垫圈在螺栓连接中承担着载荷分布、防松、密封等关键功能。如果垫圈选择不当(如材质不匹配、尺寸错误、硬度不足),可能导致以下问题:
· 螺栓预紧力分布不均,引发局部应力集中;
· 防松功能失效,螺栓在振动或载荷作用下松动;
· 密封性能下降,导致泄漏或腐蚀。
工程实践中,垫圈选择不当被认为是导致装配失效的常见原因之一。例如,在风电、汽车、工程机械等高载荷、高振动的应用场景中,垫圈选择不当引发的失效案例屡见不鲜。
弹簧垫圈:
不少人习惯用弹簧垫圈(锁紧垫圈)防松,可它并非万能。事实上,弹簧垫圈无法阻止预紧力丢失,仅在松动后产生微弱反向力,无法治本。1969 年,美国汽车工程师协会(SAE)就建议在Grade 8 (10.9级) 高强度螺栓或关键场景不要使用弹簧垫圈。
在非持续振动、低预紧力的场景中,如果弹簧垫圈符合相应标准的要求,可以满足一般机械连接的防松需求。但需要注意的是,弹簧垫圈的选型不当可能导致严重后果。例如:在螺栓连接中, 因选用了硬度不足的弹簧垫圈,导致垫圈在长期循环载荷下发生金属疲劳断裂,引发安全隐患。
但在重载/高频振动场景中(如工程机械行走机构),单靠弹簧垫圈难以维持预紧力,建议采用轴向预紧和法兰面结构等更可靠的预紧方式。
平垫圈:
平垫圈选型不当同样会引发装配失效。例如 USS 垫圈的内径一般都过大,会使螺栓头支撑不足, 预紧力分布不均;而软质退火钢垫圈容易被螺栓头挤压变形,失去支撑功能。正确做法是根据螺栓强度匹配相应的垫圈,比如采用淬硬钢垫圈适配 8.8/10.9 级螺栓,保障负载均匀传递。然而,国内垫圈规格繁杂,同标准不同年代的要求也有可能不同,工程师常因信息不足而错误选型,增加失效风险。