第4讲 垫圈的作用是什么?

大家好。在下螺丝君。
冒昧地问个问题,大家知道垫圈的作用是什么吗?
垫圈主要有平垫圈、弹簧垫圈,很多人应该都在用,但估计也有人不明就里,只是按照老习惯在使用吧?
为了这些人,今天来讲解一下垫圈的作用。

防止座面塌陷的平垫圈

虽说都是平垫圈,但从小型到特大型,相对于同一螺纹直径,平垫圈的尺寸有很多种。
>>JIS规定的平垫圈尺寸一览表

平垫圈的主要作用是通过扩大螺丝座面的面积,降低施加到紧固对象上的表面压力。这是因为一旦承受不了表面压力,座面发生塌陷,就会造成螺丝松动,因此,特别是经长孔等进行紧固时,如果螺丝座面与紧固对象的接触面积小、紧固对象是铝和树脂等软材质,使用平垫圈可以有效降低表面压力。

顺便一提,平垫圈基本上是采用冲压加工的方式制作,如下图所示,一面的边缘有弧度,另一面则有毛刺。

虽然没有规定哪面朝上,但就前面所说的表面压力而言,还是让毛刺一面朝下更好。但是,在紧固的时候,毛刺会划伤紧固对象,如果想避免镀层因此而发生剥落,最好让有弧度的一面朝下。

有防松效果??弹簧垫圈

弹簧垫圈是平垫圈局部切断,制成扭转形状的垫圈。通过这样的方式,顾名思义,可以起到弹簧的作用(弹力),由于摩擦力增大、切断部分会卡入座面,据说可以起到防松的效果。
>>JIS规定的弹簧垫圈尺寸一览表

但螺丝君觉得弹簧垫圈基本没有防松的效果。
与按照规定扭矩紧固螺丝时产生的轴向力相比,弹簧垫圈的弹力非常小,当弹簧垫圈的弹力开始发挥作用的时候,恐怕螺丝早已处于松动状态了。

举例来说,强度等级为10.9的M8钢铁材质内六角螺栓,其容许最大轴向力为23,000N,而压缩M8用弹簧垫圈所需要的力约为500N(螺丝君的试验值),差别很大。
>>螺栓的容许最大轴向力参考了这里

非说有作用的话,在螺丝松动的时候,借助弹力所产生的摩擦,也许可以防止螺丝轻易脱落。

而且,要想通过卡嵌起到防松效果,紧固对象的材质必须比垫圈软。另外,“卡嵌”会损伤座面,并不适合拆装频繁的部位。为了防止座面损伤,也有人会搭配平垫圈使用,但这样一来,卡住的平垫圈也会跟着一起旋转,几乎起不到防松的效果。

顺便一提,下面的图表是对使用弹簧垫圈和平垫圈的螺丝进行容克式振动试验的结果,可以看到螺丝发生松动,轴向力降低了。

而且,在NAS式振动试验中也一样发生了松动,由此可见,至少对于振动所导致的松动基本是无效的。
>>NAS式振动试验的短片(链接的短片时长约为15秒)

前面讲得有点长了,松动的原因形形色色,弹簧垫圈也许对某些松动有效,但与之相比,对于防松,还是以正确的紧固扭矩进行紧固更重要。

对于“形形色色的松动原因”,有机会再来讲解。

那么今天就到这里了,告辞。



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