你见过的最无用的设计是什么?

你见过的最无用的设计是什么?

OwlLite,{}

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。

弹簧垫圈标准件

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
美国机械工程师学会(ASME)出版的弹簧垫圈标准

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]

在一些情况下,弹簧垫圈紧固的效果比不用弹簧垫圈更差

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]

Junker Test 设计

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:

NASA 在紧固件设计手册中专门提到弹簧垫圈并无紧固 / 防滑功能

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。