那段螺紋的長度不是誰決定的:它是兩倍直徑加六

有人在工程論壇上問了一個很好的新手問題:螺栓的長度到底是怎麼決定的?如果螺帽後面只需要露出一牙,為什麼那麼多螺栓要多帶三十牙?五十一則回覆。幾乎沒人講到的是:這兩個數字都不是「決定」出來的。全長是一把 1968 年就定下來的梯子上的一階,而螺紋長度是算出來的。定下這兩件事的那份標準,只有兩頁。

ISO 888 的第一版裡,一般用途螺栓的螺紋長度 b,在長度 125 mm 以下是 2d + 6, 125 到 200 之間是 2d + 12,200 以上是 2d + 25, 其中 d 是公稱直徑。 我們把那張分配表裡有值的 89 格全部拿去對這三條公式。 88 格完全吻合。唯一對不上的那一格,是全表最小的尺寸。

在這些數字有用之前,先講一句警告。 本頁所有數字都出自 1976 年的第一版,而那一版已經作廢。 現行版是 ISO 888:2012,它自己的前言說那是一次技術修訂, 而我們只讀到它的封面、目次與前言。第三版正在投票。 所以底下這些請當成「這件事長什麼樣子」,不要當成可以直接寫進圖面的現行尺寸。

這一頁也把本站自己留下的一個洞補起來。 先前那篇講螺紋收尾五個牙距的文章寫過: 我們沒讀過 ISO 888,也就是它的來源標準指名去查公稱長度與螺紋長度的那一份。 現在讀了,而且是完整讀完第一版,因為那份印刷本只有兩頁,公開樣本就是整份文件。

全長是一階梯子,不是一個數字

1976 年版的第 3 條,把 54 個公稱長度放在同一張表裡, 公制從 2 mm 到 300 mm,旁邊一欄英制從 1/16 in 到 12 in。 論壇問題的後半段,答案就在這裡。你不是在「決定」一個長度, 你是在挑第一個穿得過你那個接合的階。

54 個裡有 12 個加了括號,而標準用一句話交代那是什麼意思: 「加括號的長度應盡可能避免使用。」 公制那邊加括號的是 7、9、11、18、22、28、32、38、95、105、115、125。

這一句話解釋了很多採購行為。20 mm 跟 22 mm 都在標準裡, 但其中一階是人人都備的,另一階是標準自己叫你少用的。 如果 18 或 38 的報價比左右鄰居都久都貴,理由就在那張表上。

標準也沒告訴你長度要從哪裡量起,它把這件事交給另一份文件: 「公稱長度的標註方式見 ISO 225。」 ISO 225 我們沒讀,一個字都不引。 但這件事比聽起來重要:沉頭螺絲的長度通常含頭,六角頭的通常不含。

那兩欄不是彼此的換算

這是標準自己說的,而且很容易看過去: 「表 1 列出兩個系統中可相比對的基本長度,但這些數值並不打算完全相同。」 可相比對,不是相等。底下這些算術是本站做的,用來看看差多少。

  • 第一列就把 2 mm1/16 in(1,5875 mm)配成一對。公制那個大了 26 %。這是全表相對落差最大的一格,而它在第一列
  • 絕對落差最大的在上段:220 mm 對 9 in(228,6 mm),公制那一階短了 8,6 mm
  • 再往下兩列,符號就翻過來了。260 mm 對 10 in(254 mm),這次公制長了 6 mm
  • 從 130 mm 到 300 mm,差值的符號變號六次
  • 有 11 個公制長度在英制欄裡根本沒有對應:7、9、18、32、38、60、85、115、125、160、240

所以那是兩把各自獨立的梯子,並排印在一起,而且會互相交錯。 一支 9 in 的螺栓,不是一支換了標籤的 220 mm 螺栓。

螺紋長度是算出來的

接著是論壇問題的前半段,那多出來的三十牙。 第 4 條說表上的螺紋長度是算出來的,並且把公式給了出來。

公稱長度 l螺紋長度 b
125 mm 以下2d + 6
125 到 200 mm2d + 12
200 mm 以上2d + 25
5 in 以下2d + 1/4
5 到 8 in2d + 1/2
8 in 以上2d + 1

d 是螺栓的公稱直徑。

把這個當成問題的答案來讀,話講得很白: 螺栓上有幾牙,跟你的接合一點關係都沒有。 它由直徑,以及這支螺栓落在三個長度區間的哪一個,共同決定。 一支 60 mm 長的 M12 跟一支 120 mm 長的 M12, 帶的是同樣的 30 mm 螺紋;後者只是多了 60 mm 的光桿。 沒有人為了你要鎖上去的那顆螺帽去定那段螺紋。

所以螺帽後面多出來的那幾牙,並不是問題裡想的那種浪費。 那是一個固定的螺紋長度,碰上你為了別的理由挑的那一階之後,剩下來的東西。

還有一個推論值得寫出來。跨過 125 mm 那條線, 每一個直徑的螺紋都會長 6 mm;跨過 200,再長 13 mm。 所以同一個直徑的兩支螺栓,一支 120 mm 一支 130 mm, 全長差 10 mm,螺紋長度另外還差 6 mm,光桿只長了 4 mm。

89 格裡的 88 格

分配表把 b 給到每一個直徑, 從 1,6 到 150 mm,三個長度區間各一列。 不是每個組合都存在:最小的幾個尺寸只出現在第一個區間,最大的只出現在第三個。 把有數字的格子數一遍,總共 89 格

我們把每一格都拿去對它那一列的公式。88 格完全吻合。 例外的是表上的第一格:

d = 1,6 mm 時,公式給的是 2 × 1,6 + 6 = 9,2 mm,而表上印的是 9

這一格我們是拿印刷頁面算成圖檔去核對的,不是信任文字擷取, 因為 1976 年的掃描件正是假異常最常出現的地方。它就是 9。 比較自然的讀法是:一張只給整毫米的表放不下 9,2, 而 1,6 是整個直徑序列裡唯一不是整數的那一個。 我們不主張那就是委員會的理由,只說這是全表唯一一格算術跟印刷對不起來的地方。

相對地,英制那三條公式每次都算得剛好, 因為在分數直徑的兩倍上加四分之一吋,結果仍然是一個乾淨的分數。 英制的分配表我們沒有做圖檔核對,所以一格都不引。

公制的常數,就是英制的常數截掉小數

把公式表的兩半並排,有東西會掉出來。這是本站的算術,不是標準的敘述。

  • 1/4 in 是 6,35 mm,公制常數是 6
  • 1/2 in 是 12,7 mm,公制常數是 12
  • 1 in 是 25,4 mm,公制常數是 25
  • 5 in 是 127 mm,公制的分界是 125
  • 8 in 是 203,2 mm,公制的分界是 200

五個全都是截到整毫米,而不是四捨五入,所以 12,7 變成 12 而不是 13。 標準沒說哪一個系統在先,我們也不宣稱知道。 我們能說的是:這一版裡公制的螺紋長度, 比同一支螺栓套用英制規則所得的結果短了 0,35 到 0,7 mm

有五個會員團體投票反對把它變成標準

1976 年版的前言是一整頁的歷史,而現在的標準大多不再印這種東西了。 ISO 888 一開始並不是國際標準。1972 年以前,這類工作是以「ISO 建議」的形式發表的, 而這一份「取代 ISO 建議 R 888-1968,兩者在技術上完全相同」。 所以上面那些數字,是 1968 年的。

然後前言把名字一個一個列了出來,分成三張名單。

  • 33 個會員團體贊成這份建議
  • 兩個以技術理由表示不贊成:法國與美國
  • 五個反對把這份建議轉成國際標準:加拿大、法國、日本、荷蘭與美國

把第三張名單拿去對第一張,有意思的地方就出現了。 五個裡有三個,加拿大、日本、荷蘭,就在贊成名單裡。 他們對內容沒意見,卻投票反對把它升格。 標準還是照樣發行了,1976 年五月,然後生效了三十六年。

他們各自為什麼那樣投,我們不知道。文件沒有給理由, 而我們不打算從一串國名編出一個關於英制表格與國家利益的故事。 這件事本身就值得記著:一份規定「螺栓要多長」這種看起來毫無爭議的事的文件, 發行的時候有五個會員團體留下了反對紀錄。

現行版改了什麼,以及我們講不了什麼

ISO 888:2012 是第二版,六頁,出自 ISO/TC 2/SC 7, 2023 年複審確認,現在在 90.92 待修訂階段。 它的前言寫著「本第二版取消並取代第一版(ISO 888:1976),該版已經技術修訂」。 我們的樣本就停在那篇前言,所以它的條文與表格,我們一項都沒有。

從文件外面可以說三件事。第一,標題變了。1976 年的標題結尾是 「以及一般用途螺栓的螺紋長度」, 2012 年的標題把那個限定拿掉了,而目次裡多出了 無頭螺絲與固定螺絲、以及雙頭螺栓及類似緊固件的獨立小節。 螺紋長度那一半的涵蓋範圍變寬了。

第二,ISO 自己對 2012 年版的摘要寫著,它 「適用於具有依 ISO 68-1 之 ISO 公制螺紋的螺栓、螺絲與雙頭螺栓」。 英制的表格沒了。

第三,這份文件一直在變厚。 1976 年兩頁、2012 年六頁,而正在投票的第三版草案是十二頁。 一份只講螺栓多長的標準,五十年間變成六倍厚,同時丟掉了一半的涵蓋範圍。

所以不要憑這一頁就把 2d + 6 寫進圖面。 那是已作廢的第一版說的。 需要現行規則的話,現行文件只有六頁,價錢不到多數人一小時的工錢。

回到那個問題本身

那則貼文問了兩件事。第二件上面已經答完: 長度是一階梯子,螺紋是算出來的,所以多出來的那幾牙是副產品,不是設計決定。

第一件,也就是「是不是只有頭跟螺帽之間那一段在受拉」,那是力學問題, 而 ISO 888 對它一個字都沒說。 那是一份長度標準。我們讀過的地方,它沒有提到載重、拉力或接合。 那個問題本站在別處有答,見 夾持長度到底在做什麼螺栓為什麼是一根彈簧

長度標準能替那場討論補上的,是大家會漏掉的一點: 最後進到你那個接合裡的是光桿還是螺紋,是由你挑的那一階決定的; 而兩者之間的收尾,是 五個牙距、兩邊都不算

可以帶走的幾點

  • 公稱長度是一張固定清單。第一版有 54 個值,2 到 300 mm,其中 12 個加了括號並註明應盡可能避免
  • 螺紋長度是算的,不是挑的。2d 再加 6、12 或 25 mm,看螺栓落在三個長度區間的哪一個
  • 同一直徑、同一區間的兩支螺栓,螺紋長度一樣,不管全長差多少
  • 跨過 125 mm 每個直徑的螺紋都多 6 mm,跨過 200 mm 再多 13 mm
  • 89 個有值的格子裡有 88 個完全吻合公式。例外是 d = 1,6 mm,9,2 被印成 9
  • 公制欄與英制欄不是彼此的換算。標準自己說數值不打算相同,而有一列兩把梯子差了 8,6 mm
  • 以上全部是已作廢的第一版。現行第二版只管公制且經過技術修訂,第三版正在投票

兩頁印刷品,內容是 1968 年談定的,卻默默決定了這棟建築裡每一支螺栓有多少是螺紋。 而當年有五個會員團體,根本不想讓它變成標準。

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

螺栓的長度是怎麼決定的?

是從一張固定清單裡挑,不是算出來的。ISO 888 第一版列了 54 個公稱長度,從 2 mm 到 300 mm,其中 12 個加了括號,並註明加括號的長度應盡可能避免使用。至於長度要從哪裡量起,標準交給 ISO 225,那一份我們沒讀。

螺栓的螺紋段有多長?

在 ISO 888 第一版裡,公稱長度 125 mm 以下是 2d + 6 mm,125 到 200 是 2d + 12,200 以上是 2d + 25,其中 d 是公稱直徑。英制的三個區間對應 2d + 1/4、2d + 1/2 與 2d + 1。這是已作廢的第一版,現行版經過技術修訂。

為什麼螺栓的牙比螺帽需要的多那麼多?

因為螺紋長度是直徑與長度區間的函數,跟你的接合無關。一支 60 mm 的 M12 跟一支 120 mm 的 M12,照那條公式都帶 30 mm 螺紋。螺帽後面多出來的牙是剩下來的,不是有人針對你的組裝做的決定。

螺栓愈長,螺紋就愈長嗎?

只有跨過區間分界才會。在同一個區間裡,螺紋長度只看直徑。跨過 125 mm,每個直徑的螺紋長 6 mm;跨過 200 mm,再長 13 mm。其餘情況下,多出來的全長都是光桿。

哪些螺栓長度應該避免?

第一版把 12 個公制長度印成括號,並說應盡可能避免使用:7、9、11、18、22、28、32、38、95、105、115、125 mm。它們都是合法尺寸,但標準自己請你優先用旁邊那兩階,而這通常會反映在價格與交期上。

9 吋的螺栓等於 220 mm 的螺栓嗎?

不等於。9 吋是 228,6 mm,兩階差了 8,6 mm,是全表最大的落差。標準明白寫著兩欄給的是可相比對的長度,但數值並不打算相同。再往下兩列,差值還會反號:260 mm 比 10 in 長了 6 mm。

表上每一個尺寸都符合那條公式嗎?

89 個有值的格子裡有 88 個完全符合。例外是最小的直徑 1,6 mm,2d + 6 給的是 9,2 mm,而表上印的是 9。這一格我們是拿印刷頁面的算圖去核對的,不是文字擷取。標準對此沒有任何註記。

ISO 888:1976 還是現行的嗎?

不是。它在 95.99 階段作廢,由 ISO 888:2012 取代,而後者的前言把自己描述為一次技術修訂。2012 年版有六頁,2023 年複審確認,本身也被標記為待修訂,並且已有一份十二頁的第三版草案在投票。

ISO 888 現在還涵蓋英制尺寸嗎?

第一版有,用四張表涵蓋兩個系統。ISO 對現行 2012 年版的摘要寫著,它適用於具有依 ISO 68-1 之 ISO 公制螺紋的螺栓、螺絲與雙頭螺栓。那一版我們只讀了前言,所以我們只描述這個變化,不引用它的任何表格。

參考資料

ISO 888:1976 印刷本只有兩頁,而公開樣本收錄了全部:前言、適用範圍,以及表 1 到表 4。這就是為什麼本頁能引用它的表格而不是只做描述。它已經作廢。三份文件的目錄資料都是用瀏覽器讀 ISO 自己的頁面取得:ISO 888:1976 為第一版、1976 年 5 月、兩頁、ISO/TC 2/SC 7、95.99 階段作廢;ISO 888:2012 為第二版、2012 年 4 月、六頁、現行、2023 年確認、階段 90.92;ISO/DIS 888 為十二頁的第三版草案、階段 40.20。2012 年版我們只讀了封面、目次與前言,所以本頁沒有一個數字可以當成現行尺寸,也沒有引用它的任何條文或表格。「現行版只管公制」這句話來自 ISO 公開的摘要,不是來自文件本身。表 1、表 2、表 3 以及前言裡的投票名單,全部是拿印刷頁面算成圖檔後逐字核對的,不是文字擷取,因為 1976 年的掃描件正是誤讀的來源。表 4,也就是英制的分配表,沒有做圖檔核對,一格都沒有引用。ISO 225 與 ISO 68-1 都沒讀。以下各項是本站的算術,不是標準的敘述:89 個有值格子的清點與 88 格吻合公式的結論、公制常數與分界是英制值截到整毫米的觀察、兩把梯子的比較(含 2 mm 那一列的 26 % 落差與 220 mm 那一列的 8,6 mm 落差)、11 個公制長度沒有英制對應的清點,以及三個版次的頁數比較。對 d = 1,6 那一格,以及對任何會員團體的投票,我們都不提供理由;文件兩者都沒給。螺栓上拉力作用在哪一段,這份標準沒有處理,本頁也不回答。我們讀的是貼文本身,不是回覆,也不寫任何公司或產品品牌名。本頁補上了先前一篇文章自陳的缺口,該頁原本寫著 ISO 888 沒有讀過,那句話已經改寫。

詢價

如果你圖面上的長度剛好是括號裡那幾個值,跟我們說一聲, 我們會告訴你那個溢價值不值得,還是旁邊那一階就能做同樣的事。 另外,如果你要的是一個特定的螺紋長度,而不是公式給的那個, 那就是特殊品,一定要標出來,因為在標準品上,螺紋長度不是任何人挑的。

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