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垫圈怎么选不踩坑?一文讲透弹簧垫圈、平垫圈选型

  • 发布时间:2025-04-28
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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。

unsetunset一、弹簧垫圈——只能用在特定场合unsetunset

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:

  1. 材料:硬度超标或热处理缺陷;
  2. 力学因素:过载或应力松弛;
  3. 环境因素:高温/腐蚀;
  4. 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:

截图翻译::“本标准所涵盖的弹簧垫圈被视为专为与螺栓/螺母组件配合使用而设计的弹簧垫圈,适用于符合ISO 898第1部分规定的性能等级5.8或更低的紧固件。其作用在于抵消因紧固件松驰效应导致的螺栓/螺母组件松动现象(参见DIN 267第26部分)。此类垫圈无法有效防止组件在径向(横向)载荷作用下的松动,主要设计用于以轴向受力为主的短螺栓工况。”。

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

unsetunset二、平垫圈——应与螺栓、螺母的等级适配unsetunset

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。
30010.9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 1006.8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 200/300S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 180N型,标准系列;
L型,大系列。

unsetunset三、 解锁进阶姿势——当代防松黑科技unsetunset

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!

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