碟形弹簧垫圈安装：叠装方向、预紧力与夹紧力

碟形弹簧垫圈是一种锥形弹簧垫圈，在受压趋平时会产生轴向力。其使用要点可归纳为三项：安装方向、叠装数量及方式，以及压缩量。应以装配图为准，确认接触面与叠装顺序；按照所需载荷对应的安装高度进行压缩，然后复核预紧设定。并不存在通用的“凹面朝上”规则，也不存在统一适用的拧紧扭矩。

本指南重点介绍安装与验证。有关碟形弹簧的工作原理及选型方法，请参见 碟形弹簧的定义及其工作原理。“Belleville washer”和“disc spring”在日常使用中常有交叉，但决定公差、载荷特性以及是否适用于循环工况的，是产品规范，而不是名称本身。

碟形弹簧垫圈如何帮助保持夹紧力？

预紧力由拧紧过程产生，碟形弹簧垫圈本身并不会额外增加预紧力。其作用在于为载荷传递路径引入柔度，使连接副在沉降时损失的夹紧力更少。其改善效果取决于工作点附近叠装刚度，以及可用的弹簧行程。

它不能阻止沉降、蠕变或应力松弛，也无法防止所有类型的松动。温度变化会因结构尺寸和材料不同而使预紧力升高或降低，因此必须同时核查最小保留载荷和服役中可能出现的最大载荷。这类垫圈通常用于带密封垫的连接、铜和铝等易变形或易蠕变材料，以及温度波动较大的场合。

计算示例：沉降后的预紧力损失

螺栓连接的铜母排是典型应用，因为铜在持续载荷下会发生蠕变，并且会随温度变化而产生位移。以下为简化示例，所用数值为假设值，并非 LILY 的应用数据。该连接属于无外部分离载荷、无旁路接触的轴向连接，且在这一小段卸载区间内，刚度按恒定处理。

• 初始预紧力 F0：1,000 lbf。

• 无弹簧时的沉降刚度 k0：500,000 lbf/in，其中 k0 = 1 / (1/kb + 1/km)，kb 为螺栓刚度，km 为被夹持件刚度。

• 被夹持叠层的永久缩短量：0.001 in。

• 工作点附近碟形弹簧叠组的卸载刚度 ks：20,000 lbf/in。假定加入弹簧后，其余刚度保持不变。

在该模型中，预紧力损失等于刚度乘以沉降量。无弹簧时，500,000 × 0.001 = 500 lbf。加装弹簧后，k = 1 / (1/k0 + 1/ks) ≈ 19,231 lbf/in，因此损失约为 19 lbf，剩余约 981 lbf。这些只是模型结果，并不意味着对每一种连接副都能得到同样的改善。

20,000 lbf/in 仅表示局部卸载刚度，不能说明叠组相对于无载状态的整体挠度。因此，应结合完整的载荷—挠度曲线，确认初始设定、卸载行程及工作极限。该比较同样未考虑温度影响、持续蠕变以及接触刚度变化。

安装前：确认零件与载荷路径

应先核对零件号和装配图。外形尺寸相近，并不意味着载荷曲线、公差或疲劳寿命相同。以 LILY 的 JHBCKFB 数据表为例，工作载荷与压缩高度、挠度并列给出，因此应将其视为同一工作点来理解。请对比 碟形弹簧垫圈 和 碟形弹簧 应根据实际规格进行区分，而非仅凭名称；或者从 碟簧类别。

随后应沿装配体追踪力的传递路径。台肩、隔套或限位件在弹簧接触后可能形成绕开弹簧的载荷路径，因此必须确认在整个行程范围内，弹簧始终是唯一的轴向受力路径。

碟形垫圈应如何安装？

对于安装在螺母或螺栓头下方的单片垫圈，通常的布置方式是凸面朝向螺母，边缘贴合接头。螺母或螺栓头将载荷施加在抬高的内缘上，外缘则支承在接头或支承垫圈上。这是常见装配方式，并非绝对规则，因此仍需结合图纸上的接触几何形状加以确认。

如果将其翻转，情况就可能发生变化。在等效平面支承条件下，对称垫圈仍保持相同的理想轴向特性。但实际支承往往并不对称。螺母承压直径、孔径、沉孔或台肩都可能使某一边缘失去支承，或者在某一方向上产生干涉，最终还可能出现螺母支承在锥面而非边缘上的情况。网络资料之所以会给出两种说法，是因为答案取决于具体几何关系。

应相对于螺母、接合面和相邻垫圈来描述方向，切勿仅用“上”或“下”表述。拆卸前可拍照或标记装配顺序，但仍必须与已批准图纸核对，因为现有装配本身可能已经错误。

两个接触边缘均为承受高局部压力的窄环区域。凡图纸规定使用支承垫圈或硬化座圈时，应严格采用规定的尺寸和材料。随意选用普通平垫圈可能导致弯曲、嵌入软质表面，或改变摩擦、行程及螺纹啮合情况。

串联、并联与组合叠装

对于相同规格的碟片，按相同方向叠装可形成并联组；交替翻转方向则形成串联叠装；若将等数量的并联组再按串联方式组合，即构成组合叠装。以下关系均假设轴向受载且摩擦可忽略。

碟形弹簧叠装的侧视图，显示锥形轮廓与接触间隙。

四片碟片示例

例如，单片碟簧在变形量 0.012 in (0.30 mm) 时可提供约 225 lbf (1,000 N) 的载荷。在这一相同变形点上的理想结果为：

• 四片并联：在 0.012 in (0.30 mm) 变形量下约为 900 lbf (4,000 N)。

• 四片串联：在 0.047 in (1.20 mm) 变形量下约为 225 lbf (1,000 N)。

• 两组并联后再串联：在 0.024 in (0.60 mm) 变形量下约为 450 lbf (2,000 N)。

这只是叠装计算，并非 LILY 的额定值。摩擦和几何偏差都会影响实测结果，而长叠组还需要导向以防止横向失稳。应明确实际装配顺序、间隙和润滑条件，且不得在未经批准的设计范围之外混用或替换碟簧。

如何根据载荷—变形数据设定预紧力

预紧力是工作载荷到来之前预先施加在组件上的力。应根据连接部位所需的力值范围确定，而不是按平面载荷的某个百分比选取，也不能通过一直拧紧到垫圈看起来变平来判断。

叠组变形量 S = H(free) − H(installed)

在测量自由高度和安装高度时，应使用同一叠组和相同的测量面。螺栓伸长和贴合沉降也会吸收连接位移，因此连接总位移并不等同于弹簧变形量。

如何解读 LILY 的实际数据表

JHBCKFB 是一个小型零件，这里仅用于说明数据表中的各项字段，并不作为某一特定螺栓连接的选型建议。其图纸将厚度 (0.007 in) 与总高度 (0.013 in) 分别标注。

高度差 0.013 − 0.010 = 0.003 in (0.076 mm)，与 6 lbf（约 26.7 N）时的工作变形量相符。若再扣除厚度，名义锥高为 0.013 − 0.007 = 0.006 in，因此工作变形量约为其一半。

这些都是四舍五入后的名义值，不能据此获得完整曲线、力值公差或疲劳等级；仅凭两个取整后的端点，也无法证明曲线形状。在设定新的工作点或让该零件承受关键载荷之前，应先获取适用的载荷—变形数据。

碟形弹簧垫圈的分步安装方法

标注的平面载荷并不等同于安装载荷。部分产品是按规定的压平工况设计，另一些则需要保留行程，因此应遵循该零件的工作极限。“完全压平”既不是通用目标，也不是通用失效判据。

验证夹紧力：各类测量结果分别说明什么

在没有外部分离载荷且不存在旁路接触的简单静态连接中，螺栓轴向路径中的弹簧承受的力与螺栓本身相同。在服役载荷下，螺栓拉力与残余夹紧力可能并不一致，因此应先确认连接件的载荷模型。

NASA 的 紧固件设计手册，RP-1228 涵盖了紧固件扭矩、润滑剂和镀层，而扭矩-预紧力离散性很大程度上就来源于这些因素。针对一种摩擦条件验证通过的扭矩值，不能直接用于另一种条件。在力值精度要求较高的场合，应采用规定的测量方法对装配结果进行验证。

常见安装问题

替换件或应用询价清单

请随询价一并提供以下信息：

• 现有零件编号、图纸或清晰的堆叠照片

• 目标载荷和行程（或安装高度）

• 外径、内径、厚度和自由高度

• 材料和表面处理

• 温度和暴露条件

• 工作循环和更换原因

• 数量

对于腐蚀性环境，请参见 耐腐蚀碟形弹簧垫圈 并根据实际介质暴露情况确认材料。如果没有载荷曲线或安装设定， 请向我们提供应用工况详情 ，再选择替代方案。

常见问题

碟形弹簧垫圈是否需要配用平垫圈？

仅在设计明确要求时才需要。对于较软或易被压痕的表面，或孔径过大的位置，常会配用硬化平垫圈，但这也会改变摩擦特性和行程。应以图纸要求为准，不要自行加装。

碟形弹簧垫圈可以替代防松装置吗？

不能单独替代。它有助于在连接副沉降或位移时维持预紧力，因此常用于存在振动和温度变化的工况；但保持轴向载荷与实现紧固件可靠防松是两项不同功能。若连接规范要求采用防松方式，除非经过批准的重新设计和测试证明可行，否则应予保留。

如何判断碟形弹簧垫圈是否装反？

应先与图纸或之前的照片进行比对。装反的垫圈通常会在错误的边缘留下接触痕迹，或出现螺母压在锥面上的情况，而且安装高度或载荷也不会与垫片组应有的结果一致。请在判断前先测量，因为碟片数量错误的表现可能相同。

在首次运行循环后是否需要重新紧固连接副？

仅在维护规程明确要求时才应执行。未经计划的重新紧固可能会提高载荷，或消耗剩余的弹性行程。若为计划性的复检，应严格按规定的温度、卸载和测量条件进行。

维护拆下的垫圈可以重复使用吗？

应首先核对产品说明书和检验标准。垫圈外观完好，并不代表其载荷性能未发生衰减。若允许重复使用，则应按验收限值核对尺寸和载荷特性；凡使用履历不明的零件，应予更换。