本发明提供了一种球头锁紧装置，包含承载结构、球窝以及径位调节机构；所述球窝与径位调节机构均安装在承载结构上；所述球窝内部设置有容物槽，容物槽内部形成对接空间；球窝上设置有一个或多个调节孔，对接空间通过调节孔与外部空间连通；所述径位调节机构穿设在调节孔中；承载结构上设置有变径导轨，变径导轨包含变径凸台，变径凸台包含档位部，多个档位部中包含有自由档位、防逃逸档位以及锁紧档位。本发明还提供了一种上述球头锁紧装置的应用方法。本发明提供的球头锁紧机构能够在自由、防逃逸、锁紧三种状态中转换，满足飞机安装过程中球头进入球窝、调整飞机部件的姿态、进行对接三个过程的需要。