緊固件計算公式與線上計算器

這一頁收錄 19 項螺絲與扣件的常用計算,從千支重、牙部尺寸到鎖付扭力與硬度換算。 每一節先寫公式,再附一個可以直接輸入的計算器,結果隨輸入即時更新。 算出來的都是估算值,允收與設計以圖面指定的標準為準。

1. 千支重

m = V × ρ ÷ 1000

m 是每千支的質量(kg),V 是單支體積(mm³),ρ 是材質密度(g/cm³)。 1 mm³ × 1 g/cm³ = 0.001 g,所以單支幾克,千支就是幾公斤。 單支體積不知道的話,用下一節的分段估算。

計算結果

—kg

每千支重量

單支重量
— g
總重量
— kg

這是理論重量。鍍層、倒角、退刀槽與尺寸公差都會讓實秤單重偏離,適合報價與備料估算。點數要用秤出來的平均單重,理由在那盒「1000 支」是秤出來的。

2. 螺栓體積分段估算

V = Vhead + Vshank + Vthread

把螺栓拆成頭部、光桿、牙部三段分別算,加起來就是單支體積,再代入上一節。 六角頭 V = 0.866025 × S² × K;圓柱頭 V = π/4 × dk² × k;光桿 V = π/4 × d² × Ls;牙部 V = π/4 × d₂² × Lt。

計算結果

—kg

每千支重量

單支體積 V
— mm³
頭部
— mm³
光桿
— mm³
牙部
— mm³
中徑 d₂
— mm
小徑 d₃
— mm

牙部用中徑,不用應力直徑

原手冊的牙部用應力直徑 ds = (d₂+d₃)/2。這裡預設改用中徑 d₂,理由在手冊第 8 節自己寫的原理: 滾牙是體積不變的擠壓成形,毛坯徑以中徑為基準。滾牙前後體積相同,牙部的體積就等於直徑 d₂ 的圓柱。 用 ds 算,M10 的牙部會少 9%、M3 會少 10%。手冊原式保留在選單裡。

平頭照錐台算,不乘 1/3

原手冊的平頭是「圓柱 × 1/3」,那是從尖端算起的整個圓錐。90° 平頭實際是從牙徑 d 張開到 dk 的錐台, 頂端還有一圈圓柱邊。以 ISO 7046-1 M3(dk 5.5、k 1.65)為例,乘 1/3 得 13.1 mm³,照幾何算是 27.7 mm³,差了一半。 所以選平頭時直接照幾何算,不需要係數。

盤頭仍用係數。以 ISO 7045 M3(dk 5.6、k 2.4)頂緣倒 k/2 圓角的外形算,係數是 0.92;手冊寫的 0.75 會把 M3×10 少算約 9%。 預設填 0.9。拿同樣外形算 M3×10 得 0.867 kg/千支,公開的 ISO 7045 千支重表是 0.876。

倒角、墊圈面、十字槽與退刀槽都沒有算進去。精度要求高時,拿樣品實秤校正係數。

3. 鋼材(型材)理論重量

m = A × L × ρ ÷ 1000

A 是斷面積(mm²),L 是長度(m),ρ 是密度(g/cm³),m 得公斤。銅、鋁型材套用同一式,改密度即可。

計算結果

—kg

重量

每公尺重量
— kg/m
斷面積 A
— mm²
常用線徑每公尺重量(碳鋼,ρ = 7.85)
線徑 (mm)kg/m
5.50.187
6.50.260
80.395
100.617
120.888
141.208
161.578
202.466
253.853

型材製造有允許偏差,這裡是估算。角鋼沒有算圓角,精確值請查該型號的標準斷面積。

4. 幾何體體積

計算結果

—mm³

體積 V

單位一致即可:輸入 mm 得 mm³,輸入 cm 得 cm³。

5. 平面圖形面積

計算結果

—mm²

面積 A

扇形與弓形用標準幾何公式。角度一律以「度」輸入。

6. 螺紋基本尺寸與應力截面積

d₂ = d − 0.64952P  d₃ = d − 1.22687P  H = 0.866025P  As = 0.7854 (d − 0.9382P)²

d₂ 是中徑、d₃ 是外螺紋小徑、H 是 60° 牙型的原始三角形高度。應力截面積 As 也可以寫成 π/4 × [(d₂+d₃)/2]²,兩式結果相同。 As 用在外螺紋的抗拉與保證載荷,和旋合長度無關。保證載荷 Fp = Sp × As,最小拉力載荷 Fm = Rm × As。

計算結果

—mm²

應力截面積 As

中徑 d₂
— mm
小徑 d₃
— mm
原始三角形高 H
— mm
保證載荷 Fp
— kN
最小拉力載荷 Fm
— kN

驗算:M10 × 1.5,As = 0.7854 × (10 − 0.9382 × 1.5)² = 58.0 mm²;10.9 級 Sp = 830 MPa,Fp = 830 × 58.0 = 48.1 kN。

美制(UN)

As = 0.7854 (d − 0.9743 ÷ n)²

計算結果

—mm²

應力截面積 As

As
— in²
大徑
— mm
螺距
— mm

7. 搓(滾)牙前毛坯直徑

dblank ≈ d₂ + Δ = (d − 0.64952P) + Δ

搓牙與滾牙是體積不變的擠壓成形,材料由牙底被擠向牙頂,所以毛坯直徑以中徑 d₂ 為基準,不是大徑或小徑。 修正量 Δ 依材質、模具狀況與公差帶調整,一般在 0 到 +0.04 mm。

計算結果

—mm

毛坯徑建議值

中徑 d₂
— mm
小徑 d₃
— mm

毛坯徑過小,牙頂不飽滿、有效徑偏小;過大,模具負荷大、易爆牙、牙頂起毛邊。ISO、DIN、JIS 都沒有規定毛坯徑;合適的上下限會隨螺紋公差等級(ISO 965-1 的 6g、6h 等)與材質而變,量產前以試作確認。

8. 三角螺紋填充率與底孔孔徑

Dhole = D − 0.6495 × P × %

計算結果

—mm

建議底孔孔徑

常用填充率區間(法國 PSA 集團標準)
被鎖材質下限上限
鋼55%85%
鋁65%100%
鑄鐵60%80%
塑膠50%70%

填充率越高,抽出扭力越大,但攻入扭力同步升高,容易斷牙或滑牙;鋼材一般取 70~75%。

9. 擰緊力矩(鎖付扭力)

T = K × d × F  F = f × Sp × As

T 是扭矩、K 是扭矩係數、d 是公稱直徑、F 是夾緊力。夾緊力通常取保證載荷的 60~75%(預緊係數 f)。d 用 mm、F 用 kN 時,T 直接得 N·m。

計算結果

—N·m

擰緊力矩 T

換算
— lbf·ft
換算
— kgf·cm
目標夾緊力 F
— kN
保證載荷 Fp
— kN
應力截面積 As
— mm²
扭矩係數 K 參考值
表面狀態/處理K備註
素材、無潤滑(乾燥)0.20最常用的預設值
電鍍鋅(乾燥)0.22摩擦較高
電鍍鋅+潤滑/封閉劑0.18—
達克羅/鋅鋁片塗層0.15含潤滑層
磷酸鹽皮膜+油0.15—
上油/一般潤滑0.15—
二硫化鉬 MoS₂0.12低摩擦
不鏽鋼(乾燥)0.28易咬死,建議加潤滑
不鏽鋼+防咬合劑0.18—

驗算:M10 × 1.5、10.9 級、K = 0.20、預緊係數 0.70,As = 58.0 mm²、Fp = 48.1 kN、F = 33.7 kN、T = 0.20 × 10 × 33.7 ≈ 67 N·m。

K 值受表面處理、潤滑、墊圈與被鎖件材質影響,是這條公式最大的誤差來源,可達 ±30%。重要接合應以實測的扭力-夾緊力曲線或轉角法確認。

10. 最小破壞扭矩

MBmin = τB × WP  τB = 0.6 × Rm  WP = π d₃³ ÷ 12

τB 是扭轉強度,一般取抗拉強度的 0.6 倍;WP 是塑性抗扭截面模數。這個試驗規定在 ISO 898-7(DIN EN 20898-7、JIS B 1058), 涵蓋公稱 M1~M10、性能等級 8.8~12.9 的螺栓與螺釘,特別是 M3 以下沒有規定拉力載荷、或長度太短(L < 2.5d)不能做拉力試驗的零件。不適用於止付螺絲。

計算結果

—N·m

最小破壞扭矩

換算
— in·lb
小徑 d₃
— mm
扭轉強度 τB
— MPa
抗扭截面模數 WP
— mm³

美制

Mb = d³ × UTS × 0.165

計算結果

—lb·in

最小破壞扭矩

換算
— N·m

兩式同源:0.165 ≈ (π/12) × 0.63,就是塑性抗扭截面模數乘上扭轉強度比。τB/Rm 依材質與熱處理而異,用在允收判定前,建議先拿實測扭斷值回歸校正。

11. 鉚釘長度

半圓頭鉚釘

鋼製 L = 1.12Σδ + 1.4d  有色金屬 L = Σδ + 1.4d

計算結果

—mm

鉚釘長度 L

厚度檢核 Σδ/d(應 ≤ 5)
—

沉頭鉚釘

A = d₀² ÷ d²  B = h(D² + D·d₀ − 2d₀²) ÷ 3d₀²  L = A·Σδ + B + C

計算結果

—mm

鉚釘長度 L

A
—
B
— mm

算出的 L 往上取最接近的標準長度。C 依鉚釘直徑查所用標準。

12. 螺栓與螺釘通孔

依 ISO 273(DIN EN 20273、JIS B 1001)分精、中、粗三級裝配。精裝配用於要求高精度、高可靠性的場合(航空、汽車、船舶),中等裝配用於一般機械與構件,粗裝配用於要求低的設備。

計算結果

—mm

中等裝配

精裝配
— mm
粗裝配
— mm
通孔直徑 dh(ISO 273),mm
d精裝配中等裝配粗裝配
M1.61.71.82
M22.22.42.6
M2.52.72.93.1
M33.23.43.6
M44.34.54.8
M55.35.55.8
M66.46.67
M88.4910
M1010.51112
M121313.514.5
M141515.516.5
M161717.518.5
M18192021
M20212224
M22232426
M24252628
M27283032
M30313335
M33343638
M36373942
M39404245
M42434548
M45464852
M48505256

13. 硬度換算(鋼材)

輸入維氏硬度 HV,依換算表線性內插出布氏、洛氏與抗拉強度。表上沒有定義的範圍顯示「—」。

計算結果

—HRC

洛氏 C

布氏
— HB
洛氏 B
— HRB
抗拉強度
— MPa
換算表(ISO 18265、ASTM E140 代表值)
HVHBHRCHRBRm (MPa)
8076—41255
10095—56320
120114—67385
140133—76450
160152—84515
180171—89575
200190—93640
220209—96705
24022820.3100770
26024724—835
28026627.1—900
30028529.8—965
32030432.2—1030
34032334.4—1095
36034236.6—1155
38036138.8—1220
40038040.8—1290
42039942.7—1350
44041844.5—1420
46043746.1—1485
480—47.7—1555
500—49.1—1595
520—50.5—1665
540—51.7—1740
560—53—1775
580—54.1—1845
600—55.2—1920
620—56.3—1995
640—57.3—2050
660—58.3—2115
680—59.3—2180
700—60.1—2240
720—61—2290
760—62.5—2400
800—64—2530
840—65.3——
900—67——
940—68——

只適用於非合金鋼、低合金鋼與鑄鋼,而且是近似值;不鏽鋼與有色金屬的換算關係不同。允收判定以圖面指定的硬度法實測為準。

14. 單位換算

長度

計算結果

公尺 m
—
毫米 mm
—
公分 cm
—
公里 km
—
微米 µm
—
英吋 in
—
英呎 ft
—
碼 yd
—
英里 mi
—
海里 nmi
—
台尺
—
台寸
—

重量

計算結果

公斤 kg
—
公克 g
—
毫克 mg
—
公噸 t
—
磅 lb
—
盎司 oz
—
短噸 ton (US)
—
長噸 ton (UK)
—
台斤
—
台兩
—

扭矩

計算結果

牛頓·米 N·m
—
牛頓·公分 N·cm
—
公斤力·米 kgf·m
—
公斤力·公分 kgf·cm
—
磅力·呎 lbf·ft
—
磅力·吋 lbf·in
—
盎司力·吋 ozf·in
—

壓力/強度

計算結果

MPa(N/mm²)
—
Pa
—
kPa
—
bar
—
kgf/mm²
—
kgf/cm²
—
psi
—
ksi
—
標準大氣壓 atm
—

面積

計算結果

平方公尺 m²
—
平方毫米 mm²
—
平方公分 cm²
—
平方公里 km²
—
平方英吋 in²
—
平方英呎 ft²
—
坪
—
公頃 ha
—
英畝 acre
—

體積

計算結果

立方公尺 m³
—
立方公分 cm³
—
立方毫米 mm³
—
公升 L
—
毫升 mL
—
立方英吋 in³
—
立方英呎 ft³
—
美制加侖 gal
—

溫度

計算結果

—°F

華氏

克氏
— K
蘭氏
— °R

15. 常用材質密度

密度 ρ(g/cm³),常用代表值
材質ρ (g/cm³)備註
碳鋼/合金鋼7.85一般螺絲線材(SWRCH、10B21 等)
不鏽鋼 3047.93沃斯田鐵系
不鏽鋼 3167.98沃斯田鐵系
不鏽鋼 410/4207.75麻田散鐵系
不鏽鋼 4307.70肥粒鐵系
鑄鐵7.20—
純銅8.90—
黃銅 C360008.50—
青銅8.80—
純鋁/鋁合金 60612.70—
鋁合金 70752.81—
鈦 TA24.51相當 ASTM Grade 2
鋅7.14—
鎂合金1.80—
尼龍 PA661.14—
POM1.41—

實際值以材質規格書為準。

16. 強度等級機械性質

ISO 898-1(DIN EN ISO 898-1、JIS B 1051);不鏽鋼依 ISO 3506-1(JIS B 1054-1)
強度等級Rm min (MPa)Rp0.2 min (MPa)Sp 保證應力 (MPa)材質
4.6400240225低碳鋼
4.8420340310低碳鋼,冷加工
5.6500300280低碳鋼
5.8520420380低碳鋼,冷加工
6.8600480440中碳鋼
8.8 (≤ M16)800640580中碳鋼,淬火回火
8.8 (> M16)830660600中碳鋼,淬火回火
9.8900720650中碳鋼,淬火回火
10.91040940830合金鋼,淬火回火
12.912201100970合金鋼,淬火回火
A2-70 / A4-70700450450沃斯田鐵不鏽鋼(ISO 3506)
A2-80 / A4-80800600600沃斯田鐵不鏽鋼(ISO 3506)

Sp 用在保證載荷 Fp = Sp × As。

17. 公制普通螺紋基本尺寸

ISO 261(DIN 13-1、JIS B 0205);d₂、d₃、As 以粗牙 P 計算
規格d粗牙 P細牙 Pd₂d₃As (mm²)
M110.25—0.8380.6930.46
M1.21.20.25—1.0380.8930.73
M1.41.40.3—1.2051.0320.98
M1.61.60.35—1.3731.1711.27
M220.4—1.7401.5092.07
M2.52.50.45—2.2081.9483.39
M330.5—2.6752.3875.03
M3.53.50.6—3.1102.7646.78
M440.7—3.5453.1418.78
M550.8—4.4804.01914.18
M6610.755.3504.77320.12
M881.2517.1886.46636.61
M10101.51.259.0268.16057.99
M12121.751.2510.8639.85384.27
M141421.512.70111.546115.44
M161621.514.70113.546156.67
M18182.51.516.37614.933192.47
M20202.51.518.37616.933244.79
M22222.51.520.37618.933303.40
M24243222.05120.319352.50
M27273225.05123.319459.41
M30303.5227.72725.706560.59
M33333.5230.72728.706693.55
M36364333.40231.093816.72
M39394336.40234.093975.75
M42424.5339.07736.4791120.91
M45454.5342.07739.4791306.01
M48485344.75241.8661473.15
M52525348.75245.8661757.84
M56565.5452.42849.2522030.02
M60605.5456.42853.2522362.02
M64646460.10356.6392675.98

細牙欄只列常用值;同一規格可能有多種細牙螺距,以圖面為準。

18. 米制與英制螺紋對照

統一螺紋(UN);1 inch = 25.4 mm,螺距 P = 25.4 ÷ TPI
規格大徑 (in)大徑 (mm)UNC TPIUNF TPIUNC 螺距 (mm)最接近的公制
#00.06001.524—80—M1.6
#10.07301.85464720.397M2
#20.08602.18456640.454M2
#30.09902.51548560.529M2.5
#40.11202.84540480.635M3
#50.12503.17540440.635M3
#60.13803.50532400.794M3.5
#80.16404.16632360.794M4
#100.19004.82624321.058M5
#120.21605.48624281.058M5.5
1/4"0.25006.35020281.270M6
5/16"0.31257.93818241.411M8
3/8"0.37509.52516241.587M10
7/16"0.437511.11214201.814M11
1/2"0.500012.70013201.954M12
9/16"0.562514.28712182.117M14
5/8"0.625015.87511182.309M16
3/4"0.750019.05010162.540M20
7/8"0.875022.2259142.822M22
1"1.000025.4008123.175M24
1-1/8"1.125028.5757123.629M27
1-1/4"1.250031.7507123.629M30
1-3/8"1.375034.9256124.233M36
1-1/2"1.500038.1006124.233M39
英制惠氏螺紋 BSW(BS 84)
規格TPI
1/8"40
3/16"24
1/4"20
5/16"18
3/8"16
7/16"14
1/2"12
9/16"12
5/8"11
3/4"10
7/8"9
1"8

「最接近的公制」只供尺寸概念對照。UN 與公制牙角 60°,BSW 惠氏牙角 55°,彼此不可互換。

參考資料

  • ISO 261,公制螺紋 一般用途(DIN 13-1、JIS B 0205)
  • ISO 273,螺栓與螺釘通孔(DIN EN 20273、JIS B 1001)
  • ISO 898-1,碳鋼與合金鋼緊固件的機械性質(DIN EN ISO 898-1、JIS B 1051)
  • ISO 898-7,螺栓與螺釘的扭轉試驗與最小破壞扭矩,M1~M10(DIN EN 20898-7、JIS B 1058)
  • ISO 3506-1,不鏽鋼緊固件的機械性質(DIN EN ISO 3506-1、JIS B 1054-1)
  • ISO 7045、ISO 7046-1,十字槽盤頭與平頭螺釘(本頁盤頭係數與平頭範例的尺寸;JIS B 1111)
  • ISO 18265,金屬材料 硬度值換算(DIN EN ISO 18265);ASTM E140
  • SAE J1701M,公制緊固件擰緊力矩

公式與係數整理自維勳螺絲的《緊固件計算公式手冊》(2026-09-20)。與手冊不同的兩處(牙部計算直徑、平頭體積)在第 2 節說明。

詢價

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詢價

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