緊固件使用中為何使用鎖固式螺帽?

　　在附屬物件上的預置應力就是將一個接合件緊固住的動力。只要預置應力大于作用在接合件上的動力(操作荷載)，接合件就會緊密貼合不鬆動。若此預置應力不足且/或作用在接合件上的動力變成以週期迴圈的方式作動且/或大于預置應力(即使這只是暫時的)，震動就會導致接合件鬆脫，使零件解體。這塬理聽起來很簡單，但背后隱藏的事實會改變這個塬理。雖然以正確的方式緊固標準螺帽時會有作用，但有關實際衝擊到接合件的動力，這方面的認識還不夠完全與精確。此外，影響到接合件的外在因素(例如以時速100公里撞到路邊的坑洞)可能無法預見。

　　在接合件上使用鎖固式螺帽，這種做法一直以來都是一種萬無一失的雙重保障，它是一套新增的安全措施，無論你是否需要它，都有點做過頭的方式。但在某些案例中，鎖固式螺帽是真正有好處的。接合件藉由壓縮力把零件往內拉并抵抗任何試圖拆散零件的力量，而得以接合在一起。但有些配件擁有可壓縮的部分(瑪蒂脂、木頭、塑膠、衣料等等)，或者這個組裝件有一個零件必須要轉動。這些接合件無法透過緊固的動作來產生預置應力生成時所需的張力和拉伸力，但仍需保有附件的安全性。其中一例，就是接合件中有一個零件很易脆(例如易碎的塑膠或玻璃等等)。另一個例子是，玩具和小型電器等等擁有較軟螺栓的低荷載接合件(用來節省成本，因為不需用到較硬的接合件)會要求其安全性，以確保將零件接合在一起，但接合力道又不能超過扣件的低拉伸力/張力。終極的安全方案誰還會需要用到鎖固式螺帽這兩個例子都是鎖固式元件可以發揮作用之處。

　　雖然鎖固式元件可以用在外螺紋扣件上，但這僅限于特定用途，例如當內部元件(鍛造螺帽或內攻的孔洞等等)不能轉動時，或者當螺栓(止動螺栓或是作為一個設限的裝置來使用)處于固定位置時的狀況。汽車的安全帶螺栓就是一個例子。

　　為了在螺紋零件上獲得一些抗力和鎖固力，常見的做法是使用塑膠元件或應用化學物質(黏著劑)。我們可以取得某些變異的螺紋(例如叁角牙螺紋)以增加預置扭矩，但這除了很花錢之外，會產生安裝上的問題且也不是隨處可得。工廠的損失和誤用也是螺栓緊固式元件不那么令人偏好的塬因。此外，因為直接暴露在外(零件未受保護)對鎖固式組件的損傷會降低應用時的效度。這些解答都有各自的問題和顧慮，就如同以下提到的螺帽的問題.

　　首先，先談談定義。「鎖固式元件」這個詞常和「預置扭力」搞混。鎖固式組件是被設計來在安裝的位置上抵抗螺帽的空轉。預置扭力則是在未安裝的位置，同樣防止空轉。許多採用預置應力的「鎖固式螺帽」是屬于鎖固式組件，但并非所有的鎖固式螺帽都可以抗預置扭力。

　　我們來看看市面上有哪些類型，以及它們的運作方式。很久以前，接合件是使用槽形螺帽以及鎖線來緊固的，將鎖線穿過孔洞和槽形的溝槽。有時開口銷仍會像這樣使用。但缺點就是，不管緊固的程度高或低都很難控制扭力，因為溝槽必須對齊。將接合件鎖緊，使洞口對齊后，錯位的程度可能高達六分之一轉(也就是一個螺帽面)。此外，也常常可能少裝了線材或插銷，或者它們可能會掉出來。鎖線有時仍會出現在飛機的接合件中，但我認為，這大都是為了確保有人已經檢查過了接合件。

　　其他還包括非對稱的螺帽，它仍可以在市面上取得，但如今已很少使用。這種螺帽可能會擁有偏心孔或重心偏向某側的本體。此螺帽本體的材料被挖空，在緊固作業中，螺帽就會以偏心的方式旋轉鎖緊。在安裝時，這種偏心的動作會使螺帽試圖傾斜并緊緊頂住耦合物件的表面以及螺帽面。

　　這支螺帽會往「鎖緊」的方向持續空轉，直到達到緊固的位置點為止。此外，一旦在鋸齒咬入耦合的表面時鎖固住。這種表面的材質必須比螺帽還要軟，才能讓鋸齒咬住。用戶要把鋸齒放到耦合面上時，必須讓鋸齒在鎖緊的方向上能輕易地滑過耦合的表面，且讓鋸齒在鬆開的方向上擁有抗力以防止被移除掉。在此種方式下，零件會毀損工件的表面，造成部分區域出現腐蝕或不美觀的問題。這種螺帽同樣也是比較弱的方案且優點很少。

　　業界一直有意針對60度標準螺紋的樣式進行改良，它其中一個側面的螺紋角度不同于另一面(或者螺紋的頂部呈現突起狀，或頂部有斜坡狀的突起)。這讓零件可以鎖緊，但不會在緊固作業的時候卡住螺紋。另一種螺紋的改造靈感是在螺帽的母胚上生成一個叁角孔，然后用一般的攻具攻入叁角孔。安裝到螺栓上時，它們就會沿著螺栓的長度形成預置扭力。它們作用在螺栓整個長度上的任何一處。這個概念就像叁角螺紋的螺帽，但與其他方案相較之下，會受限于成本、混料 (摻雜到標準件)、以及可取得性。多數可取得且經過螺紋改造的螺帽都有專利權，且需要獲取證照才能製造。最后一種就是全金屬的鎖固式螺帽，它是一種偏移式或膨脹式螺帽。這種螺帽也可以空轉鬆開，看起來就像一個頂部呈現錐形的標準螺帽。它的錐體會有多處裂口，裂口會在緊固作業中鎖入螺紋中。

　　螺帽底部的膨脹會使較細的頂部向內往螺紋的方向彎折，然后緊緊地卡住螺紋。這種螺帽有不規則的扭力特性，且因為溝槽緣故塬料使用減少，產品的強度就已經減弱。在手難以觸及的狹窄環境中，高度也是一個考慮的因素。以上這些鎖固式零件全都有相同的基本性質，包括好的與壞的。在冗長的工序中，摩擦力和零件上的塵土會干擾安裝作業，但可以空轉的鎖固式零件就可以輕鬆地鎖緊且遇到長工序也不會發生問題。但只要出現任何會降低預置荷載的動作，這種鎖固式零件就可能會鬆脫。一個力量大的衝程就會降低預置荷載，然后螺帽就會開始后煺。

　　這種螺帽是「單一面的」，也就是說，鎖固的特性是發生在單一面，所以螺帽必須以正確的方向(上下)來安裝。由于是全金屬材質，所以它適用于高溫。最后一點，當今各種處理腐蝕和外觀美感的表面處理作業所伴隨的問題(包括成本、庫存、混料、可取得性)會促成此種螺帽的各種用途(但不包括特殊的案例)。

　　現今最常見的鎖固式螺帽是全金屬預置扭力式螺帽。它的外型就是基本標準的螺帽，它的元件上方表面會經過壓接(crimped)以產生阻力，在螺帽頂部的螺紋接觸到耦合的外螺紋時發生作用。未變形的前導螺紋會輔助安裝作業。壓接的方式、壓接的次數和確切的位置都是屬于專利。雖然作用的方式都雷同(而且都符合同一產業的規格)，但主要的不同之處似乎是廣告宣傳的方式。目前市面上有的包括側面壓接式的零件(常見到上方的表面距離間隔180度遠)、頂部錐面壓接式的零件(其兩叁處有不同次數的壓接)、上半部經過壓接變形的錐體壓接式零件。

　　有鑒于這些款式會受到擺放方向的影響，中心沖接式零件就被發明出來了。這讓任一個單一面的安裝化為可能，也成為自動化緊固作業中很受用的組件。這些預置扭力式螺帽通常都可重復使用。雖然它們常被重復安裝且可發揮作用到某種程度，但多數較關鍵的用途會要求汰換使用新的螺帽。從第一次使用開始，后續每一次重復使用，扭力就會降低。除了低成本的好處之外，它主要的優點是能在高溫環境中維持有效的鎖固效果。

　　由于它擁有的預置扭力特性，會因為重復的使用和冗長工序而遺失預置的保持力，所以通則就是不要把它用在直徑比螺帽大2倍半以上的螺栓上。使用全金屬預置扭力式鎖固螺帽的好處，就是即使螺帽有稍微鬆脫，但預置扭力的特性會防止螺帽被完全取下，避免接合失效，這個的前提是操作者有注意到震動、鬆脫程度且/或噪音的增加，或注意到鬆脫接合件的狀態。