在车辆开发早期，特别是从骡子车到工装样车的开发过程中，即使是经验丰富的紧固件工程师，进行了仔细的设计校核，在连接接头设计和装配过程中也会出现意外的情况，比如被连接件不能有效贴合，结合面的表面处理达不到要求，连接孔开得过大，连接面被压溃，螺栓选用的过长干涉等等不符合设计和装配要求的情况，可能影响了装车和开发进度，这个时候一个垫圈就可能解决问题，使工作顺利进行下去。垫圈主要有平垫圈、弹簧垫圈、防松垫圈、密封垫圈以及其它用途的异型垫圈。垫圈有稳定摩擦、隔离、密封、弹性作用等几个方面的功能。今天，螺丝君从垫圈的稳定摩擦、隔离功能和弹簧功能3个方面介绍车辆开发中常用的平垫圈和弹簧垫圈的设计选用知识。

　　1.1提供支承面，在螺栓或螺母下安装较大的平垫圈，以弥补螺栓或螺母支承面不足以覆盖被连接件的缺陷，比如因为位置度公差过大，不得不把过孔的尺寸加大，使用大垫圈可以遮盖被紧固件上较大的孔。

　　1.2增大被连接零件的接触面积，减小支承面压力，防止被连接零件表面被压溃。由于螺栓、螺钉或螺母的支承面受材料和工艺的限制而无法做得很大。当被连接件质地较软，不足以承受支承面压力，可使用较硬的大垫圈来降低支承面压力或均匀支承面的压力分布。从VDI2230的变形锥体可以看出较大的垫片可以是变形锥变大，储存更多的变形能，使连接更稳定，有助于防止连接松动，改善连接处的疲劳性能。

　　1.3稳定支承面摩擦系数，当被连接件表面平整度较差或者表面较为粗糙，从而导致支承面的摩擦系数不稳定，为了稳定摩擦系数，利用平垫圈可以有助于统一和简化同一固定件在不同紧固位置的支承面摩擦系数，这样可以在采用扭矩法控制拧紧力矩时，得到一致性更好的拧紧力矩和轴向夹紧力。1.4保护支承面，当螺栓或螺母拧紧时，会存在将被连接件划伤的风险，将垫片安装在连接系统中，起到保护支承面的作用。1.5连接复合材料时，在连接和被连接件之间放置垫圈，可以防止材料间的电化学腐蚀。

　　垫圈的隔离功能主要表现在两个方面：减少非旋转松动和减少旋转松动。2.1非旋转松动是指螺栓螺母未发生相对转动的情况下也可能产生松动，导致轴向力降低。预紧力的产生是螺栓弹性伸长与被连接件弹性压缩的共同作用的结果。当螺栓的弹性伸长减小或被连接弹性压缩减小，螺栓的轴向预紧力便会减小。参看下面VDI2230中的示意图：

　　被连接件的磨损、塑性塌陷、蠕变压缩，螺栓螺母支承面的嵌入，螺栓的蠕变伸长和螺栓的热膨胀都是影响螺栓弹性伸长与被连接件弹性压缩的原因。为了减少非旋转松动，在连接系统中加入较厚的垫片，就变相增加了螺栓长度和被连接件的厚度，使得螺栓和被连接件的弹性变形量增大，抑制了轴向预紧力的下降，从而减少了非旋转松动，使垫圈起到了隔离作用。

　　2.2旋转松动是指内外螺纹在松开方向发生相对转动时产生了松动。促使螺栓发生旋转松动的重要条件之一是在支承面上存在滑动，即被连接件的滑动量要大于临界滑动量。临界滑动量为不引起支承面滑动的情况下，被连接件间的最大滑动量。临界滑动量包含两个方面：支承面上的摩擦力是的螺栓弯曲而引起其头部位移；螺栓在内螺纹中的倾斜引起的螺栓头部位移。被连接件的厚度、螺栓旋合长度、轴向预紧力、支承面侧滑是的摩擦系数是影响连接件临界滑动量的因素。将厚垫片加入到连接系统中，可增大被连接件的临界滑动量，从而避免或减小旋转松动。在这种情况下，垫片起到了增加被连接件厚度的隔离功能，减小支承面发生滑动的风险。

　　弹性垫圈是在连接副拧紧后，依靠其自身释放的反作用力来增强连接副之间的轴向张力进而增大摩擦力起到防松作用。弹性垫圈能提供弹簧功能。

　　3.1弹簧垫圈起到对非旋转松动的轴向预紧力补偿作用。当弹簧垫圈受压时，其高度降低，反作用力增强。当弹簧垫圈被大于完全压缩载荷压缩时，垫圈不具备弹簧功能，只能充当一块金属薄板的作用。所以，只有当垫圈被小于完全压缩载荷压缩时，才会有弹力。

　　3.2弹簧垫圈可提供旋转松动阻力。在低轴向预紧力范围内，弹簧垫圈可发挥其弹簧功能，对螺栓或螺母连接副可提供转动阻力。这是因为轴向预紧力低于弹簧垫圈的完全压缩载荷，弹簧垫圈可以发挥其弹簧作用，以提供阻止旋转的阻力。为了提高弹簧垫圈的有效性，弹簧垫圈的完全压缩载荷需要提高。

　　平垫圈是扁平型的金属圆环，分别有GB/T 848《小垫圈 A级》Q400、GB/T 97.1《平垫圈 A级》及Q401、GB/T 96.1《大垫圈 A级》及Q402和GB/T 5287《特大垫圈 C级》4种常用规格。平垫圈的技术要求和引用标准如下表，硬度是最重要的性能指标，可根据实际工况选用。

　　5.1平垫圈通常采用钢制，有导电要求是可采用铜垫圈。对于200HV和300HV级的应选用45、50、60、70钢或65Mn ,可通过热处理淬火回火达到200HV~300HV和300HV~400HV技术要求尊龙。100HV和140HV级的平垫圈可用低碳钢制造,比如Q215,Q235.,08F,10F等牌号的钢，尊龙这些钢都适合冷冲压。

　　6.1接触表面不平整或被连接零件的孔较大，且拧紧轴向力很大时，可采用高硬度平垫圈以防止平垫圈压弯变形。

　　6.2小垫圈主要用于与圆柱头螺钉的组合。硬度为200HV的小垫圈适用于与机械性能等级为8.8级及以下圆柱头螺钉的组合。硬度为300HV的小垫圈适用于与机械性能等级为10.9级圆柱头螺钉的组合。

　　6.3硬度为200HV的普通平垫圈，适用于与机械性能等级为8.8级及以下螺栓或螺钉的组合，适用于与机械性能等级为8级及以下螺母的组合。硬度为300HV的普通平垫圈，适用于与机械性能等级为8.8级和10.9级螺栓或螺钉的组合，适用于与机械性能等级为8级和10级螺母的组合。

　　6.4大垫圈只适用于与机械性能等级为8.8级及以下螺栓或螺钉的组合，以及与机械性能等级为8级及以下螺母的组合。

　　8.1采用弹性垫圈是通过增大摩擦力实现防松的最常见的方法之一。通常用于防松要求不高的场合。主要用于经常拆卸的螺纹连接部位。

　　8.2不建议机械性能等级为8.8及以上的螺栓或螺钉采用弹簧垫圈。在主机厂，螺栓和螺钉基本都是机械性能等级为8.8级及10.9级，所以在安全度高的连接部位，不会用到弹性垫圈。

　　8.3采用弹性垫圈前应充分评估装配中垫圈对被连接零件表面划伤或刺压所造成的影响，比如生锈腐蚀。

　　8.5随着锁固胶在螺纹紧固连接中的广泛应用和技术日益成熟，在普通螺纹紧固连接中施加锁固胶取代弹性垫圈已经成为更好的选项。当紧固连接在振动工况下，锁固胶防松的效果可以完胜弹性垫圈。锁固胶可以用在底盘，发动机机和新能源电池的重要连接部位。这些部位不应该使用弹性垫圈防松。