在工程實踐中，墊圈的誤用問題屢見不鮮——有的在搭配高強螺栓時用了彈簧墊圈，有的因為選用的平墊硬度過軟，在裝配時發(fā)生了形變……今天就和大家聊聊，怎么選墊圈才靠譜。
自20世紀(jì)以來，彈簧墊圈作為防松“主力軍”，在全球年消耗量數(shù)以億計。然而，隨著現(xiàn)代工業(yè)對連接可靠性要求的提升，其有效性開始受到廣泛質(zhì)疑。這主要是因為彈簧墊圈需要保持彈性才能起到防松作用。但是，當(dāng)出現(xiàn)如下情況時，彈簧墊圈就可能失去防松效果：
基于以上因素，在一些標(biāo)準(zhǔn)中，比如DIN 127，也明文規(guī)定了彈簧墊圈的適用場合：
截圖翻譯：：“本標(biāo)準(zhǔn)所涵蓋的彈簧墊圈被視為專為與螺栓/螺母組件配合使用而設(shè)計的彈簧墊圈，適用于符合ISO 898第1部分規(guī)定的性能等級5.8或更低的緊固件。其作用在于抵消因緊固件松馳效應(yīng)導(dǎo)致的螺栓/螺母組件松動現(xiàn)象（參見DIN 267第26部分）。此類墊圈無法有效防止組件在徑向（橫向）載荷作用下的松動，主要設(shè)計用于以軸向受力為主的短螺栓工況?！?。文字大意就是這種彈簧墊圈適合搭配普通的“中低強度螺栓/螺母”（比如5.8級）使用，它的主要作用是防止螺栓用久了自己慢慢松動。但如果螺栓經(jīng)常受到橫向的力（比如搖晃的機器、車輛等），又或者適配的螺栓長度很長，那么就不適合使用彈簧墊圈了。而從現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)中看，高強度螺栓連接副中也極少有使用彈簧墊圈的。由此可見，彈簧墊圈更適合應(yīng)用于對螺栓預(yù)緊力要求不高且徑向（橫向）載荷作用較小的場合。
我們在選擇彈簧墊圈時，應(yīng)根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，比如GB/T 94.1-2008《彈性墊圈技術(shù)條件 彈簧墊圈》對墊圈的材料性能、處理工藝及試驗方法進(jìn)行嚴(yán)格篩選。以下是基于GB/T 94.1標(biāo)準(zhǔn)條款的系統(tǒng)性技術(shù)參數(shù)匯總：
| 材料類別 | 適用牌號 | 熱處理 | 硬度范圍 | 表面處理規(guī)范 | 特殊要求 |
|---|---|---|---|---|---|
| 彈簧鋼 | 70、65Mn、60Si2Mn | 淬火并回火 | 40~50 HRC | 氧化/磷化、 鍍鋅鈍化（GB/T 5267.1）、 非電解鋅片涂層（GB/T 5267.2） | 電鍍后必須驅(qū)氫處理 |
| 不銹鋼 | 30Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、06Cr18Ni11Ti、06Cr17Ni12Mo2 | 回火 | ≥34 HRC | 簡單處理 | |
| 磷青銅 | QSi3-1 | ≥90 HRB |
| 測試項目 | 試驗方法 | 合格標(biāo)準(zhǔn) |
|---|---|---|
| 彈性試驗 | 按規(guī)定載荷連續(xù)加載3次，測量其自由高度 | 自由高度≥1.67S（S為公稱厚度） |
| 扭轉(zhuǎn)試驗 | 將墊圈夾于虎鉗和扳手之間，兩者間距等于墊圈外徑的一半。扳手順時針緩慢扭至90°時，目測墊圈表面。 | 無斷裂（彈簧鋼/不銹鋼/磷青銅） |
| 抗氫脆試驗 | 墊圈試件用平墊圈隔開穿在試棒上，按規(guī)定載荷進(jìn)行壓縮，48h后松開，目測墊圈表面。 | 無裂紋 |
平墊圈的作用主要是為了增加支撐面積，防止損傷零件表面，另外如果是結(jié)構(gòu)要求（如長孔），也需要搭配平墊圈安裝，以便于聯(lián)接。如果選用的墊圈強度或尺寸不當(dāng)，很容易被螺栓/螺母擠壓變形，從而導(dǎo)致整個連接副夾緊力喪失或者載荷分布不均。在這里，基于現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)，我們整理了一份關(guān)于平墊圈與相關(guān)緊固件的關(guān)系圖，相信大家看了之后會有所收獲。
| 墊圈類別 | 執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn) | 硬度等級(HV) | 適用場景 |
|---|---|---|---|
| 大墊圈 | GB/T 96.1-2002 A級 | 200 | 8.8級六角頭螺栓、螺釘 A/B級 8級六角螺母 A/B級 不銹鋼及類似成分緊固件 |
| 300 | 10.9級六角頭螺栓、螺釘 A/B級 10級六角螺母 A/B級 | ||
| GB/T 96.2-2002 C級 | 100 | 10.9級六角頭螺栓、螺釘 A/B級 10級六角螺母 A/B級 | |
| 平墊圈 | GB/T 97.1-2002 A級 GB/T 97.2-2002 A級（倒角型） | 200 | 8.8級六角頭螺栓、螺釘 A/B級 8級六角螺母 A/B級 不銹鋼及類似成分緊固件 |
| 300 | 10.9級六角頭螺栓、螺釘 A/B級 10級六角螺母 A/B級 | ||
| GB/T 95-2002 C級 | 100 | 6.8級六角頭螺栓/螺釘 C級 6級六角螺母 C級 表面淬硬的自擠螺釘 | |
| 小墊圈 | GB/T 848-2002 A級 | 200 | 8.8級或不銹鋼 圓柱頭螺釘； 8.8級或不銹鋼 內(nèi)六角圓柱頭螺釘； 8.8級或不銹鋼 內(nèi)六角花形圓柱頭螺釘； 表面淬硬的圓柱頭自擠螺釘。 |
| 300 | 10.9級 內(nèi)六角圓柱頭螺釘； 10.9級 內(nèi)六角花形圓柱頭螺釘； | ||
| 特大墊圈 | GB/T 5287-2002 C級 | 100 | 6.8級六角頭螺栓、螺釘 C級； 6級六角螺母 C級； 用于木結(jié)構(gòu)。 |
| 銷軸用墊圈 | GB/T 97.3-2002 A級 | 160 | 用于 GB/T 880 帶孔銷； 用于 GB/T 882 銷軸。 |
| 組合螺釘用 | GB/T 97.4-2002 A級 | 200/300 | S型，小系列：優(yōu)先用于內(nèi)六角圓柱頭和圓柱頭螺釘； N型，標(biāo)準(zhǔn)系列：優(yōu)先用于六角頭螺栓、螺釘； L型，大系列：優(yōu)先用于六角頭螺栓、螺釘。 |
| 組合自攻釘用 | GB/T 97.5-2002 A級 | 180 | N型，標(biāo)準(zhǔn)系列； L型，大系列。 |
如果說"平墊+彈墊"組合能解決日常80%的防松問題，但真要遇上高頻振動、重型沖擊這些情況，那就完全不夠看了——彈簧墊圈被高強度螺栓壓成鐵餅，平墊圈的摩擦buff在高頻振動下說沒就沒！不過現(xiàn)在的防松領(lǐng)域早已不是傳統(tǒng)墊圈的獨角戲，主要可分為以下三種防松方式：
法蘭螺母（通常配合高強度螺栓使用，通過預(yù)緊產(chǎn)生足夠的靜摩擦，抵抗動態(tài)松動。）
尼龍鎖緊螺母（內(nèi)嵌的尼龍環(huán)會像‘液壓鉗’一樣咬入螺紋，振動越大咬合越緊）
全金屬自鎖螺母（將螺母頂部局部變形，螺栓旋入時通過彈性變形產(chǎn)生持續(xù)夾緊力）
偏心自鎖防松螺母（利用偏心結(jié)構(gòu)改變螺紋受力分布，從而增強防松能力）
割槽鎖緊螺母（預(yù)先閉合鎖緊槽，裝配時因鎖緊槽有回彈趨勢，從而實現(xiàn)鎖緊）
各位在實際項目中還解鎖過哪些防松神裝？歡迎在評論區(qū)展開討論！
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