鎖緊彈簧墊圈其實起不到鎖緊作用？

達文中

前兩天瀏覽美國版知乎Quora時, 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?

其中一個David的回復很有參考意義，所以翻譯了一下，學習交流。

問題：在你的職業中，有什么公開的秘密是我們普通人不知道的，或者通常不允許被告知的?

回答者：David Lewinnek, 20多年的工程經驗，主要從事汽車和工廠設備

正文如下：

你知道在你的宜家工具桌上，你花了幾個小時尋找的那些額外的部件，比如那些小的鎖緊墊圈嗎？這里有一個公開的秘密：那些該死的東西是沒用的，如果你沒有在地毯下面找到它們，它們可能會藏在桌子下更長時間。

對未受過訓練的人來說，split ring lockwashers(直譯:分裂環型鎖緊墊圈/開口鎖緊墊片,即國標GB93-87標準型彈簧墊圈)看起來就像他們會禁錮在那，防止螺絲松動，但在現實中，他們是無用的，嗯，實際上我想不出還有什么像它一樣無用的例子。也許就像我們呼吸的空氣中氬的比例一樣沒用?就像你懷孕前十年的星座預測一樣沒用?就像E.E.肯明斯(Edward Estlin Cummings)打字機上的大寫字母鎖一樣沒用[1]?在一個擁有消息靈通的設計師、理性的用戶和誠實的硬件銷售商的世界里，這些將不復存在:

我是一個脾氣暴躁、傲慢自大的老家伙，我承認我完全不理性地討厭開口鎖緊墊片和那些不聽我關于此墊片評論的自以為是的年輕人。的確，他們(鎖緊墊片和自以為是的年輕人)冒犯了我脆弱的感情，讓我經常罵人，但是并不是因此才讓我認為這些墊片沒用的。

有時候,衛星上的螺絲會松動,NASA的管理人員不得不非常不情愿地派宇航員上去擰緊螺釘。他們用了遠遠低于一次載人火箭發射的費用,委托進行了一項關于緊固件可靠性的研究，并將其作為NASA參考出版物1228號(1990年)向公眾提供。以下是一段摘錄：

圖14所示的典型螺旋彈簧墊圈[2]由略微梯形的鋼絲組成，形成一個螺旋，因此自由高度約為墊圈橫截面厚度的兩倍。它們通常由淬火碳鋼制成，但也有鋁、硅、青銅、磷青銅、不銹鋼和K-Monel。

當螺栓被擰緊時，鎖緊墊圈起到彈簧的作用。然而，當螺栓被扭力完全擰緊時，墊圈通常是平的。此時它相當于一個實心的平墊圈，它的鎖緊能力是不存在的。總之，這種類型的鎖墊圈對鎖緊是無用的。

不過，你不必只相信NASA那些裝腔作勢的科學家們。一位名叫格哈德·容克(GerhardJunker)的德國人不茍言笑，他發明了容克測試(Junker Test)，用來評估分裂環鎖緊墊圈有多無用，這要追溯到20世紀60年代。容克拿起一個緊固件，用緊固件將兩個部件固定在一起，搖動組件直到它松動。前兩次Junker測試的結果是，分裂環鎖緊墊圈在完全扭轉的螺栓中具有相同的性能，就好像它們不存在一樣，但如果螺栓沒有正確擰緊，則會導致兩倍的松動速度。根據您安裝的細心程度，分割環鎖墊圈要么是無用的，要么是主動破壞您的組件：

美國機械工程師協會(ASME)有一些腳踏實地的人，他們試圖通過發布標準，使不同的螺母、螺栓和墊圈可以互換，從而使人們的生活變得更容易。ASMEB18.21.1-1999中關于鎖緊墊圈的章節說：

2.1本標準所涵蓋的螺旋彈簧鎖緊墊圈適用于一般用途。螺旋彈簧鎖緊墊圈補償組件之間產生的松動，將載荷分布在更大的區域上，以滿足某些頭型的要求，并提供硬化的支撐面[3]。

請注意，ASME并沒有說分割環鎖墊圈用于將任何東西鎖定在適當的位置。確實說彈性可以彌補已經出現的松動，但我還沒有看到哪種情況下是有用的。來自鎖緊墊圈的力通常約為適當擰緊的緊固件螺絲張力的1%至10%。一旦張力下降了90%，即使有一個很包容性很強的彈簧來填補最后的10%，聯接通常也會失效。事實上，大多數時候，如果我的聯接張力改變了一兩個數量級，我更愿意聽到咯噠的響聲（好讓我判斷已經失效了）。

總而言之，只要對分裂環鎖墊圈說“不”就可以了！除非你是德國人，否則你可以說“Nein”或者如果你是日本人，你可以說“Iya”。我真的不在乎你說什么語言，只要不再使用鎖緊墊圈了，OK？

更新8/28/2019年：在評論中多次提出了幾個問題。我試著在這里回答最常見的問題：

問題1：為什么墊圈不工作？

答復1：當你對這種鎖緊墊圈施加力時，它變得扁平，鋒利的邊緣不會指向有用的方向。當鋒利的邊緣指向螺母或法蘭時，沒有足夠的力讓它戳在那里不動。在擰緊螺絲的過程中，任何時候都不能同時得到所需的力和幾何形狀。

問題2：那為什么還要使用它們?

答復2：詹姆斯·瓦特（James Watt）在薩迪·卡諾[[4]]（Sadi Carnot）首次發表熱力學第二定律49年前就制造了蒸汽機。同樣地，使用螺紋緊固件是因為它們大多起作用，而且在20世紀60年代之前很久就被使用了，當時我們第一次對它們工作的原因進行了詳細的理論理解。不幸的是，在我們知道螺栓為什么起作用之前，人們就已經認為鎖緊墊圈能起到鎖緊左右，而當有證據顯示它們并不的時候，使用這些墊圈已經成為習慣。另外，它們被人們稱為“鎖緊墊圈”，所以當一個人認為它們可以把東西鎖緊時大家還是原諒他吧（雖然我不會原諒）。

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[1] 一個被稱為“小寫的肯明思”的梗.

E.E.Cummings是美國一位詩人,在這個網頁里Do You Use the CapsLock Key?有一張他寫的詩的圖片(可見他用打字機時只使用小寫字母):

另外https://baike.baidu.com/item/E.E.Cummings/4933650百度百科中有提到:關于e.e.cummings名字的大小寫問題，事實上應該是小寫的e.e.cummings.因為在該作者的詩中，讀者可以注意到，詩人特地將'I'寫成'i',詩人對大寫的廢除是如此徹底以至，他把自己的名字都寫成了“e.e.cummings”,因此他又常常稱為“小寫的肯明思”

[2] 這份名為FastenerDesign Manual 的文件，由RichardT. Barrett 在1990發表在NASA Reference Publication上，編號1228。總共100頁，其中前39頁是正文，后面是附錄。截兩張圖大家感受一下：

7,8頁：

9,10頁：

我計劃有時間時把很有參考價值的前39頁翻譯出來。

[3] 這句原話是distributethe load over a larger area for some head styles, and provide a hardenedbearing surface. 我對headstyles怎么翻譯并不是很確定，如果有更好的翻譯請告知。

[4] 瓦特那么響亮的名號我就不再補充說明了。在中國，瓦特等同于蒸汽機，實際上并不是他發明的，但是做出了重大改進。

尼古拉·萊昂納爾·薩迪·卡諾（NicolasLéonard Sadi Carnot，1796年6月1日－1832年8月24日），是法國青年工程師、熱力學的創始人之一。兼有理論科學才能與實驗科學才能，是第一個把熱和動力聯系起來的人，是熱力學的真正的理論基礎建立者。 他出色地、創造性地用“理想實驗”的思維方法，提出了最簡單，但有重要理論意義的熱機循環——卡諾循環，并假定該循環在準靜態條件下是可逆的，與工質無關，創造了一部理想的熱機（卡諾熱機）。

補充內容 (2019-9-2 08:08):
包容性很強的彈簧不知道怎么翻譯，這句的原文是： 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%

襲散

學習了

錢躍躍0518

謝謝樓主分享，前段時間看到過這個論述。。

科技的瘋狂

感覺很有道理,但是也確實看見過它起作用的例子...

曉昀

感謝分享！先學習下。

702736

彈墊在螺母和基體較軟時唯一有用，所以在反復緊松的機床夾具上不使用彈墊

寒寒thunder

在強震動設備上彈簧墊圈簡直就是災難，在4月份論壇里有過一個貼子對螺紋防松進行過深入探討，記得當時還有大俠貼了好多相關的專業論文，最后就是說彈墊防松在一定的條件下有一定過得防松效果，在某些條件下還會有相反作用，最后大概就是推薦唐氏螺紋，圓螺母配王八墊，打開口銷，抹螺紋膠，配雙螺母等等，但是看完后大家道理都懂，然后繼續使用彈簧墊圈，哈哈...

小學學弟

很有道理的樣子

黑色七月未央

很有道理的樣子，如果論證后能在大學教育時普及就好了