為什麼比較長的螺絲，有時候接合反而更牢

一個接合鬆了，而圖面上的長度完全符合規格。 這種事發生的頻率高到值得寫一頁。接下來最常見的動作——保險起見，指定長一點的螺絲—— 剛好就是那個可能把事情弄得更糟的動作，而弄清楚為什麼，就是這篇文章的全部。 鎖緊的螺絲是一根被拉長的彈簧，而只有一部分的長度是那根彈簧。

長度到底在做什麼

接合靠的是螺絲被拉伸之後產生的夾持力。那個伸長是彈性的——螺絲是一根被拉開、正在試圖縮回去的彈簧—— 而真正在伸長的那一段，是夾持長度：頭下到第一圈有效嚙合的牙之間，被夾住的那一段。

但它不是整根彈簧，這一點值得講精確，因為這個近似很容易被當成模型本身。 VDI 2230 把螺栓的彈性柔度拆成五段串聯：頭部、光桿、自由受載的牙、 嚙合中的牙，以及螺帽或攻牙孔那一段。夾持長度是其中最大的一段，也是設計者可以直接決定的那一段，所以它主導了答案——不是因為其餘幾段等於零。

所以同一支螺絲在兩個接合裡確實是兩個不同的零件，但理由跟一般講的不一樣。 兩片板加一顆螺帽，夾持長度等於那疊厚度。盲孔攻牙（VDI 稱為 ESV）只從頭側夾，而埋在零件裡、正在嚙合的那段牙仍然透過一個代換長度貢獻到彈簧裡。兩者之間改變的是柔度怎麼分佈，不是「埋在孔裡的那段算不算」。

為什麼短螺絲失去的比例更大

頭下承壓面與牙面上的表面粗糙度會在受力下被壓平。那是嵌入，而它值得理解是因為一個性質：它是一個絕對距離，不是一個百分比。 幾微米的凸峰壓平，不管螺絲是 M2 還是 M12，都是那幾微米。

但儲存夾持力的伸長量不是絕對值，它隨夾持長度縮放。所以同樣那幾微米，從短螺絲身上拿走的預力比例，遠大於長螺絲—— 這跟「小螺絲流失掉的預力比例更高」是同一件事，只是從另一端看。

加夾持長度通常比加直徑便宜。 一個墊套或一段加高的柱位就把彈簧變長了，螺紋、模具、孔都不用動
它同時也是疲勞的答案。 比較長、比較不剛的螺絲，會分到比較少的外部變動負荷，因為負荷是按螺絲與接合的相對剛性去分的
以上都不適用於「不是夾持長度」的那段長度。 把螺絲換長、而多出來的部分露在螺帽外，彈簧還是原來那根

那就指定長一點——問題正好出在這裡

在盲孔裡，太長的螺絲會頂到底：螺絲末端先碰到孔底，頭還沒貼到表面。起子照樣遇到阻力、扭力照樣上升、扭力扳手照樣會響。

而夾持力跟扭力講的不是同一件事。 扭力花在把螺絲頂向孔底，不是花在把它對著接合拉長。極端情況是頭根本沒碰到表面，那就完全沒有夾持力；沒那麼極端的時候，頭是靠剩下的那點量貼上去的，數值不可預測，而且通常遠遠不夠。兩種情況下，工具讀到的那個數字描述的都不是這個接合。這正是為什麼「抓長一點比較保險」是危險而不只是浪費，也是盲孔接合莫名其妙鬆掉時，第一個該檢查的東西。

同一套算術在孔的另一端也會咬人。攻牙孔有孔底、有絲攻退出的退刀段，而可用的有效牙深比鑽孔深度短—— 嚙合是用有效牙數算的，不是用孔的毫米數算的。

長度有兩個地方不在你以為的位置

量測基準隨頭型改變。 皿頭的標稱長度是全長、含頭；其他大多數頭型是量頭下。所以「M3 × 10」依頭型不同，可用的螺絲量是不一樣的，而這正是規格標註默默假設你知道的事情之一
牙的退出段不算牙。 螺紋接到光桿的地方有幾圈不完整、不能承載的牙。如果那一段落在螺帽或攻牙孔裡面，實際嚙合比圖面看起來短，而且短在應力最高的那一端

「要露出幾牙」的慣例就是從這裡來的，而且它是慣例、不是同一條規則：不同規範分別要求切齊、一個牙距、或兩個牙距，大家熟悉的「露兩整牙」是現場習慣，不是 ISO 的要求。它們共通的是理由。螺絲跟螺帽端面切齊，本身說明不了什麼，因為最靠近末端的那幾圈正是不完整的牙—— 所以這個檢查真正要的是「露出來的牙足夠多，多到看得出不完整的那一段已經在螺帽外面」。究竟適用哪一個慣例，要看管這個接合的規範怎麼寫，不是看口訣。

所以要問的不是「多長」

這個長度裡有多少是夾持長度？ 如果大部分是，接合的行為會很好。如果大部分在攻牙孔裡或露在螺帽外，那個長度買到的東西跟它看起來的不一樣
是不是盲孔，可用的有效牙深多少？ 不是鑽孔深度——是絲攻退出之前的那個深度
標註用的是哪一個基準？ 皿頭量全長，其餘量頭下
你想保住的那個預力，上限是誰定的？ 長度決定它還剩多少；強度等級決定當初准你放多少進去。這是同一個問題的兩半
這個接合會不會承受變動負荷？ 會的話，夾持長度就是一個疲勞變數，不只是組裝變數，它該在決策順序裡排得比現在更前面

附帶一提：剪力那一題，通常是問錯的那一題

這裡有兩種都合法的設計，而它們不能互換。 摩擦型（slip-critical）接合靠被夾面之間的摩擦傳遞橫向負荷，摩擦來自夾持力，設計前提就是「它不可以滑」。 承壓型（bearing-type）則是靠扣件受剪與孔壁承壓傳力， AISC 明說同一種高強度螺栓兩種都能用—— 大多數承壓型接合用 snug-tight 鎖付就可以。

所以該問的是這個接合當初是照哪一種設計的。摩擦型接合一旦滑了，它就失去了設計所依賴的東西，而界面上的相對移動正是讓預力消失的那個機制；承壓型接合讓螺栓承壓並不是失效，那就是它的工作。

扣件確實要承受剪力的時候，把光桿放在剪力面上截面比較大、也沒有牙底集中應力—— AISC 360 給「螺紋排除於剪力面」的名義剪應力高於「螺紋位於剪力面」，反過來大約是 0.83 的比值。兩者都是允許的，照 threads-included 的較低值去設計是合法選擇，不是疏忽。它確實會讓光桿長度變成一個刻意決定的尺寸，而不是剩下來的東西。

而那個尺寸實際會是多少，也不是可以自由決定的：產品標準先減掉牙長，再減掉五個牙距，這就是為什麼一顆短的半牙螺栓，光桿比一般人那樣減出來的還要少。

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

螺絲比較長就比較牢嗎？

只有在多出來的長度是夾持長度時才成立。VDI 2230 把螺栓的彈簧拆成五段串聯——頭部、光桿、自由受載的牙、嚙合中的牙，以及螺帽或攻牙孔那一段——夾持長度是其中最大的一段，也是設計者可以直接決定的那一段。夾持長度長，同樣的夾持力就存在更多的伸長量裡，接合對嵌入比較不敏感，螺絲也會分到比較少的外部變動負荷。露在螺帽外的牙沒有貢獻；但在攻牙孔裡正在嚙合的那段牙，會透過一個代換長度貢獻進來。

螺絲對盲孔來說太長會怎樣？

會頂到底。螺絲末端先碰到孔底，頭還沒貼到表面，於是扭力花在把螺絲頂向孔底，而不是把它對著接合拉長。極端情況是頭完全沒碰到，那就沒有任何夾持力；沒那麼極端時，預力是剩下多少算多少，數值不可預測而且通常遠遠不夠。兩種情況下工具讀到的數字描述的都不是這個接合，所以盲孔接合沒有明顯原因就鬆掉時，這是第一個該檢查的東西。

為什麼小螺絲流失的預力比大螺絲多？

因為嵌入是絕對距離，而彈性伸長不是。頭下與牙面上幾微米的表面粗糙度被壓平，不管尺寸大小都是那幾微米；但儲存夾持力的伸長量會隨夾持長度縮放。所以同樣的流失量，從短螺絲身上拿走的預力比例大得多。這是幾何上的必然，不是品質問題，而直接的解法是把夾持長度加長。

螺帽外面應該露出幾牙？

沒有單一規則。不同規範分別要求切齊、一個牙距或兩個牙距，大家熟悉的「露兩整牙」是現場習慣，不是 ISO 的要求。它們共通的理由是：最靠近螺絲末端的那幾圈是不完整的牙，所以螺絲跟螺帽端面切齊，本身不能證明螺帽已經完全嚙合。究竟適用哪一個慣例，要看管這個接合的規範。

光桿要不要放在剪力面上？

它會給比較高的承剪能力：光桿截面比螺紋大，也沒有牙底集中應力，AISC 360 對「螺紋排除於剪力面」給的名義剪應力也比較高。但兩者都是允許的，照較低的 threads-included 值設計是合法選擇。更前面的問題是這是哪一種接合——摩擦型靠被夾面之間的摩擦傳遞負荷、設計前提是不可以滑；承壓型則是設計成由扣件承剪，而同一種高強度螺栓兩種都能用。

參考資料

詢價

盲孔的接合莫名其妙一直鬆？ 把孔深、可用有效牙深、螺絲長度與頭型一起寄過來。 頂到底跟預力流失從外面看一模一樣，而它們要用相反的方式修—— 所以在訂任何不一樣的東西之前，先確認是哪一種比較划算。

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