锁紧弹簧垫圈其实起不到锁紧作用？

达文中

前两天浏览美国版知乎Quora时, 看到一篇有意思的文章,

What is an open secret in your profession thatus regular folk don't know or generally aren't allowed to be told about?

其中一个David的回复很有参考意义，所以翻译了一下，学习交流。

问题：在你的职业中，有什么公开的秘密是我们普通人不知道的，或者通常不允许被告知的?

回答者：David Lewinnek, 20多年的工程经验，主要从事汽车和工厂设备

正文如下：

你知道在你的宜家工具桌上，你花了几个小时寻找的那些额外的部件，比如那些小的锁紧垫圈吗？这里有一个公开的秘密：那些该死的东西是没用的，如果你没有在地毯下面找到它们，它们可能会藏在桌子下更长时间。

对未受过训练的人来说，split ring lockwashers(直译:分裂环型锁紧垫圈/开口锁紧垫片,即国标GB93-87标准型弹簧垫圈)看起来就像他们会禁锢在那，防止螺丝松动，但在现实中，他们是无用的，嗯，实际上我想不出还有什么像它一样无用的例子。也许就像我们呼吸的空气中氩的比例一样没用?就像你怀孕前十年的星座预测一样没用?就像E.E.肯明斯(Edward Estlin Cummings)打字机上的大写字母锁一样没用[1]?在一个拥有消息灵通的设计师、理性的用户和诚实的硬件销售商的世界里，这些将不复存在:

我是一个脾气暴躁、傲慢自大的老家伙，我承认我完全不理性地讨厌开口锁紧垫片和那些不听我关于此垫片评论的自以为是的年轻人。的确，他们(锁紧垫片和自以为是的年轻人)冒犯了我脆弱的感情，让我经常骂人，但是并不是因此才让我认为这些垫片没用的。

有时候,卫星上的螺丝会松动,NASA的管理人员不得不非常不情愿地派宇航员上去拧紧螺钉。他们用了远远低于一次载人火箭发射的费用,委托进行了一项关于紧固件可靠性的研究，并将其作为NASA参考出版物1228号(1990年)向公众提供。以下是一段摘录：

图14所示的典型螺旋弹簧垫圈[2]由略微梯形的钢丝组成，形成一个螺旋，因此自由高度约为垫圈横截面厚度的两倍。它们通常由淬火碳钢制成，但也有铝、硅、青铜、磷青铜、不锈钢和K-Monel。

当螺栓被拧紧时，锁紧垫圈起到弹簧的作用。然而，当螺栓被扭力完全拧紧时，垫圈通常是平的。此时它相当于一个实心的平垫圈，它的锁紧能力是不存在的。总之，这种类型的锁垫圈对锁紧是无用的。

不过，你不必只相信NASA那些装腔作势的科学家们。一位名叫格哈德·容克(GerhardJunker)的德国人不苟言笑，他发明了容克测试(Junker Test)，用来评估分裂环锁紧垫圈有多无用，这要追溯到20世纪60年代。容克拿起一个紧固件，用紧固件将两个部件固定在一起，摇动组件直到它松动。前两次Junker测试的结果是，分裂环锁紧垫圈在完全扭转的螺栓中具有相同的性能，就好像它们不存在一样，但如果螺栓没有正确拧紧，则会导致两倍的松动速度。根据您安装的细心程度，分割环锁垫圈要么是无用的，要么是主动破坏您的组件：

美国机械工程师协会(ASME)有一些脚踏实地的人，他们试图通过发布标准，使不同的螺母、螺栓和垫圈可以互换，从而使人们的生活变得更容易。ASMEB18.21.1-1999中关于锁紧垫圈的章节说：

2.1本标准所涵盖的螺旋弹簧锁紧垫圈适用于一般用途。螺旋弹簧锁紧垫圈补偿组件之间产生的松动，将载荷分布在更大的区域上，以满足某些头型的要求，并提供硬化的支撑面[3]。

请注意，ASME并没有说分割环锁垫圈用于将任何东西锁定在适当的位置。确实说弹性可以弥补已经出现的松动，但我还没有看到哪种情况下是有用的。来自锁紧垫圈的力通常约为适当拧紧的紧固件螺丝张力的1%至10%。一旦张力下降了90%，即使有一个很包容性很强的弹簧来填补最后的10%，联接通常也会失效。事实上，大多数时候，如果我的联接张力改变了一两个数量级，我更愿意听到咯哒的响声（好让我判断已经失效了）。

总而言之，只要对分裂环锁垫圈说“不”就可以了！除非你是德国人，否则你可以说“Nein”或者如果你是日本人，你可以说“Iya”。我真的不在乎你说什么语言，只要不再使用锁紧垫圈了，OK？

更新8/28/2019年：在评论中多次提出了几个问题。我试着在这里回答最常见的问题：

问题1：为什么垫圈不工作？

答复1：当你对这种锁紧垫圈施加力时，它变得扁平，锋利的边缘不会指向有用的方向。当锋利的边缘指向螺母或法兰时，没有足够的力让它戳在那里不动。在拧紧螺丝的过程中，任何时候都不能同时得到所需的力和几何形状。

问题2：那为什么还要使用它们?

答复2：詹姆斯·瓦特（James Watt）在萨迪·卡诺[[4]]（Sadi Carnot）首次发表热力学第二定律49年前就制造了蒸汽机。同样地，使用螺纹紧固件是因为它们大多起作用，而且在20世纪60年代之前很久就被使用了，当时我们第一次对它们工作的原因进行了详细的理论理解。不幸的是，在我们知道螺栓为什么起作用之前，人们就已经认为锁紧垫圈能起到锁紧左右，而当有证据显示它们并不的时候，使用这些垫圈已经成为习惯。另外，它们被人们称为“锁紧垫圈”，所以当一个人认为它们可以把东西锁紧时大家还是原谅他吧（虽然我不会原谅）。

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[1] 一个被称为“小写的肯明思”的梗.

E.E.Cummings是美国一位诗人,在这个网页里Do You Use the CapsLock Key?有一张他写的诗的图片(可见他用打字机时只使用小写字母):

另外https://baike.baidu.com/item/E.E.Cummings/4933650百度百科中有提到:关于e.e.cummings名字的大小写问题，事实上应该是小写的e.e.cummings.因为在该作者的诗中，读者可以注意到，诗人特地将'I'写成'i',诗人对大写的废除是如此彻底以至，他把自己的名字都写成了“e.e.cummings”,因此他又常常称为“小写的肯明思”

[2] 这份名为FastenerDesign Manual 的文件，由RichardT. Barrett 在1990发表在NASA Reference Publication上，编号1228。总共100页，其中前39页是正文，后面是附录。截两张图大家感受一下：

7,8页：

9,10页：

我计划有时间时把很有参考价值的前39页翻译出来。

[3] 这句原话是distributethe load over a larger area for some head styles, and provide a hardenedbearing surface. 我对headstyles怎么翻译并不是很确定，如果有更好的翻译请告知。

[4] 瓦特那么响亮的名号我就不再补充说明了。在中国，瓦特等同于蒸汽机，实际上并不是他发明的，但是做出了重大改进。

尼古拉·莱昂纳尔·萨迪·卡诺（NicolasLéonard Sadi Carnot，1796年6月1日－1832年8月24日），是法国青年工程师、热力学的创始人之一。兼有理论科学才能与实验科学才能，是第一个把热和动力联系起来的人，是热力学的真正的理论基础建立者。 他出色地、创造性地用“理想实验”的思维方法，提出了最简单，但有重要理论意义的热机循环——卡诺循环，并假定该循环在准静态条件下是可逆的，与工质无关，创造了一部理想的热机（卡诺热机）。

补充内容 (2019-9-2 08:08):
包容性很强的弹簧不知道怎么翻译，这句的原文是： Once the tension has gone down by 90%, the joint has generally failed even if there is a forgiving spring to account for that last 10%

袭散

学习了

钱跃跃0518

谢谢楼主分享，前段时间看到过这个论述。。

科技的疯狂

感觉很有道理,但是也确实看见过它起作用的例子...

晓昀

感谢分享！先学习下。

702736

弹垫在螺母和基体较软时唯一有用，所以在反复紧松的机床夹具上不使用弹垫

寒寒thunder

在强震动设备上弹簧垫圈简直就是灾难，在4月份必威APP精装版下载里有过一个贴子对螺纹防松进行过深入探讨，记得当时还有大侠贴了好多相关的专业论文，最后就是说弹垫防松在一定的条件下有一定过得防松效果，在某些条件下还会有相反作用，最后大概就是推荐唐氏螺纹，圆螺母配王八垫，打开口销，抹螺纹胶，配双螺母等等，但是看完后大家道理都懂，然后继续使用弹簧垫圈，哈哈...

小学学弟

很有道理的样子

黑色七月未央

很有道理的样子，如果论证后能在大学教育时普及就好了