扳手上那個數字量的是對邊,而且它是一張表

r/AskEngineers 上有人問了一個很乾淨的問題:套筒起子上寫 5 mm,那是平面到平面、角到角,還是一個平面的邊長?最高票 201 分回「平面到平面」就停了。那是對的,而且大概是標準要講的東西的五分之一。有一則走得比較遠,猜說實際上螺帽量起來大概會小一點。他猜對了,而且那有一個數字;此外還有他沒提到的第二欄,而那一欄比大家以為的更要緊。

是對邊,而標準把它叫做 s M10 的螺帽用 16 mm,那既不是牙徑,也不是任何你能從牙徑算出來的東西。 兩者的比值從小尺寸端的 2,00 一路降到 1,50,而且它不是平順地降下去: 在 M5 跟 M6 之間它會回升。這個系列不管是什麼,它都不是一條公式。

文件是 ISO 4032,六角螺帽,style 1, 涵蓋 M1,6 到 M64,M16 以下是 product grade A,以上是 B。 我們讀了 1979、1999、2012 三個版次,對邊寬那一列三版完全相同, 這件事值得講出來,因為它馬上解決掉一件事: 如果你手上的螺帽配不上 ISO 的扳手,那不是 ISO 改變了主意。

那張表實際給了你什麼

s 對邊寬,公稱=最大s 最小e 對角,最小
M1,63,203,023,41
M24,003,824,32
M2,55,004,825,45
M35,505,326,01
M47,006,787,66
M58,007,788,79
M610,009,7811,05
M813,0012,7314,38
M1016,0015,7317,77
M1218,0017,7320,03
M1624,0023,6726,75
M2030,0029,1632,95
M24363539,55
M30464550,85
M3655,053,860,79

三欄,而那一串的回答只碰到第一欄。這一頁剩下的部分,講的是另外兩欄是幹嘛的。

它推不出來,而證據在 M5 跟 M6 之間

大家在這裡會想抓一條經驗法則,通常是「大約牙徑的一倍半」。 把第一欄除以牙徑,比值是這樣走的:

s ÷ ds ÷ d
M1,6 到 M2,52,00M81,63
M31,83M101,60
M41,75M12 到 M241,50
M51,60M30、M361,53
M61,67

比值從 2,00 往下掉,然後在 M5 跟 M6 之間回升, 後來在 M24 跟 M30 之間又回升一次。一個轉向兩次的量不是被公式生出來的; 而任何用大尺寸端建立起來的經驗法則,在 M5 會往一個方向錯,在 M6 會往另一個方向錯。 這個系列是一張表,因為那些值是有人挑出來的,而查表就是全部的方法。

那條經驗法則比這張表還老,而且我們把它抓到了。 1864 年費城一場會議的紀錄上,有一家廠商的圖面把對邊寬訂在螺栓直徑的一倍半, 而那正是六十度牙形被提出來的同一個晚上。 那個比值活進了現代範圍的中段,在兩端被丟掉了。

這一點值得跟本站在別處講過的「扣件怎麼被叫出來」擺在一起看。 像 Hexagon nut ISO 4032 − M12 − 8 這樣的指定, 寫的是牙與性能等級,一個字都沒提扳手,因為那個標準編號替它扛著。 換掉標準,扳手就可能跟著換,而那跟 一張圖面上混了兩套標註系統 是同一個問題換了件外套。

第二欄,以及標準為什麼要多列它

開口扳手咬的是兩個平面。梅花扳手或套筒是把整個六角包起來, 這就是為什麼標準要把 e,也就是對角寬, 單獨列成一個最小值。它決定的是這顆螺帽夠不夠大,能讓工具照它設計的方式合上去; 而它是兩個數字裡比較大的那個,所以它也是必須讓得過沉頭孔的那一個。

現在做那件標準留給你做的算術。一個完美的正六邊形,對角是 s ÷ cos 30°,也就是 2 除以根號 3, 等於對邊的 1,1547 倍。 拿表上的 e 最小值,除以同一列的 s 最小值,答案不是 1,1547。 是 1,13,而且上面十五列每一列都是 1,13

1,13 × s 最小表上的 e 最小
M61,13 × 9,78 = 11,05111,05
M101,13 × 15,73 = 17,77517,77
M161,13 × 23,67 = 26,74726,75
M241,13 × 35 = 39,5539,55
M361,13 × 53,8 = 60,79460,79

十五列,一個常數,而標準從來沒有把它印出來。 對上幾何上的 1,1547,表列的值少了大約 百分之二點一。 直白地讀,標準是在拒絕承諾你一個完美的尖角:它保證了平面, 然後在對角線上保證得比一個尖銳的六邊形會給的少一點。 它沒有在旁邊印任何理由,所以這個讀法是本站的不是那份文件的, 而這一頁不會告訴你那百分之二點一被什麼拿走了。

而工具上那個數字,是螺帽的最大值

第一欄的欄頭寫的是公稱=最大。M10 那是 16,00, 而同一列的最小值是 15,73。所以一顆完全合格的螺帽, 可以比扳手上那個數字小上四分之一毫米,而這還沒把工具本身的開口公差算進去; 我們手上沒有手工具的尺寸標準,所以這一頁對那一半不給任何數字。

那一串裡猜「實際上螺帽大概會小一點」的那個人,因此是對的, 而且對的理由是結構性的,不是在評論製造品質。 一個以「公稱=最大」形式公布的尺寸,只能往一個方向偏。 累積下來的餘隙真正開始要緊的地方,跟它一向要緊的地方一樣, 在工具與它正在轉動的那個角之間的餘裕,那就是 驅動被什麼框住的一般問題。

那為什麼螺帽有時候配不上你以為的那支扳手

不是因為尺寸動過。對邊寬那一列在我們讀的 1979、1999、2012 三個版次裡是一樣的, 所以配不上不是 ISO 在誰腳下把數字改掉了。

誠實的剩下那個答案是:六角螺帽存在於不只一份產品標準之下, 而不同的標準家族對同一個牙該用多寬,並不是一直都同意的。 本站關於 產品等級到底管了什麼 那一頁,把這個不一致列為「頭卡到沉頭孔」的常見成因之一。 我們手上只有 ISO 的文件,所以這一頁不會出現任何其他標準家族的數字, 而實務上的指示是那個不需要做這個比較的: 把標準編號寫在圖面上,不要只寫牙;並且在替頭部設計任何東西之前, 先照那份標準把對邊寬查出來。

四句可以帶走的

  • 那個數字是對邊,代號 s,M10 的螺帽是 16 mm
  • 它是一張表,不是一條公式。它對牙徑的比值在 M5 跟 M6 之間轉向,所以沒有任何經驗法則能撐完整個範圍
  • 對角是另外列出來的一個最小值,而它是對邊最小值的 1,13 倍,不是尖銳六邊形會給的 1,1547 倍
  • 工具上那個數字是螺帽的最大值。M10 的螺帽可以合法地只有 15,73

最後那條規則比這張公制表還老。 1928 年的一份美國報告寫著同一件事, 而且給了理由:螺帽公差只往負,扳手開口公差只往正。

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

5 mm 的套筒起子,指的是對邊 5 mm 還是對角 5 mm?

對邊。標準把那個尺寸叫做 s,並且以「公稱等於最大」的形式公布,所以一顆合格的螺帽可以量起來比工具上那個數字略小。對角是同一張表裡另一個尺寸,叫 e,以最小值公布,而且它是兩者中比較大的那個。

M10 的螺帽要用幾號扳手?

依 ISO 4032 是 16 mm。這個值在我們讀的 1979、1999、2012 三個版次裡完全相同。注意它推不出來:同一張表給 M5 是 8 mm、M6 是 10、M8 是 13、M12 是 18、M16 是 24。

牙徑跟扳手尺寸之間有公式嗎?

沒有,而且那張表是把公式排除掉,不只是剛好沒有。用對邊寬除以牙徑,最小的幾個尺寸是 2,00,M5 是 1,60,接著 M6 回到 1,67,然後經過 1,63、1,60 降到 M12 至 M24 的 1,50,再到 M30 回升到 1,53。一個轉向兩次的比值不是被公式生出來的,所以那些值只能查。

標準為什麼要把對角另外列出來?

因為開口扳手咬的是兩個平面,而梅花扳手或套筒必須把整個六角包起來;也因為要讓得過沉頭孔的是那幾個角。那個值以最小值 e 給出,而且它不是單純的三角學結果:我們檢查過的每一列,e 最小都等於 1,13 乘 s 最小,而一個尖銳的正六邊形會給 1,1547 倍。標準沒有替這個差別印出任何理由。

螺帽可以比工具上印的扳手尺寸小嗎?

可以,而且是合法的。對邊寬是以「公稱等於最大」公布的,所以它只能往下偏。M10 的公稱是 16,00,最小是 15,73,光是螺帽這一邊就有 0,27 mm 的區間,而這還沒把工具開口的公差算進去。

我的螺帽配不上 ISO 表上寫的扳手,是怎麼回事?

不是改版:對邊寬那一列在 1979、1999、2012 三個版次裡沒有變過。六角螺帽存在於不只一份產品標準之下,而不同的家族對同一個牙該用多寬並不是一直都同意,這是「頭或螺帽卡到沉頭孔」的常見成因之一。可靠的做法是把標準編號寫在圖面上,而不是只寫牙,並且照那份標準把寬度讀出來。

參考資料

ISO 4032 讀了三個版次的公開預覽:1979、1999、2012;上面的尺寸出自 1999 年版的表,而對邊寬那一列與另外兩版核對過。「對角最小值等於對邊最小值的 1,13 倍」這條關係,是本站在兩個印出來的欄位之間做的算術,不是標準裡的句子;而標準沒有解釋那個值為什麼低於幾何上的 1,1547,所以這裡提出的讀法是本站的。M36 以上的尺寸沒有納入那項驗證,因為那幾個尺寸我們讀得到對角最小值卻讀不到對邊最小值,也因此沒有引用。本頁不出現任何非 ISO 標準家族的尺寸:我們手上只有 ISO 的文件,而「不同家族對對邊寬曾經不一致」這件事,也是因為這個理由才不帶數字地陳述。本頁不給扳手或套筒開口的公差,因為沒有為這一頁讀過任何手工具尺寸標準。至於十二角工具實際接觸到六角的哪一部分,本頁不做這個宣稱,因為沒有來源。

詢價

螺帽或六角頭如果要塞進某個東西裡,請把標準編號一起送過來,不要只給牙; 並且說明是套筒要繞過它,還是只有開口扳手咬平面。 那是兩種不同的餘隙,而那張表的第二欄,是大家通常很晚才知道的那一欄。

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