螺纹连接因其结构简单、连接可靠、拆装方便等优点,已经广泛运用于航空航天、轨道交通、机车车辆、建筑、医疗等行业中。在一些安全领域中,一旦出现螺纹连接的松、脱、掉、裂等问题,造成的结果将会是灾难性的。在许多工业应用中,螺纹连接松动造成的设备失效、密封泄漏、环境噪音等问题也一直困扰着人们。螺纹连接在振动、冲击的条件下容易产生连接失效现象,造成松动的振动激励类型有轴向和横向,但主要是横向振动引起的。因此,研究横向振动下螺纹连接的松动过程和防松装置具有非常重大的科学意义,对工业使用和安装螺纹连接具有重要的指导作用。本文首先通过三维建模并在ANSYS workbench平台进行了横向振动下不同预紧力、不同横向振动幅值、不同振动频率、不同螺纹间摩擦系数、不同螺母支承面间摩擦系数条件下的松动过程研究。发现螺纹连接松动过程分为两个阶段,第一阶段表现为夹紧力的迅速衰减,而第二阶段夹紧力以相对稳定的速率衰减。同时发现,预紧力大小、横向振动幅值、不同螺纹间摩擦系数、不同螺母支承面间的摩擦系数均对连接的松动规律产生影响,而横向振动频率不是影响松动的主要原因。其次,通过使用Junker横向振动试验机研究了横向振动下螺纹连接的松动规律,发现松动的两个阶段与仿真分析一致。同时研究了不同预紧力、横向振动幅值、振动频率、表面涂层、不同金属基材、不同使用次数对螺纹连接松动的影响,对前三圈螺纹表面的形貌进行了分析,发现这些初始条件对螺纹连接的松动过程表现出不一样的影响。在工程实际应用中通过改变初始条件实现螺纹连接的防松效果是比较困难的,这些参数只能在一定的范围内提高其防松效果,但不能从根本上解决防松问题。所以,通过使用防松装置的方法达到理想的防松效果是目前通用的方法。本文研究了目前轨道交通经常使用的弹垫+平垫、偏心式防松螺母、弹簧嵌入式防松螺母、尼龙嵌入式防松螺母在钢基材和铝基材下预紧力分别为12k N和20k N的松动过程,发现它们在不同条件下均表现出了不同的防松效果。因此,对防松装置的使用要结合工程实际情况。最后,鉴于双叠自锁防松装置是用压力代替摩擦力的防松方法,其可行性和防松性能对紧固件的发展具有突出的意义。本文对其进行了ANSYS有限元分析,发现其在低扭矩、大横向振动幅值条件下具有明显的防松效果。但是在Junker横向振动试验机上实验时,该装置并没有表现出良好的防松效果。因此,本文提出了两个优化方案,第一个优化方案是通过制备热可逆修复的EPDM橡胶改善大齿面的阻尼性能并赋予其一定的减震降噪性能,该功能性橡胶的制备是在MAH-g-EPDM弹性体上引入氢键和金属配位键,配合硫化特性,提升了橡胶基体的强度,同时使材料获得一定的热可逆修复性能。第二个优化方案是通过改变小齿面与螺母的接触方式,确保螺母和与其相配合的垫圈保持一致的运动,保证双叠自锁防松垫圈起到良好的防松效果。这两种优化方案在横向振动实验中均表现出了良好的防松效果。