螺栓連接設計時，到底要不要再加墊圈？

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在機械設備中，我們經常會看到：

• 有些螺栓連接會用到墊圈，
• 有些螺栓連接確沒有用墊圈，
• 有些螺栓連接用的是平墊圈，
• 有些用的是彈簧墊圈，
• 有些用的是彈簧墊圈再加平墊圈。
  
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那么，我們在做設計時到底要不要用墊圈呢？

好糾結啊！你有沒有同樣糾結過？

螺栓連接--無墊圈，如圖1.

圖 1

螺栓聯接--用平墊圈，如圖2.

圖 2

螺柱聯接--彈簧墊圈防松，如圖3.

圖 3

墊圈到底起到什么作用呢？

01

平墊圈

在螺栓需要經常拆卸的場合，為了保護被連接件的表面不被劃傷，一般需要在螺母或螺栓頭位置放置平墊圈，這樣就可以防止被連接件表面不被劃傷了，特別對于采用精密機加工的表面。

在一些摩擦系數要求比較精準的連接處，又沒有對摩擦系數進行單獨的試驗要求，比如風電螺栓連接中，一般采購螺栓、螺母、墊圈連接副。

這種情況下，螺栓、螺母、墊圈都是由同一廠家提供的，螺栓生產廠家需要對螺母和墊圈進行相應的處理，以保證螺母與墊圈間的摩擦系數保持一致性。同時，要求供應商測試扭矩系數滿足技術要求。

當螺栓強度比較高，被連接件的許用壓應力比較低時。例如，現在汽車輕量化要求越來越高，在車身，甚至底盤結構件上，大量采用了輕量化連接技術和結構，為了降低螺栓連接接頭中被連接件承壓面的壓應力，防止出現壓潰和永久塑性變形，一般需要增加平墊圈。

另外，螺栓連接中，螺栓頭或螺母承壓面的壓力傳遞是呈喇叭形逐漸擴大的，承壓面越大，壓應力就越小，因此增加了平墊圈可以降低被連接件接觸面的壓應力，保證螺栓連接的有效。

對于需要密封的連接，增大了應力錐在結合面上的應力分布直徑。這樣，增加墊圈可以保證密封效果，如圖4。

圖 4

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在有一些場合，例如汽車大多采用沖壓件和焊接件，兩個零件之間的孔的位置度不能很好的精確匹配。

為了保證兩個連接件之間螺栓孔能一一對應，我們需要增加孔的直徑來補償孔的位置度偏差，螺栓孔超出標準要求時，壓應力超過材料的強度，這種情況下就需要增加平墊圈。

有時為了安裝調整方便，例如控制臂支架與控制表連接，兩個螺栓連接中的其中一個螺栓孔會制成長孔，這樣可以在一定范圍內調節工件的安裝位置，當用長孔時，須采用加厚平墊圈，更具具體情況，甚至采用專用墊圈或多個墊圈。

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02

彈簧墊圈

彈簧墊圈的主要目的是放松，一般用于對螺栓預緊力要求不高，且動載荷較小的場合。目前大量測試已經確認彈簧墊圈對于防松效果不大，所以，對于預緊力比較高的擰緊場合，連接比較重要的場合，不推薦使用彈簧墊圈。

但是對于電氣連接接頭來說，彈簧墊圈對最終完全松動時候還是有一定的效果，特別是松動到一定程度，小預緊力時候仍然能夠有一定的預緊力存在，這時候，比不帶彈簧墊圈的效果仍然能夠起到一定的作用。

當螺栓的夾持長度比較短時，螺栓應力松弛比較明顯，彈簧墊圈可以彌補應力松弛。當然，這個時候可以考慮采用碟形彈簧來代替彈簧墊圈使用，碟形彈簧能夠在軸向壓力更加均勻分布。

有實驗表明，動載荷工況下，高強度螺栓連接彈簧墊圈幾乎沒有防松作用，還會引起螺栓夾緊力的快速衰減，因此國外已經很少把彈簧墊圈用在高強度螺栓連接了。

什么情況下螺栓連接需要用墊圈，我們已經比較清楚了，那么，什么情況可以不用墊圈呢？

• 承受剪應力螺栓（鉸制孔螺栓）連接一般不需要墊圈，首先剪應力螺栓不需要太大的預緊力，工作中也不承受軸向力，這種情況下，螺栓孔一般都比較小，螺母或螺栓頭承壓面一般都比較大，不需要降低壓應力，被連接件就可以承受。
• 當用法蘭面螺母或螺栓時，因法蘭面螺栓或螺母的接觸面積較大，通常不再需要墊圈來增加接觸面積，降低壓應力。
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蟄伏。

贊，很詳細！