螺栓是多個(gè)行業(yè)和應用的首選緊固件，原因很簡(jiǎn)單，它們易于拆卸。然而，這也使的螺栓容易松動(dòng)和失去預緊力。
根據應用的不同，螺栓松動(dòng)會(huì )產(chǎn)生深遠的影響。一個(gè)松動(dòng)的螺栓可以使整個(gè)生產(chǎn)工廠(chǎng)陷入停頓，并使公司損失數千美元，而在其他應用中，松動(dòng)的螺栓可能會(huì )造成重大的安全隱患。
失效的主要原因和后果，取決于螺栓連接的目的、環(huán)境，通常也取決于行業(yè)。
例如：石化行業(yè)主要關(guān)注腐蝕問(wèn)題，而疲勞和振動(dòng)松動(dòng)通常是次要問(wèn)題；另一方面，汽車(chē)行業(yè)會(huì )將松動(dòng)和腐蝕列為兩個(gè)主要問(wèn)題；結構鋼行業(yè)的主要問(wèn)題是接頭滑移和腐蝕；航空航天業(yè)可能會(huì )首先關(guān)注疲勞影響。
那么，螺栓松動(dòng)的原因是什么？從廣義上講，主要有兩個(gè)原因：旋轉松動(dòng)和非旋轉松動(dòng)。
旋轉松動(dòng)
旋轉松動(dòng)本質(zhì)上是指螺栓由于沖擊、振動(dòng)或動(dòng)態(tài)載荷而松動(dòng)。即使是輕微的旋轉也足以使螺栓連接失去其所有載荷，這是螺栓松動(dòng)的最常見(jiàn)原因。
旋轉松動(dòng)是導致軸力衰減的另一種形式，主要表現為內外螺紋之間在松開(kāi)方向上發(fā)生了相對轉動(dòng)，我們可以通過(guò)標注色標來(lái)確認有沒(méi)有發(fā)生旋轉松動(dòng)。
為了防止螺栓旋轉松動(dòng)，需要消除連接部件之間的滑動(dòng)或至少降低到臨界水平以下。這可以通過(guò)增加軸向預緊力、增加夾緊部件之間的摩擦或降低循環(huán)載荷（例如沖擊、振動(dòng)或循環(huán)熱載荷）來(lái)實(shí)現。
另一種常用方法是增加螺紋之間的摩擦。膠水或粘合劑是一種有效的增加摩擦的方法，但在拆卸螺栓時(shí)，干燥的膠水可能導致難以拆卸。
此外，增加螺紋之間的摩擦會(huì )降低特定扭矩下可實(shí)現的預緊力。鎖緊螺母等也是一種常用增加螺紋之間摩擦的方法。
非旋轉松動(dòng)
非旋轉松動(dòng)是由三種機制引起的：沉降、蠕變和松弛。當由于動(dòng)態(tài)載荷而發(fā)生沉降時(shí)至關(guān)重要。當接頭受到動(dòng)態(tài)工作負荷帶來(lái)的應力增加時(shí)，夾緊材料會(huì )發(fā)生永久變形。
如果螺栓連接中的應力沒(méi)有超過(guò)其屈服強度，螺栓連接的大部分部件在釋放后將恢復形狀。接觸面中的一些材料，如油漆，可能會(huì )永久變形。
如果材料沉降，即使只有幾微米，螺栓的拉伸也會(huì )減少，并導致預緊力損失。
蠕變是一種永久性變形，是由于長(cháng)期暴露于低于接頭中材料屈服強度的高應力下而發(fā)生的。在高溫應用中更為嚴重。
松弛是指材料的微觀(guān)結構在接頭內進(jìn)行重組，在一段時(shí)間內將現有的彈性變形轉化為塑性變形。與沉降或蠕變不同，夾持長(cháng)度不會(huì )改變，這使得檢測更加困難。
測量預緊力損失的一種方法是在運行一段時(shí)間后測量螺栓長(cháng)度，并在擰緊后立即與螺栓長(cháng)度進(jìn)行比較， 然而，這不會(huì )檢測到松弛，這使得它更成問(wèn)題。
疲勞失效是螺栓和夾緊零件的永久性損壞或變形。它是由于預緊力損失導致接頭開(kāi)口引起的。
避免疲勞的關(guān)鍵是良好的設計，近年來(lái)，由于許多連接的需求的增加和輕質(zhì)材料使用的增加，設計變得越來(lái)越重要。重要的是，不僅要關(guān)注螺栓的抗拉能力，其他參數也很重要，例如彈性和剛度。
正確的接頭設計是實(shí)現高預緊力的同時(shí)，還應保持夾持物體高摩擦水平，從而在整個(gè)壽命使用期間具有高防滑性。隨著(zhù)性能的提高和接頭重量的減輕，其他失效機制變得越來(lái)越重要。旋轉松動(dòng)和非旋轉松動(dòng)的機制在輕量化設計中越來(lái)越常見(jiàn)。
根據螺栓的應用以及預緊力損失的原因，通常有多種設計來(lái)優(yōu)化螺栓連接。
在存在熱載荷的情況下，可以通過(guò)選擇具有相等熱膨脹系數的材料來(lái)優(yōu)化接頭。為了最大限度地減少沉降并在運行過(guò)程中保持高預緊力，可以降低接觸面之間的粗糙度。減小孔徑或齒形表面等措施有助于最大限度地減少相對位移。
一般來(lái)說(shuō)，一個(gè)好的螺栓連接由非常有彈性的螺栓和非常堅硬的夾持部件組成，可通過(guò)不同方法實(shí)現這一點(diǎn)。一種方法是設計具有較長(cháng)的夾持長(cháng)度；也可以通過(guò)使用更多更小的螺栓來(lái)更改設計。
總體而言，實(shí)現最佳螺栓連接涉及考慮多個(gè)變量和設計選項。