螺栓连接松动主要由振动、预紧力不足、材料蠕变等因素引起，而疲劳失效则与交变载荷、应力集中、表面缺陷及腐蚀环境密切相关。以下为详细分析：

螺栓连接松动的主要原因

1. 振动与动态载荷

• 机理：持续振动导致螺栓与连接件间产生微小滑动，逐渐抵消螺纹摩擦力，*终引发松动。

• 案例：风力涡轮机叶片螺栓因长期振动松动，导致叶片与轮毂分离。

2. 初始预紧力不足

• 影响：预紧力不足时，夹紧力无法抵抗外部载荷，连接件发生相对位移，加速松动。

• 数据：预紧力损失超过30%时，螺栓松动风险显著增加。

3. 嵌入与松弛

• 嵌入：连接初期，接触面微观塑性变形导致预紧力损失（软材料如复合材料更明显）。

• 松弛：长期高应力下材料蠕变或应力松弛，进一步降低夹紧力。

4. 温度变化与热膨胀

• 热应力：螺栓与连接件材料热膨胀系数差异导致温度变化时产生附加应力，可能引发松动。

• 高温影响：垫圈在高温下蠕变加速，夹紧力损失更快。

5. 冲击载荷

• 瞬时失效：突发冲击载荷超过预紧力摩擦力，导致螺栓瞬间滑动松动。

螺栓疲劳失效的主要条件

1. 交变载荷与应力集中

• 应力集中区域：螺纹根部、螺栓头与螺杆过渡处为疲劳裂纹高发区。

• 数据：螺纹牙谷应力集中系数每降低40%，疲劳强度可提升20%。

2. 表面缺陷与粗糙度

• 缺陷影响：表面划痕、凹坑或粗糙度增加显著降低疲劳强度。

• 案例：螺纹表面粗糙度从Ra0.08μm增至Ra0.63μm，疲劳强度下降33%。

3. 材料缺陷与冶金质量

• 夹杂物：钢材中粗大夹杂物破坏材料连续性，成为疲劳裂纹源。

• 脱碳层：表面脱碳层在滚丝过程中被挤压到螺纹顶部，形成薄弱区域。

4. 腐蚀环境

• 腐蚀加速疲劳：腐蚀产物导致局部应力集中，加速裂纹扩展。

• 试验数据：盐雾腐蚀150天后，螺栓疲劳寿命降低50%以上。

5. 装配与使用因素

• 预紧力不足：导致螺栓承受额外动载荷，加速疲劳失效。

• 螺纹配合：螺纹牙型不一致或过度拧紧可能引发疲劳问题。

预防措施建议

1. 控制预紧力

• 使用扭矩扳手或角度控制法确保预紧力达标，定期检查并补拧。

2. 优化螺纹配合

• 选择合适螺纹类型（如圆弧牙谷螺纹），控制螺纹配合牙数及粗糙度。

3. 选用高疲劳强度材料

• 避免使用含粗大夹杂物的钢材，优化热处理工艺（如滚压螺纹后避免热处理）。

4. 改善表面质量

• 采用滚压螺纹工艺降低表面粗糙度，避免冷镦后不再加工导致的表面缺陷。

5. 采取防松措施

• 涂胶、使用弹簧垫圈或尼龙嵌件螺母，高温环境选用耐蠕变垫圈。

6. 定期检测与维护

• 关键部位用染料渗透剂或X射线检测裂纹，及时更换失效螺栓。

通过综合控制设计、材料、工艺及使用维护环节，可有效预防螺栓连接松动与疲劳失效，确保机械连接的安全性与可靠性。