你见过的最无用的设计是什么？ 第1页

开口垫圈(Helical Spring Washer)，又称为弹簧垫圈，是一种用于螺栓/螺钉/螺丝紧固的设计，有标准件GB93, DIN127^[1]等。

一般人认为，弹簧垫圈的开口设计，使得“垫圈在紧固件的头部和基底之间施加弹力，让垫圈牢固地抵靠基底，并且螺栓螺纹牢固地抵靠螺母或基底螺纹，产生更多的摩擦和抵抗旋转”。但是一般的权威组织出版的关于弹簧垫圈的手册中并无“产生更多摩擦”以“抵抗旋转”从而提供“紧固/放松脱”的功能^[2]，比如美国机械工程师学会( American Society of Mechanical Engineers, ASME)的手册^[3]中是这样描述的：

Helical spring-lock washers compensate for developed looseness between component parts of an assembly, and provide a hardened bearing surface

即其作用仅限于“补偿已有的松动”并“提供一个坚固的支撑面”，但在现实世界中极少有这样的情况。可以说，弹簧垫圈的紧固/防松脱功能完全是“脑补”的。弹簧垫圈在施力安装之后一般变得完全平整，除了增加接触面积，并无增加摩擦力的作用。

实际上，弹簧垫圈不仅不能“紧固/防松脱”^[4]，在某些情况下（比如横向振动）还会使得紧固（螺钉、螺母、螺栓等）安装情况变差，变得更容易松脱^[4][5]：

紧固件的测试最早是在1969年由Gerhard Junker设计的，因此也被称为Junker Test. 在Junker Test中，横向振动下，安装有弹簧垫圈的紧固结构失效时间一般仅有不安装时候的一半^[5]。

由于这种误解的广泛性，NASA在紧固件设计手册(Fasteners Design Manual)^[6]中专门提到：

实际上，即便是用于增加接触面积，防止支撑面变形的功能，可以选择更为合适并且更为廉价的平垫圈。弹簧垫圈是一个几乎完全没有作用，但是被广泛（错误地）使用的设计。

参考

1. ^ https://eu.shop.bossard.com/media/product_datasheet/BN_762_1_Bossard_1.pdf
2. ^ Bickford, J. H. (2007). Introduction to the design and behavior of bolted joints: non-gasketed joints. CRC press.
3. ^ American National Standards Institute. (1994). Lock Washers (inch Series) (Vol. 21). American Society of Mechanical Engineers.
4. ^ ^{a b} Eccles, W. (2010). Tribological aspects of the self-loosening of threaded fasteners (Doctoral dissertation, University of Central Lancashire).
5. ^ ^{a b} Junker, G. H. (1969). New criteria for self-loosening of fasteners under vibration. Sae Transactions, 314-335.
6. ^ Barrett, R. T. (1990). Fastener design manual.