螺钉通常可从四个方面加以定义:头部形式、驱动方式、螺纹切入或啮合方式,以及末端是何种尖端或端部。"六角头螺钉"与"六角驱动螺钉"并非同一种紧固件;而在实际应用中,仅凭相同的六角头区分螺钉与螺栓,已构成足够典型的现场难题,因此 ASME B18.2.1 专门设置了附录加以说明。

本指南涵盖设备制造商和维护团队实际采购的 12 类螺钉与螺栓:六角头、内六角圆柱头(杯头)、沉头、圆头、拇指螺钉、肩部螺钉、自攻螺钉、紧定螺钉、笼式面板螺钉、马车螺栓、十二角以及螺杆/双头螺柱,并按头型、驱动方式、螺纹结构和材料进行分类——详见完整 螺钉与螺栓类目 SKU 完整范围。

按头型分类的螺钉

头部形状决定两个关键因素:螺钉可承受的扭矩,以及其在零件中的安装状态——齐平、凸出或沉入。

六角头螺钉

采用外六角头部,可用扳手或套筒驱动,适用于高扭矩装配。其强度等级从普通低强度商用钢一直覆盖到 8 级和公制 12.9 级,并提供 18-8 不锈钢、黄铜、钛材,甚至陶瓷材质版本,以满足腐蚀性或非导电工况需求。详见 六角头螺钉

六角头螺钉

内六角圆柱头螺钉(杯头螺钉)

又称杯头螺钉,采用内六角(或 Torx)驱动孔和较高的圆柱头结构,在紧凑空间内仍可获得较高夹紧力,是机床与工装夹具装配中的常用标准选择。详见 内六角圆柱头螺钉

内六角圆柱头螺钉(杯头螺钉)

沉头螺钉

其下部为沉头结构,拧紧后可使螺钉与零件表面齐平——凡是凸起头部会干涉配合面的场合,均适用。详见 沉头螺钉

沉头螺钉

圆头螺钉

这是范围最广的一类:盘头、半圆头、纽扣头、槽圆柱头、奶酪头以及单向防拆头均归入其中,各自在头部高度、承压面和外观之间作出不同取舍。参见 圆头螺钉

圆头螺钉

手拧螺钉

这类紧固件以滚花头部取代驱动槽,便于手指直接施力,适用于需要频繁拆装的面板和盖板,此时使用工具反而会降低效率。参见 手拧螺钉

手拧螺钉

肩螺钉

肩螺钉从夹紧意义上说,并不属于普通紧固件。

其无螺纹肩部经精密磨削,可作为销轴、凸轮或连杆的承载表面;下方较短的螺纹端则负责实际的固定作用。参见 肩螺钉

肩螺钉

按驱动方式分类的螺钉

驱动形式是工具实际啮合的位置,其选择与头部形状相互独立。例如,圆头螺钉可根据产品系列配备十字槽、单槽、梅花槽、方槽或组合槽驱动。

  • 十字槽和单槽驱动 仍是通用装配和钣金作业的常用配置。

  • 梅花槽和内六角(套筒)驱动 在电动工具扭矩作用下具有更强的抗滑出性能,因此广泛用于内六角圆柱头及结构连接应用。

  • 方形传动头 在高批量生产拧紧作业中,可实现更稳固的批头啮合。

  • 12点传动头 其头部周向设有12个接触点,而非六角头的6个,因此扳手或套筒只需半个摆角即可定位啮合;这也是它常见于发动机及传动系紧固件等狭小空间高扭矩装配场景的原因。LILY Bearing 的 12点螺钉 在该载荷范围内通常采用合金钢制造。

  • 单向传动头和三槽传动头 只能用标准工具完成安装,不能直接拆卸;这是面向公众设备常用的防拆设计。

十字槽
十字凹槽
一字槽
单槽凹槽
星形传动头
六角低滑牙
方形传动头
方形凹槽
内六角
高扭矩内驱动
12点
外六角双六角

自攻螺钉:自行切制配合螺纹

一颗 自攻螺钉 在拧入过程中即可成形或切制配合螺纹,因此无需另配螺母,也不必预先攻丝。

A型和AB型螺纹的螺距较粗、尖端更锋利,适用于薄板金属和薄壁塑料。

C型专为预钻孔金属应用设计,可切入材料而不会像标准机械螺钉螺纹那样造成过度咬伤。

其工作机理不同于机械螺钉;后者起始时必须依赖预攻丝孔或螺母。二者混用,常会在现场导致螺纹孔滑牙。

自攻螺钉

紧定螺钉:无头设计,专用于锁紧而非夹紧

紧定螺钉 完全没有螺头,整个螺钉本体都位于孔内,拧入后与表面齐平或低于表面;其作用是将轴环、带轮或齿轮锁定在轴上,而不是将两个零件夹紧在一起。

真正起作用的是顶端形式:平头或无损伤顶端可分散载荷,避免已精加工轴表面被压伤;万向顶端可在斜面上自动找正;加长顶端则能够跨越键槽或过大孔径,而标准长度的顶端无法覆盖这些位置。

将顶端形式与轴表面状态相匹配,是选购紧定螺钉时最常见的错误;标准顶端用于硬化抛光轴表面,在振动条件下极易打滑。

紧定螺钉

防脱面板螺钉:设计目的就是不脱落

防脱面板螺钉 即使完全旋出,也仍会固定在面板上;凡是紧固件掉落会带来实际风险的场合,这一特性都十分重要,例如运转中的设备内部、裸露电路板附近或高处作业环境。

满足这类需求的结构形式主要有三种:螺纹式在退出螺纹后仍由弹簧和垫圈组件保持防脱;四分之一转式通过 90° 旋转即可释放,无需完全旋出;压入式则直接压入面板孔中,无需在背面另配螺母。

防脱面板螺钉

马车螺栓与螺纹杆:何时“螺钉”转为“螺栓”

马车螺栓

马车螺栓的头部为光滑圆顶形,其下方紧接一段方颈,可咬入木材或方形冲孔孔位,从而在另一侧拧紧螺母时防止螺栓转动——完全不需要任何驱动槽。见 马车螺栓

马车螺栓

螺纹杆与双头螺柱

螺纹杆与双头螺柱更进一步,直接取消头部:采用全螺纹材料按长度切割,两端配螺母使用;对于永久性的螺柱与零件连接,则可仅在一端使用。

其强度等级与六角头螺钉遵循相同标准——英制规格为 Grade 2 和 Grade 5,公制规格为 8.8 级至 12.9 级。

真正决定工作载荷的,是头部或端部的等级标识,而不是紧固件的外形。见 螺纹杆与双头螺柱

螺纹杆与双头螺柱

螺钉规格的标注方式

英制系列螺钉的标注方式为 先看号规或英制分数规格,再看每英寸牙数,最后看长度 — #8-32 x 1" 表示螺钉直径为 #8 号(0.164 in.),每英寸 32 牙,长度 1 inch。编号号规从 #0 到 #12,之后转为分数英制规格(1/4"、5/16"、3/8" 及以上)。公制螺钉则按 公称直径、螺距,最后是长度(毫米) — M6 x 1.0 x 20 表示直径 6 mm、螺距 1.0 mm、长度 20 mm。

初次选型时最容易混淆的一点,是不同头型的长度测量方式并不相同。沉头螺钉及其他埋头螺钉的长度,按头部顶部起算,因为其头部安装后与表面齐平,并计入安装深度。其余头型——如六角头、内六角头、圆头——则按头部下方至螺钉尖端测量,因为头部外露,不影响螺钉进入材料的有效长度。

沉头螺钉 长度包含头部 例如 #8-32 x 1"
六角头、内六角头、圆头 长度不含头部 例如 M6 x 1.0 x 20

材料与表面处理:按使用环境匹配选型

材料与表面处理共同决定螺钉在载荷与腐蚀环境下的综合表现,而非只看其中一项。

材料

典型用途

权衡

镀锌 / 发黑碳钢

一般室内装配、结构级应用(5、8、8.8–12.9 级)

强度与成本比最高;耐腐蚀性有限

18-8 不锈钢

轻度户外或冲洗环境

通用耐腐蚀性较好;强度低于合金钢

316 / A286 不锈钢

海洋、化学或高温环境

本列表中耐腐蚀性最佳;成本最高

黄铜 / 青铜

适用于电气、装饰性或对电偶腐蚀敏感的组件

无火花、耐腐蚀;但材料较软,承载等级较低

适用于航空航天及对重量极为敏感的设计

强度重量比优异;但材料成本最高

尼龙 / 塑料

用于电气隔离或避免表面压痕的连接

无电偶腐蚀风险;但夹紧载荷要低得多

电偶腐蚀说明:在潮湿环境下,不锈钢螺钉直接旋入铝件,会形成电偶腐蚀,腐蚀的是铝件,而不是螺钉本身。通过采用绝缘垫圈,或选用电位更接近的材料,可有效避免该问题。详见 NASA 的《Fastener Design Manual》,其中对材料与耐腐蚀选型有更为完整的说明。

如何选型:四项核对清单

  1. 载荷路径如何传递? 将两个零件夹紧连接,应选用带头螺钉或螺栓;将部件锁固在轴上,则应选用紧定螺钉。

  2. 该连接的载荷重要性有多高? Grade 5 或 Class 8.8 已可满足大多数通用机械应用;仅在强度不足确实可能导致失效的连接中,才建议选用 Grade 8 或 Class 12.9,因为更高等级的成本更高,且脆性也更大。

  3. 服役环境如何? 室内干燥环境优先考虑镀层钢件;一旦存在潮气、冲洗工况或室外暴露,则应改选 18-8 或 316 不锈钢。

  4. 安装和拆卸的可达性如何? 需要频繁徒手拆装时,宜选用手拧螺钉或四分之一圈防脱螺钉;永久性结构连接则宜选用六角头或内六角头,并匹配相应强度等级。

常见问题

内六角圆柱头螺钉与螺栓是同一种紧固件吗?

按技术定义并不相同,尽管实际使用中这两个术语常被混用。螺钉的设计方式是通过旋转头部,将其拧入内螺纹孔实现紧固;螺栓则是通过旋转螺母,使其沿螺纹拧紧,而螺栓本体通常不随之转动。内六角圆柱头螺钉拧入攻丝孔的场景属于螺钉;而同一紧固件配合螺母穿过间隙孔使用时,则按螺栓的工作方式发挥作用。

不锈钢螺钉的强度会低于碳钢螺钉吗?

会,而且差异是可测量的。标准 18-8 不锈钢的最小抗拉强度约为 70,000 psi,而 Grade 5 钢约为 120,000 psi,低约 40%。也正因如此,在干燥环境中的高载荷结构连接,通常仍会优先采用镀层钢或合金钢,而不是仅因耐腐蚀性就直接选用不锈钢。

同一螺钉能否将十字槽改为梅花槽?

只有在头部几何尺寸完全一致且强度等级不变的情况下才可以。驱动槽型本身不会影响夹紧力,但更换驱动形式通常意味着需要选用不同的 SKU 系列,而不是对现有螺钉进行改型。