一個小小的螺絲,後面竟然是整個工業的發展縮影!

2021-02-14 鎂鈦鉺

在翻wiha、Wera官網產品線的時候總會看到一字、十字、米字螺絲刀頭(Slotted、Phillips、Pozi),一字Slotted還好理解,可為什麼十字螺絲叫Phillips?米字螺絲叫Pozi?帶著這個好奇,去baidu和wiki,讓我大開腦洞。一個小小的螺絲,後面竟然是整個工業的發展縮影。


螺絲的大概歷史:
我們日常天天都會見到、用到螺絲,可是螺絲是怎麼發明的呢?


螺絲是利用物體的斜面圓形旋轉和摩擦力的物理學和數學原理,循序漸進地緊固器物機件的工具。螺絲是緊固件的通用說法,日常口頭語。


一字Slotted、十字Phillips、米子Pozidriv


主流觀點是阿基米德發現的螺旋物,第一個描述螺旋物的人是希臘科學家阿基米德(287BC-212BC)。阿基米德螺旋是一個裝在木製圓筒裡的巨大螺旋狀物,用來把水從一個水平面提升到另一個水平面,對田地進行灌溉。或許他只是描述了某個已經存在的東西。說不定是古代埃及的能工巧匠們設計了它,以用一坭羅河兩岸的灌溉。阿基米德螺旋物在整個古代社會都用來提水,沒有一個人考慮過將它改為一種固定用件。



428–350 BC、希臘數學家Archytas也描述了螺旋物,1BC的時候,木螺旋壓力機在地中海附近用於壓榨橄欖油和葡萄汁。在歐洲,金屬螺絲作為緊固件在15世紀之前是十分罕見的。


英語有Screwdrivers這個詞是1580年左右,但一直到1800年以後才廣泛使用,這時螺絲緊固件已經商品化。


中世紀時,木匠們使用木或金屬釘子來把家具和木結構的建築物連接起來。16世紀時,制釘工人開始生產帶螺旋線的釘子,這些釘子能夠更牢固地連接東西。那是從這類釘子到螺絲釘所跨出的一小步。18世紀末,螺絲釘作為固定用件已相當普及,因為那時已找到了一種廉價的生產方法。


螺絲起子(旋鑿)在1780年左右出現於倫敦。木匠們發現用螺絲起子旋緊螺釘比用榔頭敲擊,能把東西固定得更好,尤其遇上細紋螺絲釘時更是這樣。

於是螺絲刀和螺絲就這麼出現了。


Job and William Wyatt、Henry Maudslay和Jesse Ramsden(這貌似是個猛人)這四個人完成了最關鍵的推動,極大增進了螺絲緊固件的使用,越來越大的規模化生產、越來越低的單價、標準化進程,在大半個19世紀中不斷發展。


1840年美國發明Turret Lathe轉塔車床,1870年發明自動螺絲機,自動化工具機生產徹底降低了螺絲的成本。低成本刺激更大的螺絲使用。



整個19世紀,螺絲頭最常見的是一字和外六,因為容易生產,雖然Rybczynski 在1860~1890年間申請了一系列螺絲頭專利,但由於成本和難度沒有實現生產。

1908年加拿大P. L. Robertson是第一個做出來內六角螺絲頭實際生產的人。


1935年,Henry F. Phillips生產了流行的十字頭螺絲(PH頭),推動了美國工業生產,包括二戰中的各種車輛、飛機、用品,都用上了十字螺絲。



1940年,螺紋扣形標準化進一步推廣,ISO 公制螺紋標準和統一螺紋標準制定。

1966年,Pozidriv(PZ)米字槽出現。


寫到這裡,螺絲的歷史就大概寫完了,生產需要是發明的核心。


但是文中有幾個有意思的引申,值得額外看看。

Archimedes' screw阿基米德螺旋

「等速螺線」。當一點P沿動射線OP以等速率運動的同時,該射線又以等角速度繞點O旋轉,點P的軌跡稱為「阿基米德螺線」。其首次由阿基米德在著作《論螺線》中給出了定義。


最開始用於從低位取水到高位,時過2300多年,到現在埃及等一些地方仍然在使用這玩意來取水灌溉。


這是在歐洲某博物館門口的藝術品,標準阿基米德螺旋提水。


有意思的是,螺線在自然界也是廣泛存在的,大自然果然是最美的!

在柱面內過柱面上兩點的各種曲線中螺線長度最短,對於紫藤、牽牛花等攀緣植物而言,如何用最少的材料、最低的能耗,使其莖或藤延伸到光照充足的地方是至關重要的。


形成螺線狀的某些物體還有一種物理性質,即像彈簧一樣具有彈性(或伸縮性)。在植物中絲瓜、葫蘆等莖上的擬圓柱螺線狀的觸鬚利用這個性質,能使其牢固地附著其他植物或物體上。即使有外力或風的作用,由於螺線狀觸鬚的伸縮性,使得纖細的觸鬚不易被拉斷,並且當外力(或風)消失後,保證其莖葉又能恢復到原來的位置。



好多硬殼螺類的軟體動物,他們的殼也都是螺旋線的。

Jesse Ramsden


1735~1800,英國人。主要事跡:


dividing engine刻度機,創造了第一臺高質量刻度機,依此在刻度領域的特長,18世紀末刻度機取代了天文象限刻度。


測繪儀器:1785年做出了一個大型經緯儀【七]這是用於的緯度和經度分離測量倫敦(格林尼治)和巴黎以及後來的英國主要的三角剖分。這為後續的工作提供了依據地形測量英國的國家。


望遠鏡:


消色差目鏡以他的名字命名

1791他完成了舒克伯勒望遠鏡,赤道式折射望遠鏡。

他最著名的作品是一個5英尺垂直圈,1789完工,在巴勒莫Giuseppe Piazzi使用這個垂直圈構建了他的行星目錄。


千分尺:第一個在實踐中落實讀角度方法測量距離,在顯微鏡下觀察由測微螺杆移動一個或兩個細絲後,最近的分割線指標的距離。


這段引自中國緊固網。


1920年,傳統的一字槽螺絲已經成為美國工業向大規模生產發展的障礙。當工廠裡有成千上萬的螺絲需要擰緊,螺絲刀對槽的校準時間變得很重要。加上擰緊力矩增加,螺絲刀不可避免地會出現移位現象,從而破壞螺絲以及正需要組裝的零件。


生廠商需要一種經改良的和更高效的螺絲傳動設計。美國俄勒岡州的一位發明家J. P. Thompson 於1933年獲得十字槽螺絲的專利,這種螺絲能夠使螺絲刀自動對位,引導螺絲刀插入螺絲槽。在接下來的六個月時間裡,Thompson 拜訪了很多螺絲生廠商,他們都說生產這種螺絲是不可能的事情,因為衝床製造這種槽會破壞螺絲的頭部。Thompson也認定了他的設計不可行,直到他把他的設計告訴了一個名叫Henry Phillips的朋友,Phillips對這個設計很感興趣,而且出價購買了專利權。


工程師Phillips馬上成立Phillips Screw公司。1934年,他開始再訪之前曾拒絕過Thompson的生產商。他再訪了美國最大的螺絲生產商,位於美國羅德島州普羅維登斯市一家叫American Screw的公司,一位名叫Eugene Clark的新主席接管了該公司。儘管公司的工程師對這個設計有所保留,但Clark還是被它吸引住了。到1936年,在Eugene Clark的協助下,Henry Phillips 對這個設計進行了一些修改,這也讓他擁有了幾個屬於自己的專利權。Eugene Clark說:「我最後告訴公司的領導層,那些仍堅持這個設計不可行的,我願意拿我的養老金和他們打賭。」


行業一直都在呼喊著需要一種經改良的螺絲,因此這種十字槽設計很快就受到美國生廠商的歡迎。美國通用汽車公司迅速在其1937年推出的凱迪拉克(Cadillac)汽車上採用這種設計。到1940年,85%的螺絲生廠商有生產十字槽螺絲的許可證。幾乎整個汽車行業都改用十字槽螺絲,這也證明了這種設計的成功。第二次世界大戰中的戰時用品和車輛都採用這種十字槽設計。


在那時,Henry Philips卻退出了,身體狀況的惡化迫使他於1945年退休,他一直都保持低調作風,於1958年與世長辭。Phillips Screw公司目前位於美國Boston市郊,它一直都處於全球領先地位,為航空和商用等領域的緊固件傳動系統進行設計和發放許可證。

 

後話


用了一整天的時間,把螺絲的歷史翻了翻,卻總覺得意猶未盡,眼前一顆小小的螺絲,背後竟然是2000多年的科技發展以及工業大革命的縮影,就連二戰縱橫戰場的JEEP Willys、M4 Sherman、P51都有PH螺絲不可埋沒的功勞。


螺絲和標準制定是一起發展的,整個19世紀英國貌似都在一邊生產螺絲,一邊制定標準。1940年左右,ISO的螺絲標準就統一了。發達國家一直都對標準的制定十分重視,一邊創造遊戲,一邊制定遊戲規則,讓全世界都玩統一的規矩。中國在這方面真的還有很多路要走要學。


在研究wera螺絲刀時也發現,一個普通的螺絲刀,竟然有如此多的學問,手柄人體工程學,並且分軟硬材料,軟材料可以讓你發力擰螺絲,硬材料可以不黏手快速鬆緊螺絲,手柄頭還有六角形肩部,防止螺絲刀自己滾走。



朋友也說,國產螺絲刀的確不抗用,一樣的材料,可能wera的就是會更好。這是通過不同的熱處理和材料處理工藝得到的不同的硬度和韌度。材料科學真的很有趣。

最後,真心希望國內有工匠精神的廠家多一點,認認真真,從一顆螺絲做起,做好,做精。認真做人,認真做事。

文章來源:什麼值得買/ 明鏡尾旋

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