螺帽故意做得比螺桿軟，要磨到多少才換：MD-80 配平螺桿的界線是端隙 0.040 吋，阿拉斯加航空 261 號班機量到 0.033 吋之後又飛了近 9,000 小時

一顆設計成會磨耗的螺帽

MD-80 的水平安定面裝在垂直安定面頂端，後緣靠兩個鉸鏈，前緣靠單一一組螺桿組件升降。螺桿組件上端接在安定面前樑，下端穿過一顆梯形牙（Acme 牙）螺帽， 螺帽用萬向環固定在垂直安定面上。配平馬達轉動螺桿，螺桿在螺帽裡上下走，帶著安定面前緣一起動（NTSB 報告 §1.6.1，p.13–14、p.18）。

報告引用 1965 年 DC-9 的飛控故障分析報告（1997 年修訂）：螺帽用比螺桿軟的材料做，它的牙是設計來磨耗的。螺帽牙是鋁青銅，新品約 0.15 吋（3.81 mm）厚； 螺桿牙是表面硬化鋼（p.22）。這個 0.15 吋在 p.22 寫的是小徑處，在 p.129 的註腳寫的是大徑處，報告前後的基準不一致。後來從殘段驗出的成分是 UNS C95500 鋁鎳青銅，符合圖面（p.76）。整個組件裡會明顯磨耗的只有這顆螺帽（§1.6.3.3.1，p.37）。

認證文件處理了幾種損壞：螺桿斷了有裡面的扭力管頂著；扭力管斷了，配平會立即停止，荷重仍由螺桿與螺帽承受；螺牙損失 90% 靠「牙數比結構需要的多」，一整條牙失效靠第二條牙（p.22）。 同一份故障分析裡，沒有為「螺帽牙全部不見」準備任何對策（p.22）。原始設計並沒有定期磨耗檢查；服役後才把磨耗交給維修管理：潤滑讓它磨得慢，量測確認它還沒磨到界線（p.22–24）。

端隙量的是螺牙之間的空隙，不是牙厚

報告描述的機上磨耗檢查，不直接量螺帽牙厚度，量的是端隙（end play）：螺桿與螺帽的牙之間，沿軸向還能動多少。牙被磨薄，兩側的空隙就變大， 所以報告稱端隙是螺帽牙磨耗的間接量測（p.22 fn48）。

機上量法是用一支拘束治具把安定面往下拉，讓螺桿的受力由拉轉為壓；受力方向一反轉，牙與牙之間的空隙就讓螺桿移動一段，裝在下止動塊上的百分錶量這段移動。 阿拉斯加航空的任務卡寫的是對治具施加 250 到 300 in-lb 的扭矩、反覆量到前後相差 0.001 吋以內，端隙要在 0.003 到 0.040 吋之間（§1.6.3.3.2，p.39；§1.6.3.3.2.1，p.43–44）。

這道檢查是事後加的。DC-9 1965 年服役，1966 年就發現幾組磨得太快；1967 年 Douglas 的設計備忘錄列出六組的飛時與端隙，NTSB 據此算出磨耗率 0.0056 到 0.0073 吋／1,000 小時， 是 DC-8 約 0.001 的 5.6 到 7.3 倍。Douglas 做全尺寸試驗後訂出 0.040 吋界線，判定在這個範圍內不會造成顫振或其他結構問題，同時加強螺桿的熱處理與氮化（p.38–39）。

起點、界線與速率都固定時，磨耗率提高幾倍，走到界線的時間就縮短成幾分之一。用假設的數字算一次：新品端隙 0.010 吋，每 1,000 小時多 0.001 吋，走到 0.040 吋要 30,000 小時，數字恰好和原設計壽命相同（報告寫的原設計預期是 30,000 小時後端隙 0.0265 吋，這不是原廠的算法）； 速率換成 1967 年那幾組的約 0.006，只要約 5,000 小時（本站的假設算例，速率固定）。檢查間隔若比這個長，端隙可以在兩次量測之間越過換件界線。

0.040 吋離斷牙還有多遠

報告把端隙換回牙厚：端隙 0.040 吋大約代表 0.030 到 0.037 吋的磨耗，以新品 0.15 吋計，牙厚約磨掉 22%；事故螺帽的殘段則顯示牙厚約九成在剩下的牙被剪斷前就已磨掉（§2.2.2.1，p.129）。換件界線和斷牙之間，隔著大約七成的牙厚（本站相減）。公聽會上 Boeing 的結構經理說：新螺帽的牙強度超過設計荷重 15 倍，磨到端隙 0.040 吋仍有 10 倍， 0.080 吋還有 5 倍。正常飛行時經螺桿、螺帽傳到垂直安定面的力約 4,000 到 5,000 lb（約 18 到 22 kN）（p.23）。

表中 32 圈的合計，是把每圈的剪斷容量加起來，不代表外力實際平均分給每一圈。Boeing 與 NTSB 和紐約州立大學石溪分校合作的有限元素分析都顯示，靠近螺帽上下兩端的牙圈受力比中間多， 單圈最多約承擔外力的 30%（Boeing）或 23%（NTSB）（§1.16.4，p.78）。牙圈不均分的情況，本站另一頁也談過：前面幾牙承擔最多。

NTSB 與石溪分校的分析也看了磨耗怎麼進行：一層一層磨，每一層從牙根往牙頂。即使磨過換件界線，螺帽的應力仍低於降伏；軸向磨耗約 0.090 吋時（每圈 2,000 lb），最大應力才開始接近降伏；到 0.09265 吋、牙面徑向約磨掉一半時， 牙頂的彎曲開始隨荷重急增；牙面徑向磨掉約 75% 時，剩下的接觸面已小到分析無法給出有效數據，研究據此判斷螺桿的牙會開始沿軸向滑過螺帽的牙，不再靠旋轉移動（p.78；p.155 fn257）。 報告也算過：要把 32 圈磨成殘段那樣的牙同時剪斷，需要 19 萬 lb 以上，而事故當天爬升時的飛行荷重只有 4,000 到 5,000 lb，所以牙不太可能一次全斷，比較可能是一段一段沿著螺旋被剪斷（p.129–130）。 本站的解讀是：初始的強度倍數不能代替磨耗監控；倍數告訴你某個磨耗狀態下還剩多少餘裕，沒有告訴你磨得多快。

1997 年量到 0.040，重量一次是 0.033

磨得多快，要靠兩次量測之間的差來算，而事故機最後一次量測就在 0.040 吋附近。1997 年 9 月 26 日，飛機進奧克蘭的維修廠做 C check，累積 17,699 飛行小時。 9 月 27 日第一次端隙檢查後開出非例行工作卡：「acme screw and nut has maximum allowable end play limit (.040 in.)」，計畫換件。 9 月 30 日夜班劃掉換件那一行，改由另一組技師與檢驗員重量，寫下「.033」，「Rechecked five times with same result」，這一項以 0.033 吋簽結；整架飛機在 10 月 2 日 23 時放行（§1.6.3.4.1，p.50–52）。

依阿拉斯加航空當時的間隔，下一次端隙檢查排在 30 個月後，也就是 2000 年 3 月；按當時的利用率，30 個月約相當於 9,550 飛行小時（p.152）。原廠建議是 7,000 或 7,200 飛行小時或 30 個月，以先到者為準（p.47）。 從 1997 年 9 月到事故，這架飛機飛了 28 個月、近 9,000 飛行小時。NTSB 指出，若沒有延長間隔，事故前至少 1,800 到 2,000 小時會再量一次（§2.4.1，p.152–153）。

阿拉斯加航空當時只有一支拘束治具，放在奧克蘭維修廠。NTSB 認定它是自製、不符原廠規格；阿拉斯加航空主張那是 Douglas 製的，NTSB 認為證據不支持。那支治具已無法使用，NTSB 試量用的是事故後照同樣設計做的自製治具（p.44–45 fn88、fn90；p.157 fn262）。NTSB 認為 0.040 與 0.033 這兩個讀數可能都比實際小，但無法判定治具是否讓讀數失準，也無法判定它是否促成事故（p.157–158，finding 33）。

磨耗率是推出來的。報告用 1997 年最後記錄的 0.033 吋，和假設失效時的總磨耗 0.133 吋，估算這段期間平均約 0.012 吋／1,000 飛行小時，預期值約 0.001； 報告也提醒速率不一定固定（§2.3，p.140）。

潤滑間隔拉長到 1987 年的五倍多

為什麼磨得那麼快，報告先排除了四個可能：1997 年底改用的 Aeroshell 33 潤滑脂、螺桿牙的表面粗糙度、異物、螺帽受力異常，都不是因素。 實驗室的塊對環磨耗試驗裡，Aeroshell 33 的磨耗率反而比原本的 Mobilgrease 28 低；只有完全不潤滑時磨耗率明顯升高，最高約為有潤滑時的 10 倍（§2.3.1–2.3.5，p.141–143；§1.16.8.3，p.86）。

剩下的是潤滑不足。螺帽裡和螺桿工作區沒有有效的油脂，油嘴通道裡是乾掉的舊脂；報告結論是事故時「螺桿與螺帽之間沒有有效潤滑」，並由磨耗量推斷漏掉或做得不足的很可能不只最後一次， 更早的次數無法判定（§2.3.6，p.144–146）。這架飛機最後一次螺桿潤滑的紀錄在 1999 年 9 月。

報告說事故時的間隔比 1987 年長 400% 以上，2,550 除以 500 約是 5 倍。間隔越長，漏掉一次潤滑時，舊脂要撐的時間就越長。 報告另外指出，1996 年把潤滑間隔改成 8 個月時，阿拉斯加航空是唯一只用日曆月數、不加飛時上限的美國航空公司；磨耗跟著飛行小時走，飛機用得越兇，同樣 8 個月裡磨得越多（§2.3.6.2，p.146–148）。 潤滑間隔與端隙檢查間隔是同時在拉長的，報告的說法是，發現磨耗過度的機會因此越來越少（p.148）。

雙線牙也許擋得住裂縫，擋不住磨耗

回到第一節的設計前提：一整條牙失效時，第二條牙接手。這個設計可能阻止一條牙上的裂縫傳到另一條，對磨耗卻不成立。NTSB 的說法是，兩條牙在飛行中一直同時受力，也受同一種磨耗； 雙線設計也許能阻止一條牙上的裂縫延伸到另一條，兩條牙卻會一起被磨掉。報告結論寫成一句：雙線牙「does not provide redundancy with regard to wear」（§2.6.1，p.163，finding 39）。 一般標準螺栓為什麼幾乎都是單線，見標準螺栓為什麼幾乎都是單線牙。

牙數多於需要也有限制。認證時用「牙比結構需要的多」處理 90% 牙損失；報告的分析則描述，荷重與磨耗會在 32 圈牙之間逐步轉移（p.130），多出來的牙並不是一條不受同一種磨耗影響的獨立承載路徑。FAA 的認證工程師在公聽會說，磨耗不被當成系統安全分析或結構考量的失效模式； NTSB 則指出 SAE 的標準要求在失效模式與影響分析（FMEA）裡考慮磨耗（p.24、p.164、p.167）。報告結論是：設計沒有把螺帽牙全失當成災難性的單點失效， 沒有 fail-safe 機構是促成因素之一（finding 40）。

事故後的適航指令把潤滑改為每 650 飛行小時、端隙檢查改為每 2,000 飛行小時，並要求回報讀數（p.105–106）。NTSB 仍認為 2,000 小時可能不夠： 夏威夷航空曾有一組螺帽因噴砂料混入，磨耗率約 0.015 吋／1,000 小時。NTSB 假設它當時剛好低於 0.040 吋界線，且一直以這個速率磨耗，2,000 飛行小時後端隙會到約 0.069 吋；若下一次檢查漏做或做得不當、零件繼續服役，再 2,000 小時會到約 0.099 吋。 報告另外註明，分析中牙在磨耗量約 0.093 吋時開始撓曲、滑過螺桿的牙；那是磨耗量，不是端隙，兩者不能直接相比（§2.4.2，p.154–156；fn257）。報告說，失效機制已知時，業界慣例是在預測失效前留下至少兩個完整檢查週期；機制不確定時還要再加大餘裕（p.155）。

報告在結論裡還寫了一條比檢查間隔更根本的原則：單一失效可能造成災難、又有可行的設計能消除它的後果時，不應只靠維修與檢查來防止失效（finding 41，p.180）。

放到一般會磨耗的螺牙配對上，可以怎麼讀

下面是本站的讀法，不是報告的建議，也不是給航空器的維修指引。報告談的是一組飛控螺桿；把它的結論套到其他機械上的螺牙配對，是本站推論。

1. 強度倍數不能代替量測。Boeing 證詞說的新品超過 15 倍、界線處 10 倍，這些數字說的是某一個磨耗狀態下還剩多少強度；磨到那個狀態要多久，取決於磨耗率，而這個案例的期間平均磨耗率，估算約為預期值的 12 倍。
2. 間隔跟著使用量走。報告對潤滑與檢查間隔的判斷是：劣化隨使用量增加、又沒有另外限定最大使用量的項目，不該只用日曆月數管理（p.148）。換到其他機械，對應的是運轉時數、行程數或轉數；這是本站推論。
3. 每一次讀數都留下來。事故前在界線內的端隙讀數不必記錄（p.39 fn82；p.23 fn49）。單一個 0.033 吋讀數算不出速率，缺少可比的歷次讀數，就無法可靠回推先前的變化。NTSB 建議 FAA 要求業者依機號與螺桿組件序號追蹤端隙、計算並記錄每架飛機的磨耗率（p.156）。只看「有沒有超過界線」，看不到速率。
4. 量具本身也是一組螺牙。部分試驗裡自製治具的讀數較低，報告推測與螺紋嚙合較長、摩擦較大有關，但不是每次都偏低。用扭矩施力去量位移時，中間那組螺紋的摩擦可能跟著進到結果裡（本站推論）。
5. 雙線牙不是磨耗的備援。這個組件的兩條牙在同一個磨耗環境裡，報告認定它們對磨耗失效沒有提供獨立備援。

一般扣件的再使用，這份報告沒有下結論；本站另一頁從量測的角度談過，見能不能再用是量出來的，不是數出來的。

這一頁不能下的結論

本頁只談報告裡和螺牙磨耗有關的部分。飛航組員的處置、自動駕駛、簽派、航空公司組織與 FAA 監理的細節，報告有大量篇幅，本頁沒有討論，也不評論。 0.012 吋／1,000 小時是報告用 0.033 吋與假設的 0.133 吋總磨耗估算的期間平均，報告沒有列出完整算式，實際速率在期間內不一定固定； 報告也說無法判定最後一次端隙讀數是否因治具失準。本頁採用的資料中，有幾項記載前後不一：8 個月相當的飛時寫成約 2,550（p.32、p.146）與約 2,250（p.142），本頁用 2,550； 最後一次潤滑日期寫成 1999 年 9 月 24 日（p.50）與 9 月 14 日（p.145），本頁只寫 9 月；新品牙厚 0.15 吋的量測位置寫成小徑（p.22）與大徑（p.129 fn213）；表 4 的 0.0174 吋那一列每圈值與合計對不上。磨耗百分比的另一種寫法（p.146 fn246）與 0.15 吋牙厚的基準對不上，本頁不引用。 適航指令、MSG-3 文件、Douglas 備忘錄本站沒有讀原文，內容都經 NTSB 報告轉引。梯形牙（Acme 牙）的牙型標準本站沒有讀，本頁不列牙角、節距與基本尺寸。 吋與 mm、lb（磅力）與 kN 的換算、殘段約為新品 8.7% 與 11.6% 的比例、30,000 與 5,000 小時的假設算例，都是本站算的。第七節是本站讀法，報告沒有對一般機械下結論。

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

端隙 0.040 吋的界線是怎麼來的？

DC-9 服役一年後發現螺帽磨得比預期快，Douglas 做了全尺寸試驗，判定端隙在 0.040 吋以內不會造成顫振或其他結構問題，訂為換件界線；新品的端隙是 0.003 到 0.010 吋。報告換算，0.040 吋端隙約代表牙厚磨掉 22%。公聽會上 Boeing 說磨到 0.040 吋時，螺牙強度仍有最大設計荷重的 10 倍。（NTSB/AAR-02/01，§1.6.3.3.2，p.38–39；證詞 p.23；22% 見 p.129）

為什麼螺帽要用比螺桿軟的材料？

報告引用 1965 年的故障分析，只寫了設計如此：螺帽用比螺桿軟的鋁青銅，牙是設計來磨耗的，整個組件裡會明顯磨耗的只有螺帽。報告沒有解釋選材理由，本頁不替它補理由。原始設計沒有定期磨耗檢查，服役後發現磨耗過快，才加入端隙檢查，和潤滑一起管理磨耗。

螺桿和螺帽有兩條牙，不是有備援嗎？

對裂縫傳播可能有隔離作用，對磨耗沒有。NTSB 指出兩條牙在飛行中一直同時受力、受同一種磨耗，兩條都可能一起因磨耗失效；報告結論寫明雙線設計在磨耗方面不提供備援。

是不是換了潤滑脂牌子造成的？

報告排除了這個可能。實驗室磨耗試驗裡，新改用的 Aeroshell 33 磨耗率比原本的 Mobilgrease 28 還低；只有完全不潤滑時磨耗明顯升高，最高約 10 倍。事故螺帽裡找不到任何油脂，報告認定原因是潤滑不足。

參考資料

• National Transportation Safety Board（2003；2002-12-30 通過）—— Loss of Control and Impact with Pacific Ocean, Alaska Airlines Flight 261, McDonnell Douglas MD-83, N963AS, About 2.7 Miles North of Anacapa Island, California, January 31, 2000. NTSB/AAR-02/01
• 前面幾牙承擔最多，但沒有人能告訴你是多少
• 標準螺栓為什麼幾乎都是單線牙
• 能不能再用是量出來的，不是數出來的

NTSB 報告全文由本站讀過，頁碼是報告本身的頁碼。適航指令、原廠維修計畫文件與 Douglas 備忘錄經報告轉引，本站沒有讀原文。吋與 mm、lb（磅力）與 kN 的換算，以及文中標示「假設」的算例，是本站算的。「放到一般會磨耗的螺牙配對上」一節是本站的讀法，報告沒有對航空以外的機械下結論。