同一支螺栓鎖二十次：原裝的預力從 22.8 kN 掉到 15.7 kN，上了機油的反而多兩成

2007 年的那個問題

提問寫在 2007 年 11 月 21 日的 Yahoo!知恵袋：「ナットの寿命はあるのでしょうか」（螺帽有壽命嗎）。 發問者要買新的輪胎與輪圈，手上的貫通式輪圈螺帽用了大約六年，想知道該不該一起換，或是不是每隔幾年就要換一次。

四則回答分成兩派。最佳解答說有壽命，而且和鎖緊次數成正比，只是一台車到報廢換胎的次數不多，實際上可以不管； 它還提醒，換了輪圈就要看輪圈與螺帽的錐面是否吻合。另外三則說輪圈螺帽是半永久件， 沒有咬傷、過扭、生鏽或裂紋就不用換，其中一則建議拆裝時噴一點潤滑劑。

四則回答都沒有拿出量測數據。2024 年匈牙利布達佩斯科技經濟大學的 Talal Alsardia 做了一組實驗， 論文開頭就舉輪圈螺栓為例：只算換季，五年就是 10 次鎖放。下面是他量到的東西，以及他沒量到的東西。

實驗怎麼做

螺栓是從五金行買的、論文自己說是「最便宜的那種」，螺栓與螺帽出自同一盒，製造商、材料規格、批號都不明。 作者刻意這樣選：維修時有時用的就是這種材料規格不明的市售螺栓，論文要研究的正是這種情況。

有一點容易漏看：每一組的潤滑只在第一次鎖之前做一次，之後 19 次都不再補。 所以「上機油」這組量的是「上過一次油的螺栓被反覆使用」，不是「每次都上油」。

20 N·m 對這支螺栓不算輕。原裝組第一次平均 22.83 kN，用論文另一篇表 1 的 10.9 級保證應力 830 MPa 乘 M8 粗牙的標準應力截面積 36.6 mm²（這個值不在兩篇論文裡），保證載荷約 30.4 kN，22.83 kN 大約是它的 75%（本站換算）。

第一次就差 1.8 倍

還沒開始反覆，同一個扭力在四種表面上給出的預力已經不同。最高的二硫化鉬 23.71 kN，最低的脫脂乾燥 12.95 kN， 相差 1.8 倍。

K 是 T = K·F·D 裡的那個係數，把所有摩擦打包成一個數字，由實測預力反推。 理論值是作者假設一組摩擦係數算出來的，四組裡只有上機油那組對得上。 原裝這組的實測預力比理論高五成，K 只有 0.110，跟二硫化鉬差不多。 作者的推測是黑色螺栓出廠時可能帶著一層防鏽油；這只是推測，論文沒有分析那層油。 本站另一頁讀過的 ISO 8992 寫著，未另行約定時緊固件以「清潔、上薄油」的狀態交貨 （出廠時是上了薄油的）。

這裡有一個反直覺的地方：上了機油的那組，第一次的預力比原裝低了 5.125 kN（Dunnett 檢定 p<0.001）。 「上油會讓同扭力下預力變高」只在和乾燥面比的時候成立；和可能本來就帶防鏽油的原裝件比，加上機油反而讓它變低。 比較的基準是什麼，決定了答案的正負。

二十次之後，四條線往不同方向走

作者把平均值的走勢描述成雙線性：一段斜率接一段斜率，原裝與上機油兩組的轉折點都在第五次前後。 原裝前五次的變化在零附近擺動，第五次以後才開始掉；上機油反過來，前五次往上爬，之後停在比第一次高約兩成的位置。

排名也換了好幾次。第 2 次由高到低是原裝、二硫化鉬、上機油、乾燥；第 3 次起上機油超過二硫化鉬； 最後的順序是上機油、原裝、二硫化鉬、乾燥，一直維持到第 20 次。 到第 20 次，上機油比原裝高 2.620 kN（p=0.0143），從第一次落後 5 kN 變成領先。

第一次最高的二硫化鉬，二十次後掉了 44.7%，反覆鎖放時的離散明顯，K 值範圍也寬。作者認為可能和粉末在摩擦面上滾動有關， 但沒有做表面分析去確認。統計上，潤滑狀態、次數、以及兩者的交互作用三項都顯著（雙因子混合 ANOVA，p<2×10⁻¹⁶）， 交互作用顯著的意思就是：次數的影響方向隨潤滑狀態而變。

為什麼方向會相反

扭力大部分被兩個摩擦面吃掉：螺帽座面，以及螺牙的牙側。這篇論文的引言引用的分配是只有 10%–20% 的扭力變成預力。 所以這兩個面的狀態每變一點，同一個扭力換到的預力就跟著變，而每一次鎖放都在改變這兩個面。

同一位作者與 László Lovas 的另一篇（JJMIE，2024）用相似的配置（虎鉗夾螺栓頭、墊圈式力感測器；扭力扳手型號與精度不同）做了 M6、M8、M10 三種尺寸、鍍鋅與黑染兩種表面、 四種潤滑、每支四次鎖放，再用田口 L32 做變異分析。K 值的變異裡，潤滑狀態一項就佔 54%–79%（M8 54.44%、M10 67.97%、M6 78.79%），四次之內的次數只佔 1.9%–3.8%。

他們也量了 M6 螺帽座面的粗糙度。鎖放四次後，乾燥那組的 Sa 從新品的 41 µm 變成 54 µm， 上油那組變成 29.5 µm：乾燥面被刮粗，上油的面被磨平。Sa 數十微米對一個螺帽座面偏大，本站猜可能和量測面積有關， 所以這裡只取方向，不取數值。

第一篇只有黑色螺栓，所以第二篇的鍍鋅件值得單獨看。下表是那篇 M8 的 K 值，第 1 次與第 4 次； 扭力不變時預力和 K 成反比，最右欄由本站換算。

鍍鋅原裝件只鎖四次，同扭力下的預力就少了約三成；上過機油的鍍鋅件幾乎沒動。 表裡少了三格，原因寫在本頁最後一節。另外要注意，這篇的鍍鋅件是 8.8 級、黑染件是 10.9 級， 「表面處理」和強度等級是綁在一起的，不能把差異全算在鍍層頭上。

和「拆下來的螺絲可以再用嗎」那一頁的關係

本站的拆下來的螺絲可以再用嗎把這件事拆成三個問題：螺絲本身變了沒、螺紋還是不是原來那條、摩擦變了沒。 那頁寫到第三題時說，第二次用同一個扭力，預力可能比第一次高也可能比較低，方向難以預測。

這兩篇論文在 M8 上給了那句話數字：方向確實可以往兩邊走，而且隨潤滑狀態而不同。 同一盒的新品分成幾組，原裝那組二十次後少了三成，第一次前上過數滴機油的那組多了兩成。這沒有讓那頁的結論過時。 如果你不知道手上那個接頭是哪一種潤滑狀態、出廠帶了什麼油，方向對你而言仍然是未知的； 這一頁能補的是量級：在這組實驗裡，二十次後原裝少 31%、二硫化鉬少 45%，差到三到四成。

實際怎麼做

下面是給要決定「這顆能不能照原扭力再鎖一次」的人的判斷順序。這是本站依兩篇論文整理的做法，論文本身沒有驗證這個順序。

1. 先看規範有沒有寫。 車廠或設備商規定拆下就換新、或規定了更換週期，照規定；論文作者在結論也說，這份數據支持「拆下的螺栓、墊圈、螺帽不再使用」的工程慣例， 因為多數潤滑狀態下第一次的預力最高。
2. 問這個接頭的預力有沒有被算過。 如果設計上靠的是某個預力（受振動、受疲勞、靠摩擦傳力），這組實驗裡二十次後少三成的量級，可能讓它落到設計值以下，本站建議換新件。 如果它只是把東西固定住、沒人算過夾緊力，本站建議先看螺紋與座面有沒有損傷。論文沒有量任何實際接頭的設計預力或裕度。
3. 不要自己替規定乾燥的接頭加油。 上機油那組最穩定，很容易讀成「上油就好」。但扭力值是在某個摩擦狀態下定的， 輪栓就是典型：本站另一頁查到的幾家車廠規定輪栓螺紋保持乾燥（見一個扭力數字，背後假設了一組摩擦條件）。 這篇的機油組第一次比原裝低、二十次後比原裝高，換成你的螺栓會往哪邊偏，事先不知道。
4. 如果規範本身就要求上油，把油上在規定的位置，而且每次一樣。 這篇的機油組只上過一次就穩定在第五次之後的水準；作者在引言轉述 Morgan 與 Henshall 1996 年的重車輪栓研究， 也說以機油重新潤滑後預力會穩定（本站未讀該篇原文）。
5. 鍍鋅件反覆拆裝要留意。 上表那組 M8 鍍鋅原裝件四次就少了約三成；這只是一組 8.8 級 M8 的數據，不是所有鍍鋅件的通則。經常拆裝又靠預力的位置，本站建議記錄拆裝次數，或把扭力管理換成更直接反映預力的方法。
6. 需要確定時，量一次。 K 值會隨潤滑與次數變，要知道「這一盒、這個狀態、第幾次」的預力，可以照 ISO 16047 那種方式實測； 量螺栓伸長能更直接估計預力，轉角法則仍受貼合點判定與摩擦影響（扭矩鎖到規定值，夾緊力卻不一定對）。

回到知恵袋那個問題。五年換季十次落在這組實驗的範圍內，但論文沒有測輪圈螺帽：知恵袋那則提到的是錐面座， 而這篇是 M8、20 N·m、平墊圈。這組數據能說的是，在這一盒 M8、這四種處理下，同扭力下的預力會隨次數漂移， 不能說明一顆用了六年的輪圈螺帽該不該換；那要回到車廠規定，以及螺紋和錐面有沒有損傷。

這一頁不能下的結論

這是一盒來歷不明的 M8 黑色螺栓、每組 20 支、單一操作者、扭力扳手精度 ±4% 的實驗室結果， 不能推到其他尺寸、其他品牌、其他鍍層，也不能換算成任何零件的更換次數或年限。 「上機油那組二十次後多兩成」不是上油的建議，它的第一次預力比原裝低。 「出廠可能帶防鏽油」是作者的推測。最佳解答說的「每次鎖緊螺栓都會伸長」，論文沒有量螺栓的永久伸長，本站不替它背書也不否定。 兩篇論文可能有資料重疊：原裝組第一次的 K（0.110）和第二篇 M8 黑染原裝第 1 次（0.11013）幾乎相同，論文沒有交代，所以本站不把它們當成兩份獨立證據。 第二篇有兩格本站不採用：M8 黑染原裝第 4 次的 K 0.066 換算成 37.9 kN，高於本站以 36.6 mm² 估算的保證載荷約 30 kN，也和第一篇「前五次在原值附近」矛盾； M8 鍍鋅二硫化鉬第 1 次換算成 31.6 kN，高於同法估算的 8.8 級 M8 保證載荷約 22 kN。這兩格可能有資料、標示或試驗狀態的問題，確認前不採用。 另一格（黑染二硫化鉬）數字本身沒有矛盾，但為了讓表只放兩種潤滑都齊全的比較，沒有列入。 這個試驗只量每次剛鎖緊時的預力，沒有量服役後的鬆弛、振動鬆脫或疲勞；潤滑只在第一次前處理，結果不代表每次重新潤滑。粗糙度只量了 M6 螺帽座面。

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

同一支螺栓重複鎖，預力一定會變低嗎？

不一定。Alsardia 2024 年把 M8 螺栓以 20 N·m 各鎖放 20 次：原裝狀態從 22.8 kN 降到 15.7 kN（約 −31%），二硫化鉬降 44.7%，脫脂乾燥降約 21%，但只上過一次機油的那組從 17.7 kN 升到 21.4 kN（約 +21%）。次數、潤滑狀態與交互作用都顯著，走向因潤滑狀態而異。這是一盒 M8 的結果。

反覆鎖放幾次以後預力開始掉？

在這組實驗裡，原裝與上機油兩組的轉折點都在第五次前後：原裝前五次在原值附近擺動，之後下滑；上機油前五次上升，之後持平。這只是一盒 M8 的結果，不是通用的次數門檻。

為了讓預力穩定，可以在螺紋上加油嗎？

要看規範。扭力值是在某個摩擦狀態下定的，規定乾燥的接頭（例如車廠規定乾燥的輪栓）加了油，同扭力下的預力會偏離設計值。這篇實驗的機油組第一次比原裝低 5 kN、二十次後比原裝高 2.6 kN，加油不是單向的補償。

鍍鋅螺栓反覆拆裝有什麼不同？

Alsardia 與 Lovas 2024 年的 M8 數據裡，鍍鋅原裝件鎖放四次後 K 從 0.162 升到 0.225，換算同扭力下預力少約 28%；上過機油的鍍鋅件幾乎沒變。該研究的鍍鋅件是 8.8 級，與黑染的 10.9 級不同，差異不能全歸給鍍層。

參考資料

• Alsardia, T.（2024）—— Bolt Preload Variations During Repeated Tightenings，Acta Polytechnica Hungarica 21(2):133–150
• Alsardia, T., Lovas, L.（2024）—— Investigation of the Effect of the Surface Treatment and Lubrication During Repeated Tightening on the Nut Coefficient of a Bolted Joint Using the Taguchi Method，Jordan Journal of Mechanical and Industrial Engineering 18(1):131–144
• Yahoo!知恵袋（2007-11-21）—— ナットの寿命はあるのでしょうか
• ISO 16047 Fasteners — Torque/clamp force testing（兩篇論文採用的試驗方法；本站未讀標準原文）
• 拆下來的螺絲可以再用嗎：這其實是三個問題
• 一個扭力數字，背後假設了一組摩擦條件

兩篇論文全文由本站讀過，試驗條件、預力、K 值、檢定結果與貢獻率照原文表格。變化率中的 −21%、+21%，鍍鋅表的預力變化，保證載荷約 30.4 kN 與 75% 的比例為本站計算（應力截面積 36.6 mm² 不在兩篇論文內）。「實際怎麼做」的判斷順序是本站整理的建議，論文沒有驗證。Morgan 與 Henshall 1996 年的輪栓研究為論文轉述，本站未讀原文。