螺栓连接设计时，到底要不要再加垫圈？

作者：青华模具来源：青华模具 2023年02月14日更新

在机械设备中，我们经常会看到：有些螺栓连接会用到垫圈，有些螺栓连接确没有用垫圈，有些螺栓连接用的是平垫圈，有些用的是弹簧垫圈，有些用的是弹簧垫圈再加平垫圈。那么，我们在做设计时到底要不要用垫圈呢？好纠结啊！你有没有同样纠结过？螺栓连接 --无垫圈，如图1.图 1 螺栓联接 --用平垫...

在机械设备中，我们经常会看到：有些螺栓连接会用到垫圈，有些螺栓连接确没有用垫圈，有些螺栓连接用的是平垫圈，有些用的是弹簧垫圈，有些用的是弹簧垫圈再加平垫圈。那么，我们在做设计时到底要不要用垫圈呢？好纠结啊！你有没有同样纠结过？螺栓连接 --无垫圈，如图1.

图 1 螺栓联接 --用平垫圈，如图2.

图 2 螺柱联接 --弹簧垫圈防松，如图3.

图 3 垫圈到底起到什么作用呢？ 01 平垫圈在螺栓需要经常拆卸的场合，为了保护被连接件的表面不被划伤，一般需要在螺母或螺栓头位置放置平垫圈，这样就可以防止被连接件表面不被划伤了，特别对于采用精密机加工的表面。在一些摩擦系数要求比较精准的连接处，又没有对摩擦系数进行单独的试验要求，比如风电螺栓连接中，一般采购螺栓、螺母、垫圈连接副。这种情况下，螺栓、螺母、垫圈都是由同一厂家提供的，螺栓生产厂家需要对螺母和垫圈进行相应的处理，以保证螺母与垫圈间的摩擦系数保持一致性。同时，要求供应商测试扭矩系数满足技术要求。当螺栓强度比较高，被连接件的许用压应力比较低时。例如，现在汽车轻量化要求越来越高，在车身，甚至底盘结构件上，大量采用了轻量化连接技术和结构，为了降低螺栓连接接头中被连接件承压面的压应力，防止出现压溃和塑性变形，一般需要增加平垫圈。另外，螺栓连接中，螺栓头或螺母承压面的压力传递是呈喇叭形逐渐扩大的，承压面越大，压应力就越小，因此增加了平垫圈可以降低被连接件接触面的压应力，保证螺栓连接的有效。对于需要密封的连接，增大了应力锥在结合面上的应力分布直径。这样，增加垫圈可以保证密封效果，如图4。

图 4 在有一些场合，例如汽车大多采用冲压件和焊接件，两个零件之间的孔的位置度不能很好的精确匹配。为了保证两个连接件之间螺栓孔能一一对应，我们需要增加孔的直径来补偿孔的位置度偏差，螺栓孔超出标准要求时，压应力超过材料的强度，这种情况下就需要增加平垫圈。有时为了安装调整方便，例如控制臂支架与控制表连接，两个螺栓连接中的其中一个螺栓孔会制成长孔，这样可以在一定范围内调节工件的安装位置，当用长孔时，须采用加厚平垫圈，更具具体情况，甚至采用专用垫圈或多个垫圈。 02 弹簧垫圈弹簧垫圈的主要目的是放松，一般用于对螺栓预紧力要求不高，且动载荷较小的场合。目前大量测试已经确认弹簧垫圈对于防松效果不大，所以，对于预紧力比较高的拧紧场合，连接比较重要的场合，不推荐使用弹簧垫圈。但是对于电气连接接头来说，弹簧垫圈对最终完全松动时候还是有一定的效果，特别是松动到一定程度，小预紧力时候仍然能够有一定的预紧力存在，这时候，比不带弹簧垫圈的效果仍然能够起到一定的作用。当螺栓的夹持长度比较短时，螺栓应力松弛比较明显，弹簧垫圈可以弥补应力松弛。当然，这个时候可以考虑采用碟形弹簧来代替弹簧垫圈使用，碟形弹簧能够在轴向压力更加均匀分布。有实验表明，动载荷工况下，高强度螺栓连接弹簧垫圈几乎没有防松作用，还会引起螺栓夹紧力的快速衰减，因此国外已经很少把弹簧垫圈用在高强度螺栓连接了。什么情况下螺栓连接需要用垫圈，我们已经比较清楚了，那么，什么情况可以不用垫圈呢？承受剪应力螺栓（铰制孔螺栓）连接一般不需要垫圈，首先剪应力螺栓不需要太大的预紧力，工作中也不承受轴向力，这种情况下，螺栓孔一般都比较小，螺母或螺栓头承压面一般都比较大，不需要降低压应力，被连接件就可以承受。当用法兰面螺母或螺栓时，因法兰面螺栓或螺母的接触面积较大，通常不再需要垫圈来增加接触面积，降低压应力。