭到尾沒有提到軸

有人在 r/AskEngineers 問,要怎麼讓一個零件不要在圓軸上空轉,幾分鐘之內就拿到一張像樣的清單:鍵、花鍵、止付螺絲、開口軸環、夾頭,接著有人補上過盈配合,再有人補上焊接與黏著,那是給不打算再拆的接頭用的。這張清單是對的。它沒辦法告訴你的是:你手上那份規格書,講的到底是其中哪一項;而止付螺絲這一項,答案是一項都不是。

那個等級是硬度,而且只有一個可選

止付螺絲在 ISO 898 裡有自己的一部,而標題就是第一個意外: 止付螺絲及類似的、不承受拉應力的螺紋扣件。 等級是 14H、22H、33H、45H,數字是最小維氏硬度的十分之一, 而整張機械性質表都是硬度。

等級HV 10 最小HV 10 最大材料
14H140290碳鋼
22H220300碳鋼,淬火回火
33H330440碳鋼,淬火回火
45H450560合金鋼,淬火回火

接著那張表底下的一條註記,把選擇拿走了大半。 14H、22H、33H 不適用於內六角止付螺絲。 抽屜裡那支帶內六角的,就是 45H。沒有東西可以挑。 在圖上的內六角止付螺絲旁邊寫等級,寫的是它唯一可能有的那個值。

那跟螺栓頭上那個數字是不同種類的數字。那兩位數編的是抗拉強度與降伏比, 而且選擇是真的存在。那兩位數承諾了什麼, 見8.8 還是 A2-70

唯一的強度試驗是扭矩,而且塊比螺絲還硬

ISO 898-5 除了硬度以外只有一項機械試驗,而且只適用於 45H 的內六角止付螺絲: 保證扭矩。表上依尺寸給扭矩值,M3 是 0.9 N·m, 同時規定試驗用螺絲的最小長度,而那個長度依端型而不同。

看一下它是鎖進什麼裡面量的。那塊試驗塊硬度 至少 50 HRC,內牙的公差等級是 5H,比一般的 6H 更緊的那一端。 標準在問的只有一件事:這支螺絲承不承受得住把它鎖定所需要的扭矩, 而不會先滑牙或斷掉。那是在測螺絲,不是在測握持。

5H 而不是慣用的 6H,不是細節。那是標準把螺紋餘隙從實驗裡拿掉, 好讓結果屬於螺絲本身,而那正是 牙的公差等級在管的事。

所以標準裡沒有握持力。整份讀完,軸從來沒有出現過: 沒有直徑、沒有硬度、沒有表面狀態,也沒有「零件滑動之前這個接頭傳得了多少扭矩」。 握持力的表是存在的,也很有用,但那是廠商拿自己的螺絲對自己的試驗軸測出來的, 而那些條件是那個試驗的一部分。

標準自己排除掉的東西

它的適用範圍對「哪些事不歸它管」講得異常直接。ISO 898-5 不適用於需要下列性質的止付螺絲:

  • 指定的拉應力。螺絲要被拉的話,那份文件是 ISO 898-1, 而那也是另一種零件。
  • 可焊性。
  • 耐蝕性。不鏽鋼的止付螺絲在這份標準的等級之外。
  • 在 +300 °C 以上或 −50 °C 以下服役。 另外還有一條註記:易切鋼製的止付螺絲不宜用於 +250 °C 以上

最後那一對值得帶進馬達或減速機的討論裡。 止付螺絲鎖在靠近熱源的軸上是很常見的配置, 而它很可能是易切鋼做的,那個材料的上限比等級的上限還低。

端型是另外四份標準,而它就是全部的功能

常見的四種端型是四份文件: ISO 4026 平端、ISO 4027 錐端、ISO 4028 圓柱端、ISO 4029 凹端, 對應 DIN 913、914、915、916。現行的 ISO 4027 把它的端型改稱為 截錐端,圖面註記跟型錄對不起來的時候,這件事值得知道。

所以一張只寫 內六角止付螺絲 M6×8 的圖, 對「這支螺絲抵到軸上的時候會做什麼」完全沒有交代, 而那正是決定這組件拆不拆得回來的那一部分。

下面的幾何來自標準;後果則是實務判斷而不是條文,而它們正是端型要選的理由:

  • 凹端是光軸上的預設。邊緣會咬進去,握持就是從那裡來的, 而它會在痕跡周圍翻起一圈唇。之後輪轂滑不出來,卡住它的就是那圈唇。
  • 錐端要求軸上有一個對應的窩。有窩的時候它定位好、握得也好; 沒有的話,它會挖出一個坑,而下一次組裝得重新找到那個坑。
  • 圓柱端是一段圓柱凸出。它該進一個鑽好的孔,或抵在一個銑出來的平面上, 這時候載荷路徑是承壓而不是摩擦。那是最接近銷的版本; 而銷為什麼是另一回事,見螺絲定不了位
  • 平端傷害最小,握持也最小。 軸必須維持可維修狀態的時候選它,通常抵在一個平面上, 而且大家心裡有數:做事的是摩擦。

那個沒有名字的零件

同一個版上另一串在問:墊在止付螺絲底下、避免螺絲把軸壓出痕跡的那一小片銅、黃銅或塑膠, 到底叫什麼。發問者講得很清楚,他指的不是整支帶軟頭的螺絲, 他要的是那一小片鬆的東西的名字,因為圖上要標。

三十三則回覆,沒有共識。shim 票最高,然後馬上被反駁: shim 是用來調位置的,spacer 是用來墊開的,兩個字都沒有在講保護。 有人提 washer。有人貼了帶軟頭的止付螺絲,而那正是問題一開始就排除的產品。 原創建議裡最多人按讚的,是自己發明一個名字,在圖上寫 non-marring slug

沒有標準名稱,是因為標準裡沒有那個零件。 四份端型標準管的是螺絲,螺絲與軸之間什麼都沒有管。 那個缺掉的詞真正說明的是:現場繞過「標準零件會造成的傷害」這件事, 久到已經有了習慣,卻還沒久到有一個名字。

止付螺絲上圖之前先定案的幾件事

  • 寫端型的標準號,不要只寫長度。ISO 4026、4027、4028 或 4029。 端型就是功能,而它正好是尺寸推不出來的那一項。
  • 講清楚軸上要有什麼。一個平面、一個窩、一個孔,還是什麼都沒有。 四種端型裡有三種在要一個特徵,而圖上沒畫的話,會有人在組裝現場替你決定。
  • 問那個握持力數字是哪裡來的。它不在 ISO 898-5 裡, 所以它來自某家廠商的試驗,而那個試驗裡的軸材質與表面,是那個數字的一部分。
  • 確認溫度與耐蝕的前提。兩者都被排除在標準範圍外, 而易切鋼還有自己更低的上限。
  • 問它到底該不該是止付螺絲。那串原始討論列出鍵、花鍵、 軸環、夾頭與過盈配合是有原因的。哪種接合方式配哪種工作, 見什麼時候不該用螺絲

這一篇不屬於六步中的任何一步。它橫跨各步,或者發生在組裝之後。導致它的那些決定是在哪裡做的,見指定一顆螺絲,那篇寫的是順序,以及為什麼順序做反了是重工。

常見問題

內六角止付螺絲是什麼性能等級?

45H,而且沒有別的可選。ISO 898-5 列的是 14H、22H、33H、45H,數字是最小維氏硬度的十分之一;而機械性質表底下有一條註記寫明,14H、22H、33H 不適用於內六角止付螺絲。所以 450 到 560 HV 10 的 45H 是內六角止付螺絲唯一能帶的等級,寫在圖上是記錄,不是選擇。

止付螺絲在軸上握得住多少?

ISO 898-5 沒有講,而且軸在整份標準裡從來沒有出現過。硬度以外唯一的機械試驗是 45H 內六角止付螺絲的保證扭矩,而它是在硬度至少 50 HRC、內牙公差等級 5H 的試驗塊裡做的,量的是螺絲不是接頭。握持力的數字來自廠商拿自己的螺絲對自己的軸做的試驗,所以那個試驗裡的軸材質、硬度與表面狀態,都是那個數字意義的一部分。

止付螺絲的端型要怎麼選?

看軸事後被允許長什麼樣子,而且那是跟尺寸分開的一項規格。四種端型是四份標準:ISO 4026 平端、ISO 4027 錐端、ISO 4028 圓柱端、ISO 4029 凹端,對應 DIN 913 到 916。凹端會咬進光軸並翻起一圈唇;錐端預期軸上有對應的窩;圓柱端該進孔或抵平面,這時候是靠承壓而不是摩擦傳力;平端痕跡最小、握持也最小。四種裡有三種是在要一個軸上的特徵,而那個特徵必須畫在圖上。

不鏽鋼的止付螺絲可以用同一個等級嗎?

在這份文件裡不行。ISO 898-5 在適用範圍裡寫明,它不適用於需要耐蝕性的止付螺絲,與可焊性、指定拉應力、以及在 −50 到 +300 度之外服役並列。不鏽鋼的止付螺絲規定在別的地方,所以「45H」和「不鏽鋼」這兩個標註講的不是同一份標準。

墊在止付螺絲底下那片軟的東西叫什麼?

沒有定論。有一串就在問這件事,三十三則回覆沒有共識:shim 票最高,然後被反駁——shim 是調位置的不是拿來保護的;也有人提 spacer 與 washer;原創答案裡最多人贊同的是自己取名,在圖上寫 non-marring slug 並加註定義。原因是結構性的,不是語言上的:端型標準管的是螺絲,螺絲與軸之間什麼都沒管,所以那個零件在標準裡根本不存在,也就沒有名字可以繼承。

參考資料

本篇讀的 ISO 898-5 是 1998 版的公開預覽,那份預覽含完整的適用範圍、機械性質表與保證扭矩條文。現行版是 2012,標題用的是 hardness class 而 1998 用 property class;引用的實質內容相同,但寫進作業程序之前條號要對購買版複查。四份端型標準 ISO 4026、4027、4028、4029 與對應的 DIN 913 到 916,只在目錄層級確認,條文沒有讀;「現行 ISO 4027 把端型改稱截錐端」也是來自同一份目錄資訊。各端型對軸造成的後果是實務判斷不是標準條文,上文已分開標示。本頁任何地方都沒有給握持力數字,因為我們在標準裡找不到。

詢價

詢價如果含止付螺絲,請告訴我們端型的標準號,以及軸上準備了什麼讓它咬。 尺寸推不出端型,而四種端型裡有三種需要一個先存在的特徵,螺絲才做得了事。

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