在工程实践中,垫圈的误用问题屡见不鲜——有的在搭配高强螺栓时用了弹簧垫圈,有的因为选用的平垫硬度过软,在装配时发生了形变……今天就和大家聊聊,怎么选垫圈才靠谱。
一、弹簧垫圈——只能用在特定场合
自20世纪以来,弹簧垫圈作为防松“主力军”,在全球年消耗量数以亿计。然而,随着现代工业对连接可靠性要求的提升,其有效性开始受到广泛质疑。这主要是因为弹簧垫圈需要保持弹性才能起到防松作用。但是,当出现如下情况时,弹簧垫圈就可能失去防松效果:
材料:硬度超标或热处理缺陷; 力学因素:过载或应力松弛; 环境因素:高温/腐蚀; 人为因素:错误的安装方式。
基于以上因素,在一些标准中,比如DIN 127,也明文规定了弹簧垫圈的适用场合:


文字大意就是这种弹簧垫圈适合搭配普通的“中低强度螺栓/螺母”(比如5.8级)使用,它的主要作用是防止螺栓用久了自己慢慢松动。但如果螺栓经常受到横向的力(比如摇晃的机器、车辆等),又或者适配的螺栓长度很长,那么就不适合使用弹簧垫圈了。而从现行的国家标准中看,高强度螺栓连接副中也极少有使用弹簧垫圈的。由此可见,弹簧垫圈更适合应用于对螺栓预紧力要求不高且径向(横向)载荷作用较小的场合。

我们在选择弹簧垫圈时,应根据相关标准,比如GB/T 94.1-2008《弹性垫圈技术条件 弹簧垫圈》对垫圈的材料性能、处理工艺及试验方法进行严格筛选。以下是基于GB/T 94.1标准条款的系统性技术参数汇总:
1. 材料与处理要求
材料类别 | 适用牌号 | 热处理 | 硬度范围 | 表面处理规范 | 特殊要求 |
---|---|---|---|---|---|
弹簧钢 | 70、65Mn、60Si2Mn | 淬火并回火 | 40~50 HRC | 氧化/磷化、 镀锌钝化(GB/T 5267.1)、 非电解锌片涂层(GB/T 5267.2) | 电镀后必须驱氢处理 |
不锈钢 | 30Cr13、0Cr18Ni9、0Cr18Ni10Ti、06Cr18Ni11Ti、06Cr17Ni12Mo2 | 回火 | ≥34 HRC | 简单处理 | |
磷青铜 | QSi3-1 | ≥90 HRB |
2. 关键性能指标
测试项目 | 试验方法 | 合格标准 |
---|---|---|
弹性试验 | 按规定载荷连续加载3次,测量其自由高度 | 自由高度≥1.67S(S为公称厚度) |
扭转试验 | 将垫圈夹于虎钳和扳手之间,两者间距等于垫圈外径的一半。扳手顺时针缓慢扭至90°时,目测垫圈表面。 | 无断裂(弹簧钢/不锈钢/磷青铜) |
抗氢脆试验 | 垫圈试件用平垫圈隔开穿在试棒上,按规定载荷进行压缩,48h后松开,目测垫圈表面。 | 无裂纹 |
二、平垫圈——应与螺栓、螺母的等级适配
平垫圈的作用主要是为了增加支撑面积,防止损伤零件表面,另外如果是结构要求(如长孔),也需要搭配平垫圈安装,以便于联接。如果选用的垫圈强度或尺寸不当,很容易被螺栓/螺母挤压变形,从而导致整个连接副夹紧力丧失或者载荷分布不均。在这里,基于现行的国家标准,我们整理了一份关于平垫圈与相关紧固件的关系图,相信大家看了之后会有所收获。
垫圈类别 | 执行标准 | 硬度等级(HV) | 适用场景 |
---|---|---|---|
大垫圈 | GB/T 96.1-2002 A级 | 200 | 8.8级六角头螺栓、螺钉 A/B级 8级六角螺母 A/B级 不锈钢及类似成分紧固件 |
300 | 10.9级六角头螺栓、螺钉 A/B级 10级六角螺母 A/B级 | ||
GB/T 96.2-2002 C级 | 100 | 10.9级六角头螺栓、螺钉 A/B级 10级六角螺母 A/B级 | |
平垫圈 | GB/T 97.1-2002 A级 GB/T 97.2-2002 A级(倒角型) | 200 | 8.8级六角头螺栓、螺钉 A/B级 8级六角螺母 A/B级 不锈钢及类似成分紧固件 |
300 | 10.9级六角头螺栓、螺钉 A/B级 10级六角螺母 A/B级 | ||
GB/T 95-2002 C级 | 100 | 6.8级六角头螺栓/螺钉 C级 6级六角螺母 C级 表面淬硬的自挤螺钉 | |
小垫圈 | GB/T 848-2002 A级 | 200 | 8.8级或不锈钢 圆柱头螺钉; 8.8级或不锈钢 内六角圆柱头螺钉; 8.8级或不锈钢 内六角花形圆柱头螺钉; 表面淬硬的圆柱头自挤螺钉。 |
300 | 10.9级 内六角圆柱头螺钉; 10.9级 内六角花形圆柱头螺钉; | ||
特大垫圈 | GB/T 5287-2002 C级 | 100 | 6.8级六角头螺栓、螺钉 C级; 6级六角螺母 C级; 用于木结构。 |
销轴用垫圈 | GB/T 97.3-2002 A级 | 160 | 用于 GB/T 880 带孔销; 用于 GB/T 882 销轴。 |
组合螺钉用 | GB/T 97.4-2002 A级 | 200/300 | S型,小系列:优先用于内六角圆柱头和圆柱头螺钉; N型,标准系列:优先用于六角头螺栓、螺钉; L型,大系列:优先用于六角头螺栓、螺钉。 |
组合自攻钉用 | GB/T 97.5-2002 A级 | 180 | N型,标准系列; L型,大系列。 |
三、 解锁进阶姿势——当代防松黑科技
如果说"平垫+弹垫"组合能解决日常80%的防松问题,但真要遇上高频振动、重型冲击这些情况,那就完全不够看了——弹簧垫圈被高强度螺栓压成铁饼,平垫圈的摩擦buff在高频振动下说没就没!不过现在的防松领域早已不是传统垫圈的独角戏,主要可分为以下三种防松方式:
【机械防松】
法兰螺母(通常配合高强度螺栓使用,通过预紧产生足够的静摩擦,抵抗动态松动。)
尼龙锁紧螺母(内嵌的尼龙环会像‘液压钳’一样咬入螺纹,振动越大咬合越紧)
全金属自锁螺母(将螺母顶部局部变形,螺栓旋入时通过弹性变形产生持续夹紧力)
【化学防松】
螺纹强力胶(涂上像502的厌氧胶,固化后达到锁紧效果)
【结构变形防松】
偏心自锁防松螺母(利用偏心结构改变螺纹受力分布,从而增强防松能力)
割槽锁紧螺母(预先闭合锁紧槽,装配时因锁紧槽有回弹趋势,从而实现锁紧)
各位在实际项目中还解锁过哪些防松神装?欢迎在评论区展开讨论!