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炉石传说攻略:從事緊固件多年,你知道螺栓的歷史來源嗎?

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  乍一看,螺栓只是將東西連在一起,似乎平凡無奇。但是深究下去,您就會意識到,比起第一印象,看似無足輕重的螺栓和螺絲背后其實隱藏著更多秘密。沒有它們,所有器具和機器都會支離破碎。

  螺栓是建筑和機械設計中最常用的零件之一。它們將各種東西連在一起——從電動牙刷和門鉸鏈中的螺絲,到用來固定建筑物中的混凝土支柱的大量螺栓,林林總總,包羅萬有。但是,您有否曾停下來想過它們實際上來自哪里?


德國《波拉徳火器史》收錄的一篇成稿于1475年的手稿中,詳細記載并繪出了最早的火繩槍,其槍機是用兩顆帶溝槽的螺絲釘固定在槍托上的。之所以使用螺絲釘,是為了應對槍管連續引爆火藥時所產生的震動,使槍機不致因此從槍托上松脫。


  早期的螺絲釘都是通過手工制作的。在制作時,要先鍛造出螺絲釘的釘胚,再用錘子在釘胚上敲出釘頭和圓形的釘身;然后,用鋸子在釘頭上鋸出一道溝槽,再使用一種叫做“板牙”的螺絲鋼板制造螺紋。

  由于制作工序復雜且價格昂貴,早期的螺絲釘是論個賣的,其應用并不廣泛。直到16世紀中葉,它的應用領域也僅限于盔甲、火槍以及鐘表制造等為數不多的行業。

  雖然螺紋的歷史可以追溯到公元前400年,但現代螺栓和螺絲工藝中最重要的發展卻是在過去150年間取得,而專家們對微不足道的螺母和螺栓的起源持有不同看法。Frederick E. Graves在他的文章《螺母與螺栓》 中提出,螺紋栓和配套螺母用作緊固件的歷史只能追溯到15世紀。他依據15世紀早期的一本書中第一次出現以印刷形式記錄的螺絲,得出該結論。

  但是,Graves也承認盡管螺紋栓可以追溯到15世紀,然而沒有螺紋的螺栓卻可以追溯到羅馬時代,當時這些螺栓被用來「閂門,作為開關門的轉軸和楔形螺栓:閂條或螺桿上帶有槽口,可將楔子插入當中,讓螺栓無法移動?!顧貢硎韭蘼砣擻們嗤踔潦且圃斐齙諞桓雎菟?。螺紋為手工挫制,或是先將金屬絲繞在螺桿上,焊接后形成螺紋。

  根據螺栓專家Bill Eccles的研究,螺紋的歷史還要更早些。阿基米德發現了螺旋原理,并用于建造提水的設備。但是,有跡象顯示螺旋抽水機或許誕生于埃及,時間早于阿基米德時期。該設備用木頭建造,被用來灌溉土地以及排出船艙底的污水。Eccles在他的網站上寫道:「但是許多人都認為螺紋在公元前400年前后由〔希臘哲學家〕阿爾希塔斯發明。阿爾希塔斯被稱為力學創始人,與柏拉圖屬于同一時代?!?/span>


阿基米德


  歷史可以分成兩個部分:公元前400年前后,螺紋問世,人們用它來提水、壓榨葡萄汁釀酒等;而緊固件本身的歷史則大概已有400年左右。步入15世紀,古騰堡在他印刷機的緊固件中使用螺絲。接著,使用螺絲的趨勢日漸廣泛,使用范圍更擴大到時鐘和裝甲等物品。據Graves表示,萊奧納多·達·芬奇在15世紀晚期和16世紀早期留下的筆記本中載有一些關于螺紋切削機床的設計。



德國《沃爾夫格城堡中世紀家庭全書》中記錄的世界最早的螺絲切割機。書中繪有螺絲釘連接金屬的圖片,這說明,至少在15世紀時,螺絲釘就已經出現。


  但是關于這個話題,多數研究者都同意的是,工業革命加快了螺母和螺栓的發展,并且使它們成為工程和建筑領域里的重要零部件。

  W.R. Wilbur在1905年出版的《美國螺母和螺栓行業的歷史》中承認,第一臺用來制造螺栓和螺絲的機器由貝松(Besson)于1568年在法國制造,Besson后來引入了螺紋切削牙規或板牙,用于車床中。1641年,英國公司Hindley of York對該設備進行了改進,使之得到廣泛運用。


1579年,雅克?貝松設計的螺絲切割車床。


  在大西洋彼岸的美國,關于螺栓的歷史記錄可在Carriage Museum of America中找到。19世紀初用于車輛上的螺母,要比后來的扁平而方正,后來的螺母都有倒角,螺栓被加工為平頭形狀。在這個時期,生產螺栓是一個繁瑣而又艱苦的過程。

  緊固件的螺紋起初以手工制成,但是沒過多久,由于需求大增,有必要加快生產流程。1760年在英國,J and W Wyatt引入工廠制造流程,大規模生產螺紋。但是,這個重大發展帶來了另一個挑戰:每家公司都生產自己的螺紋、螺母和螺栓,因此市場上充斥著大量不同尺寸的螺紋,給機械制造商帶來不少麻煩。

  直到1841年,約瑟夫·惠特沃斯 成功找到解決方案。經過多年研究及收集許多英國工廠的樣本螺絲,他建議為英國的螺紋尺寸制定一個標準,以便英格蘭廠家生產的螺栓和格拉斯哥廠家生產的螺母可以配在一起使用。他的提議是,螺紋面的角度以55度為標準,每英寸的螺紋扣數應該根據不同的直徑來界定。

  當這個問題在英國得到解決之時,美國人也在想方設法解決同樣的問題,并且開始使用惠氏螺紋。1864年,威廉?塞勒斯 提出了60度的螺紋牙型和多種螺距,可適用于不同的直徑。這后來發展成美國標準的粗牙系列和細牙系列。相比英國標準,美國標準的一個優勢是,他們的螺紋牙型具有扁平的牙底和牙頂。相比擁有圓形牙底和牙頂的惠氏標準,它更容易進行生產。但是,人們發現惠氏螺紋在動態應用方面的性能更出色,而且惠氏螺紋的圓形牙底能改善老化問題。

  第一次世界大戰期間,不同國家的螺紋缺乏統一標準,成為抗戰的一大障礙;第二次世界大戰期間,對盟軍來說,這個問題變得更加嚴重了。1948年,英國、美國和加拿大就統一標準螺紋達成一致,并以此作為所有使用英制單位的國家的標準。該標準使用的牙型與德國于1919年制定的DIN公制螺紋類似,是惠氏螺紋牙型和塞勒斯螺紋的最佳組合。但是,統一標準螺紋的牙底半徑更長,事實證明比DIN公制螺紋牙型更有利。這促成了ISO公制螺紋的產生,亦即今天所有工業化國家廣泛使用的標準。

  最近幾十年,在這個行業工作的人見證了螺栓的許多調整。Eccles回憶說:「我在35年前開始涉足這個行業,當時螺栓的優勢不像今天這么明顯。隨著現代公制類別的引入,以及最近對相關ISO標準的更新,現在關于螺栓優勢的描述和用來確定其特性的測試方法,都更加清晰了?!?/span>

  由于原料工業變得更加發達,螺栓的DNA也從鋼鐵變成了其他更新奇的材料,以滿足日新月異的行業需求。過去20年,鎳基合金領域有所發展。鎳基合金可在高溫環境下工作,比如渦輪增壓器和發動機,而鋼鐵在該環境下的表現則不佳。近期研究專注于輕金屬螺栓,比如鋁、鎂和鈦。




  如今的螺栓技術相比手工制造的螺栓和螺絲,以及客戶只能選擇堿性鋼螺母和螺栓的時代,已有長足發展。今天,很多企業在螺栓技術方面取得了巨大改善,當中包括楔入制鎖系統??突Э裳≡裨ぷ暗男客坎慊蠆恍飧值嬡?、專為平底鋼輪輞設計的車輪螺母或者為不同應用定制的組合螺栓。

  現在,人們也更加強調分析接頭。Eccles 解釋:「過去,人們習慣于只根據自身經驗來決定緊固件的尺寸,然后雙手合十祈禱它的成效。如今,人們更加關注在制造產品和推向市場前,分析和確保產品效能的工作?!?/span>


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