螺栓的历史...小螺栓大历史

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毫不夸张地说,当下整个世界文明是由螺栓紧固起来的,雷锋同志说过要做一颗螺丝钉,他很有名,其实很多搞过螺栓的人更是如雷贯耳,阿基米德,还有达芬奇。螺栓太普通了,就连很多搞机械的人,也从不知道螺栓的来历。

 

尽管螺线的历史可以追溯到公元前400年,而我们现在看到的螺栓样子是这一百五十年的产物。很多专家在螺栓的起源问题上大有分歧,其中比较权威的论断是Frederick E. Graves在《螺栓和螺母》一书中所论述的:带有螺线的螺栓和螺母结构仅仅可以追溯到公元后15世纪。但是,Graves也不无强调地说:不带螺线的螺栓可以追溯到古罗马时代,在那时螺栓被用来当作门的旋转连接机构,在光溜的螺杆上有个槽,往里塞一个梯形块就锁住了,我想这也算是一种简单的螺栓副吧!Graves还暗示古罗马人发明了最早的螺丝,古罗马的螺丝是用青铜、甚至是银做的,螺线是手工打磨出来的,或者是在光溜溜的螺杆上缠绕上铅丝然后焊接上,当螺纹。哦,这个想法果然聪明啊!古罗马人真的是挺有创造力的。

 

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思考摩擦系数的阿基米德


但是根据螺栓专家Bill Eccles的研究,螺栓的历史可以追溯得更久远。阿基米德(287BC-212BC)发展了螺丝的原理,并且用这种螺栓副来构造了一种提水的装置。可是,有不少迹象都表明,这种能提水装置上的螺栓副源自更古老的埃及文明;古埃及人用木头来做螺栓。但是还有另外一种见解,认为螺栓是古希腊哲学家Archytas在公元前400年左右发明的,Archytas很有名,是柏拉图同时代的人,在西方被认为是机械学的鼻祖,估计地位就和我们国家的鲁班差不多吧。

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哲学家也搞螺栓


随着历史走到了15世纪,Johann Gutenberg用螺丝来紧固他的印刷机构;这在当时引来了不小的轰动,大家纷纷用螺丝来连接钟表,还有武士铠甲的组件。达芬奇当时也没落伍,在他的手稿中设计了好几种制作螺纹的机器。

 

Johann Gutenberg的印刷机也推动了螺栓的发展


螺栓的历史开始的时候朦朦胧胧,但是非常明确的是:第一次工业革命最终把螺栓、螺母在机械世界里最终占下了自己的版图。W.R. Wilbur在其1905年出版的《螺栓和螺母在美国的历史》一书中,明确声称世界上第一台制作螺栓、螺母的机器是由法国人Besson1568年设计投产的,就是这位Besson工程师,后来又在螺栓行业引入了螺纹检测规。1641年,一家英国约克城的公司Hindley,又改进了Besson的设计,自此这种加工螺栓的机器被广泛地在欧洲推广。大西洋另外一侧的美国,有文字记载的螺栓历史现在被放在美国卡耐基博物馆尽管有了螺栓制造机,但是还远远没有像现在这样自动化,还依旧是一个让工人们大汗淋漓的工作。

一开始,螺线是由人手工加工的,可是不久,由于螺栓的需求量猛增,催生了机械加工螺线的创新。在英国,1760年,JW Wyatt兄弟引入了一种批量加工螺线的工艺,这套自动化的工艺改进极大地提高了螺栓的制造,但也带来了巨大的问题:那个时候各家都按照自己的理解生产自己认为好用的螺栓,螺栓尺寸、螺距千奇百怪,搞得螺栓的最终用户大为头痛。

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Joseph Whitworth,英国螺栓标准化第一人

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William Seller,美国螺栓标准化第一人


一直到了1841年,一个叫做Joseph Whitworth的人成功地找到了解决方案;这位老哥从英国各家螺栓厂搞了不少样本做研究,最后他建议在英国标准化螺栓,这样一家的螺栓和另外一家的螺母,用户买了就可以直接用了。同时,他还建议螺纹角度为55度,还为不同直径的螺栓规定了每英寸该有多少扣螺纹。世界上的事情往往就是这样,美国人想出了6s管理,但是在美国没有推开,倒是被日本人先用了。螺栓的标准化也是一样,在英国一开始没有推动,美国最先采纳了螺栓标准化这个建议,并且付诸行动,这就是后发优势吧!螺栓标准化在美国落地生根后,一个叫做William Seller的美国人建议采用60度的螺线,而且这哥们还制定了美国粗牙螺纹和细牙螺纹标准。美国人的标准比英国人的有优势,是因为美国人制定的螺牙标准在底部和顶部是平的,这样一来,就比英国的Whitworth所制定的英国标准更好加工生产。但是,英国人也不是吃素的,英国Whitworth螺牙标准在动设备上,因为其螺牙的底部是圆的,具有更好的疲劳特性。

到了第一次世界大战的时候,由于螺栓标准化在各个国家的不同,可是使得各个联盟的战争国吃尽了苦头,大炮、枪支换个零件这个费劲啊!到了第二次世界大战的时候,这个问题更严重了,英美联军在诺曼底登陆后,发现这个武器上的螺栓不同,真影响互相配合啊!战争结束后,1948年,英国、美国、加拿大为使用英国标准的国家,开辟了第二个标准,统一了螺栓的标准,这个新的统一的标准借鉴了德国于1919年制定的DIN公制标准,既吸取了Whitworth螺牙形式(底部是圆的,有利于疲劳特性),又采纳了美国Sellers的螺牙形式(60度角,顶部是平的)。这就是目前全世界使用ISO公制螺纹的历史。


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