ASME B18.21.1-2009——垫圈：螺旋弹簧锁紧垫圈、齿锁垫圈与平垫圈（英寸系列）

28 10 月, 2026
ASME

🔧 ASME B18.21.1-2009 是 ASME B18 紧固件体系中规范英寸系列垫圈的核心标准。该标准由 ASME B18.21.1 与 ASME B18.22.1 两个标准修订并整合而来，统一覆盖三大类垫圈：螺旋弹簧锁紧垫圈（#0 至 3 in）、齿锁垫圈（#2 至 1¾ in）以及平垫圈（#0 至 3 in），规定了相应的尺寸要求、物理性能与试验方法。标准中的全部尺寸均以英寸为单位，且适用于镀覆（涂层）前的产品。

💡 标准明确提示：”lock（锁紧）”一词是历史沿用的产品通称，并不表示垫圈能提供无限期的防松保证。锁紧垫圈的真实防松机理是在压紧状态下产生弹性张力与摩擦阻力，工程上应结合预紧力控制综合评估。

一、标准概述与适用范围 📌

本标准的覆盖范围包括以下三大类产品：

螺旋弹簧锁紧垫圈：按截面型式分为普通型（Regular）、重型（Heavy）、超重型（Extra Duty）与高垫圈型（High-Collar）四种。
齿锁垫圈：按型式分为内齿、外齿、沉孔外齿、内外齿四种，并按构造分为 A 型与 B 型两种。
平垫圈：按构造分为 A 型、B 型与挡泥板垫圈（Fender Washers）三种。

标准的”锁紧”产品与 ISO 标准没有一一对应关系（”No comparable ISO standards exist”），因此在美国体系采购与出口贸易中，B18.21.1 是英寸系列垫圈最重要的验收依据。尺寸数据均指镀覆前的状态，用户在选择镀层（如镀锌）后应特别关注尺寸余量问题。

⚠️ 垫圈制造厂不对由电镀或其他工艺变更引起的产品失效负责——若镀覆/变更不由制造厂控制或指导，责任由实施变更的一方承担。采购时建议在订单中明确”镀前尺寸”与”镀后尺寸”的验收口径。

二、螺旋弹簧锁紧垫圈 🔩

螺旋弹簧锁紧垫圈是斜开口的弹性环，安装后受压变平，依靠回弹张力对螺母/螺栓头部施加摩擦力矩，抵抗松动。标准分别给出普通型、重型、超重型与高垫圈型的尺寸表（表 1～4），并规定最小支承宽度与扭曲试验要求。

型式	典型公称尺寸范围	截面特征	典型应用
普通型 Regular	#0 ～ 3 in	标准矩形截面开口环	一般机械装配、家用电器
重型 Heavy	#0 ～ 3 in	加厚截面、承载力更高	汽车、农机、振动工况
超重型 Extra Duty	#0 ～ 3 in	截面更厚、刚度大	重载设备、矿山机械
高垫圈型 High-Collar	#0 ～ 3 in	一端加高环肩	与特定螺栓头配合、需定心场合

标准还规定了垫圈的脱碳限值（表 5）：过度的表面脱碳会降低垫圈表面的硬度与弹性，导致锁紧性能下降，检验时应对截面金相组织与硬度分布进行确认。

三、齿锁垫圈 🦷

齿锁垫圈沿内缘、外缘或内外缘冲压出倾斜的锯齿，装配后齿尖嵌入支承面与零件表面，产生强大的抗转动力矩。标准给出内齿、外齿、沉孔外齿与内外齿的尺寸表（表 6～10），并区分 A 型（普通齿形）与 B 型（特殊齿形）两种构造。齿锁垫圈尤其适用于薄板、非铁金属与塑料件等硬度较低表面的防松场合。

🚨 齿锁垫圈对支承面硬度非常敏感：若支承面硬度接近或高于垫圈自身硬度，齿尖无法嵌入，防松效果大幅下降。用于淬硬钢面时应改用弹性预紧方案，切勿盲目依赖齿锁垫圈。

四、平垫圈（A 型、B 型与挡泥板垫圈）📏

平垫圈主要用于增大承压面积、保护零件表面并补偿孔位公差。标准给出 A 型优选尺寸表（表 11）、B 型尺寸表（表 12）与挡泥板垫圈尺寸表（表 13）。A 型为通用型（外径/内径比例适中），B 型外径相对较小（窄系列），挡泥板垫圈外径显著加大，用于大孔或软质材料表面。

构造	特征	典型用途
Type A	通用比例，尺寸系列最全	通用机械、建筑、维修
Type B	窄外径系列，与标准螺栓头匹配	空间受限、需美观场合
Fender Washer	大外径薄型，孔径余量大	车身钣金、大孔径、软质材料

五、物理性能与试验方法 🧪

硬度：螺旋弹簧锁紧垫圈与齿锁垫圈应经淬火回火处理，达到规定的硬度范围，以保证弹性与抗永久变形能力。
扭曲试验（Washer Twist Test）：将垫圈装入模拟工况的试验装置，施加规定载荷并测量其抵抗扭曲/张开的性能，是验证锁紧垫圈弹性的关键试验（标准图 2）。
最小支承宽度验证：按标准图 1 的方法检验垫圈支承面的有效宽度，确保与螺母/螺栓头接触充分。
脱碳限值：按表 5 控制表面脱碳深度，保障表面硬度与耐磨性。

💡 所有尺寸公差均在”镀前”基础上给定。若产品需要电镀（如 Zn、Cd 或达克罗），建议选择留有镀层余量的规格或与供应商协商镀后尺寸范围，避免镀层超差。

六、工程实践要点 🛠️

🔍 选型：振动方向明确的场合优先选齿锁垫圈；需反复拆装的维修部位适合普通平垫圈加防松胶的组合。
🔧 安装：螺旋弹簧锁紧垫圈安装方向应使开口端朝螺栓头/螺母一侧，且不得重复多次压平使用。
📊 预紧控制：垫圈不能替代扭矩控制；关键连接应使用扭矩扳手按螺栓等级施加规定预紧力。
📋 采购标识：按 B18.21.1 规格标注尺寸系列与型式，必要时参照 B18.24 零件标识号（PIN）体系简化采购编码。

七、常见问题解答 ❓

❓ 问：螺旋弹簧锁紧垫圈真的能”锁紧”吗？
答：锁紧垫圈通过压平后的回弹张力提供附加摩擦力矩，可在一般振动工况下延缓松动；但它不是绝对防松装置，重载或高温场合应结合尼龙嵌件锁紧螺母、螺纹锁固胶或机械锁紧件使用。

❓ 问：B18.21.1 与公制垫圈标准如何对应？
答：B18.21.1 为英寸系列；公制垫圈可参考 ISO 7090/7092（平垫圈）及相应公制锁紧垫圈标准。两体系尺寸不互换，混用前应核对孔径与外径。

❓ 问：镀层会不会导致垫圈尺寸超差？
答：会。标准尺寸适用于镀前状态；镀锌等工艺会增加厚度，通常采用”镀前留量”或选择更薄公差档应对，采购合同中应明确验收口径。

🔍 问：为什么齿锁垫圈不适合用于淬硬表面？
答：齿锁垫圈的防松依赖齿尖嵌入支承面。支承面过硬时齿尖打滑或折断，失去嵌合作用；此时应改用螺纹锁固胶或弹簧垫圈+预紧控制。

ASME B18.21.1-2009.pdf