關于作者：鐘元，2011年出版書籍《面向制造和裝配的産品設計指南》（DFMA）。2020年即将出版《面向成本的産品設計：降本設計之道》（DFC）。關注頭條号或微信号“降本設計”，獲取更多原創産品設計知識和理念！“降本設計”專注于面向制造和裝配的産品設計(DFMA)、面向成本的産品設計(DFC)等産品設計知識和理念分享，幫助工程師成長和提高技能，幫助企業降低産品成本。

螺釘緊固是一種最常用、最古老和最被人熟知的緊固工藝，其緊固一般不受被緊固件的材料限制。

對于大多數工程師來說，可能在選擇緊固工藝時，第一個想到的就是螺釘緊固。而在進行螺釘緊固的相關設計時，例如與螺釘配合處的螺釘孔大小，也想當然的認為這是一件很簡單的事情，随意設計螺釘孔的大小，其後果包括：

• 被緊固零件裝配之後相對位置精度差；
• 當緊固零件結構複雜、螺釘數量比較多時，經常發現螺釘與螺釘孔對不齊，造成無法鎖緊；
• 當螺釘緊固多個零件時，多個零件的螺釘孔無法對齊，造成無法鎖緊。

本篇文章将針對以上三點舉例說明螺釘孔的設計。

一些小的零部件，常常隻需要用一個螺釘緊固。

如果螺釘是M3，那麼螺釘孔孔徑應該怎麼設計？

• 孔徑為3.0mm
• 孔徑為3.2mm
• 孔徑為3.5mm

其實這是一個坑。

無論選擇哪一種孔徑，在組裝時都會造成間隙不均勻，左邊間隙小，右邊間隙大，兩個被緊固件之間的相對位置精度差。

當然，孔徑為3mm，比孔徑為3.2mm或3.5mm時的相對位置精度更好一些。

這是因為：隻鎖一顆螺釘時，被緊固零件沒有完全定位，在擰緊螺釘過程中，會使得零件轉動。

正确的做法是什麼呢？除了把孔徑設計為3mm，還需要增加定位特征；

定位特征的方法有兩種，第1鐘是在被緊固零件之間局部增加肋，使得兩個被緊固件之間的間隙縮小為0.1mm左右。

第2個方法是增加一個定位孔與定位柱的配合。

定位柱的直徑為2.4mm，定位孔為2.5mm，二者間隙為0.1mm。

定位柱和定位孔與螺釘的距離越大越好。

這是一個筆記本的LCD及其支架的螺釘孔設計，使用M2螺釘。兩個螺釘孔的外徑均為2.2mm，這種設計對嗎？

M2螺絲，孔徑用2.2mm，根們前面的讨論, 顯然是錯誤的。

因為孔太大, LCD 與 支架組裝後相對位置精度低, 結果有的外殼蓋不到位, 美工溝變大, 造成外觀問題。

正确的設計如下圖。

第一孔叫做基準， 基準孔要越小越好。對于 M2螺絲，孔徑設計為2mm。不用擔心孔徑太小有問題, M2螺絲外徑約為1.92mm。

第二孔叫做長圓孔，因為考慮制造誤差，所以孔要拉長，長孔為2x2.5mm或 2x3mm皆可。

長孔的方向與距離的方向一緻。

在鎖緊時，先鎖緊第一顆螺釘，再鎖緊第二顆螺釘。這樣既能保證兩個零件的位置精度，又避免了因為制造誤差螺釘與螺釘孔沒有對齊的問題。

那麼，此時如果因為補強，需要在中間再增加兩個螺釘固定呢？其餘孔的孔徑還是2mm？

其餘孔的孔徑此時應該設計為2.3~2.5mm。因為通過第一孔和第二孔，兩個零件的定位或相對位置已經确定，其它孔僅僅起着緊固的作用，所以孔徑必須放大，否則因為制造誤差，很有可能造成螺釘與螺釘孔沒有對齊。當然，鎖緊時，先鎖緊第一顆螺釘，再鎖緊第二顆螺釘，最後鎖緊其餘螺釘。

這就是“定位”與“緊固”的區别。在考慮兩個零件的裝配時，需要遵循的原則是“先定位，後緊固”。與定位相關的尺寸間隙小，從而保證二者的相對位置精度；而與緊固相關的尺寸間隙大，可以避免因制造誤差而造成的過定位問題。

根據上述原則，當PCBA固定在機箱中，如果使用M3的螺釘，那麼PCBA上的螺釘孔尺寸應用如下圖進行設計。

如圖所示，第5個零件有一個埋入螺母，通過一個M2.6螺釘把5個零件緊固在一起，螺釘需要穿過四層孔才能達到埋入螺母。

那麼，每一層孔的孔徑均設計為3mm，這樣正确嗎？

上圖隻是理想狀況。實際上，由于制造誤差和裝配誤差，五個零件并不會精确的對齊，繼而造成螺釘孔無法對齊，于是自攻螺釘無法鎖入。

正确的做法是：第一層孔的孔徑可以設計得較小（在該例中，如果無其它定位特征，第一層孔孔徑可設計為2.6mm），而内層孔在可能的情況下盡量設計得比較大（3.2~3.5mm以上），避免過定位或過約束。

而内層零件之間的相對位置精度要求，可以通過設計定位特征來滿足要求。螺釘對于内層零件僅僅起着緊固的作用。

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