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北京理工大学刘检华教授团队：螺纹连接松动机理和防松方法研究综述丨JME文章推荐

来源：花匠小妙招时间：2026-01-06 10:07

　　引用论文

　　巩浩, 刘检华, 冯慧华. 螺纹连接松动机理和防松方法研究综述[J]. 机械工程学报, 2022, 58(10): 326-347,360.

　　GONG Hao, LIU Jianhua, FENG Huihua. Research Review on Loosening Mechanisms and Anti-loosening Methods of Threaded Fasteners[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2022, 58(10): 326-347,360.

　　螺纹连接是对各种螺纹紧固件连接形式的统称，同焊接、铆接、粘接等连接方式相比，螺纹连接具有拆卸方便、互换性强、造价低廉、可重复使用等优点。螺纹连接在各种机械产品中得到了广泛应用，据统计，机械制造行业中螺纹连接大约占所有连接方式的68%；以汽车制造为例，根据汽车产品和结构的不同，每辆汽车上的螺纹紧固件通常在3000-5000件左右，品种通常在200种以上，规格也从M4-M32不等。机械产品在服役的过程中，其服役环境有时比较恶劣，尤其是很可能暴露在振动环境中，或者机械产品本身一直处于振动状态，导致螺纹连接很容易发生松动失效。以汽车产品为例，根据美国汽车经销商服务经理的调查显示，23%的服务问题都和螺纹连接松动密切相关，甚至12%的新车都发现了螺纹连接松动。螺纹连接松动引发的各种机械问题和潜在的机械故障屡见不鲜，在军用特种车辆制造领域，松动导致的漏油、漏水、漏气是常年困扰我国军工企业的老大难问题；在民用车辆制造领域，螺纹连接的松动故障也经常出现，保时捷（中国）汽车销售有限公司曾因凸轮轴调节器上的固定螺栓松动问题，召回了已经销售的1万多量汽车。此外，螺纹连接松动导致灾难性后果的例子也不罕见，2007年，英国西北部发生了一起由螺纹松脱导致的高速列车脱轨事故，造成1人死亡，8人受伤；2010年，深圳东部华侨城大侠谷游乐项目“太空迷航”发生垮塌安全事故，造成6人死亡，10人受伤，原因是松动引发了螺栓疲劳断裂。

　　为了提高螺纹连接的防松性能，国内外学者针对螺纹连接松动机理和防松方法进行了大量研究，试图揭示螺纹松动产生的原因和完整的松动过程，并探索可靠的防松结构，从而保障机械产品的可靠性。然而，当前国内外尚缺少对这些相关研究成果的系统梳理与总结。

　　北京理工大学的巩浩, 刘检华, 冯慧华在《机械工程学报》2022年10期发表了《螺纹连接松动机理和防松方法研究综述》一文，团队对螺纹连接松动的内涵进行了阐述，并从非旋转松动和旋转松动的角度对螺纹连接松动机理的研究进展进行了归纳，接着对传统防松结构的研究现状进行了分析，评估了不同结构的防松性能和防松机理，同时总结了相关文献中提出的一些新型防松结构，在此基础上提出螺纹连接松动机理和防松方法的未来研究展望，为今后的相关研究提供参考。

　　结论

　　本文概述了螺纹连接松动机理和防松方法的研究现状，并分析得到以下四个方面的结论。

　　（1）造成非旋转松动的主要原因是界面的接触特性和螺纹连接的材料特性，在没有外部载荷作用时，非旋转松动主要受表面嵌入、蠕变和应力松弛的影响，预紧力表现为缓慢的衰退过程；当螺纹连接受到外部载荷作用时，微动磨损、应力再分布和周期性塑性变形是影响非旋转松动的主要因素，预紧力的衰退过程和载荷类型、载荷大小等因素密切相关。上述六种因素导致的预紧力衰退不可避免，为了保障可靠的连接性能，通常采用增加拧紧力矩的方式抵消可能的非旋转松动。

　　（2）周期性横向振动是导致旋转松动的主要载荷形式，当前的研究结果已经定性地揭示了横向振动条件下螺纹面和端面的局部滑移累积是产生旋转松动的主要形式。纵向振动几乎不会产生旋转松动；扭转振动只有在满足一定条件时才能产生旋转松动；弯曲振动导致旋转松动的本质类似于横向振动，即被连接件和连接件之间产生了横向相对滑移；连续的冲击载荷可能诱发严重的旋转松动；被连接件材料和连接件材料的热膨胀系数差异较大时，交变温度载荷也将产生明显的旋转松动。

　　（3）传统防松结构主要分为端面摩擦扭矩防松、螺纹面摩擦扭矩防松、张力锁紧防松、不可拆卸防松和机械锁紧防松。端面摩擦扭矩防松和螺纹面擦扭矩防松通常比普通螺纹连接更难拧紧，即产生相同预紧力需要更大拧紧力矩，端面摩擦扭矩防松可能由于端面材料磨损使防松性能下降或消失。张力锁紧防松尽管能有效防松，但在实际应用时需要注意垫圈磨损和螺纹滑丝等问题。不可拆卸防松和机械锁紧防松具有可靠的防松效果，但前者主要应用在不需要拆卸的场合，后者增加了螺纹连接重量，制造和安装成本比较高。

　　（4）新型防松结构主要分为螺纹面摩擦扭矩防松、张力锁紧防松、螺纹面凹凸配合防松和新材料防松，这些防松结构尽管在实验或仿真中表现出了一定的防松效果，但仍然存在一些实际应用问题，限制了其在工程领域的推广。GONG等最近提出的通过抑制螺纹面局部滑移累积的新型防松结构，已经被证明不仅具有优异的防松性能，而且易于拧紧和拆卸，表现出了巨大的工程应用价值。

　　为了进一步提高螺纹连接的可靠性，未来仍然需要从以下几个方面对螺纹连接的松动机理和防松方法作进一步研究。

　　（1）现有的研究中，已经有学者通过理论建模定性地描述了局部滑移的累积过程，但是提出的模型做了很多假设，实际的接触摩擦行为更加复杂，因此，利用或者发明先进的实验设备真实地观测实际接触界面的局部滑移累积过程，是未来进一步研究螺纹连接松动机理需要突破的重要方向。

　　（2）根据局部滑移累积的定性规律，建立振动条件下螺纹预紧力衰退的定量模型，该模型囊括各种影响因素，例如摩擦系数、材料特性、螺纹直径等，根据该理论模型定量计算螺纹连接松动的临界条件，从而指导螺纹连接的防松设计，具有重要工程应用价值。

　　（3）现有的防松结构，包括论文中提出的一些新型防松结构，主要靠摩擦防松或者张力锁紧防松，存在安装拆卸不方便、螺纹强度差、易大变性或者受温度影响显著等缺点，最新提出的抑制局部滑移累积的新型防松结构也存在加工困难、容易受塑性变形影响等不足。因此，如何克服上述缺点，设计出易加工、易安装拆卸，而且防松性能优越的新型防松结构，是未来防松方法研究的重要方向。

　　前景与应用

　　为了使学者们充分了解松动机理和防松方法的研究进展，推动相关问题的深入研究，在阐述螺纹连接松动内涵的基础上，提出将螺纹连接松动分为非旋转松动和旋转松动两个类型，并从非旋转松动和旋转松动两个方面对螺纹连接松动的相关研究进展进行了综述，提高了学者和工程人员对松动机理的理解；同时从传统防松结构和新型防松结构两个方面，对螺纹连接防松方法的相关研究进展进行了综述，为防松结构的选择和新型防松结构研制奠定了基础。

　　主创简介

　　刘检华，博士、北京理工大学教授、博士生导师、研究生院副院长，先进加工技术国防重点学科实验室和非硅微纳制造工信部重点实验室副主任。国家青年拔尖人才，国家智能制造专家委员会委员，国防科技工业科技委委员，中国图学学会常务理事。主要从事数字化制造、精密装配等方向的研究，发表学术论文300余篇（其中SCI收录90余篇，另有EI收录100余篇），授权国家发明专利70余项，获批国家软件著作权30余项，获国家科技进步二等奖1项，国防科技进步一等奖和机械工业科学技术发明一等奖等省部级科技奖励6项。