本发明专利技术公开了一种能检测螺栓预紧力及螺杆弯曲状态的无线智能螺栓，包括螺栓主体，拉杆，弹性体，应变片，集成电路板，供电装置，电路板支撑件和密封罩。螺栓主体中心设有一定深度和直径的中心孔，中心孔中布置有拉杆，拉杆的一端与螺栓主体中心孔底部固接，拉杆的另一端与弹性体保持接触，弹性体固定于螺栓主体的端部，应变片布置于弹性体变形部位。集成电路板中集成有温度传感器以及信号处理、控制、无线传输单元，并由供电装置对其进行供电。本发明专利技术通过在螺杆中心内置拉杆来驱动弹性体的变形的方式可准确的检测出螺栓预紧力的大小。无线传输功能可使智能螺栓应用更方便。本发明专利技术结构新颖，设计巧妙，易于实现，零部件少，稳定可靠，能对螺栓连接预紧力进行实时在线监测，减少由于螺栓连接失效导致的设备故障和安全隐患，拥有广泛的应用前景。
【技术实现步骤摘要】
一种能检测螺栓预紧力及螺杆弯曲状态的无线智能螺栓
本专利技术属于工业及结构健康监测
，具体涉及一种能检测螺栓预紧力及螺杆弯曲状态的无线智能螺栓。
技术介绍
螺栓连接在各个
中都有着非常广泛的应用。被连接件由于长时间的交变载荷、振动、冲击、疲劳和锈蚀等各种因素的作用，螺栓连接容易松动、过载、甚至断裂。螺栓连接一旦失效，可能造成难以估量的经济损失甚至危及人员生命安全。因此，对关键零部件的螺栓连接进行实时在线的螺栓预紧力监测非常重要。螺栓的预紧力监测主要是检测螺栓当前沿轴向方向的预紧力。预紧力的大小与工件安装时的拧紧扭矩、被连接件的材料特性、螺栓和工件接触面摩擦力等相关。合适的预紧力是保证整个设备或零部件安全可靠工作的前提。智能螺栓可实时感知预紧力的大小，在设备运行中，一旦预紧力值超出预定范围，能发出预警，及时的对连接部件进行检修，防止事故发生。螺栓预紧力监测现状：目前对螺栓预紧力进行测量的方式多种多样，如在螺栓内部埋入光纤检测螺栓预紧力的智能螺栓，有使用超声波法监测螺栓长度的智能螺栓，也有通过将传感装置安装在垫片上间接测量螺栓预紧力的环形垫圈传感器。还有一种是在螺栓内部埋入应变片直接测量螺杆拉力的智能螺栓。采用内置光纤测量技术难度大，检测设备价格昂贵。超声波检测对螺栓两端面的平行度和表面粗糙度以及耦合层厚度的一致性要求很高，从而导致超声波检测准确度难以保证。在螺栓内部中心孔直接埋入应变片的方式在实际生产实施中非常困难，中心孔内置应变片所需的填充绑定胶会对测量产生较大的时滞，导致检测精度降低甚至失效。目前大多数智能螺栓或者智能垫片均为有线连接方式。在工程应用中，螺栓连接使用量少则几十个，多则成百上千个，采用有线连接的智能螺栓布线安装将会非常麻烦。此外，针对一些特殊环境的监测，比如旋转类机械部件和一些密封要求高的部件有线连接方式难以实施。解决以上问题成为当务之急。
技术实现思路
为解决现有智能螺栓成本高、精度低以及有线连接带来的使用不便利等问题，本专利技术提供一种能检测螺栓预紧力及螺杆弯曲状态的无线智能螺栓。为实现上述目的，本专利技术技术方案如下：一种能检测螺栓预紧力及螺杆弯曲状态的无线智能螺栓，包括螺栓主体、拉杆、弹性体、应变片、集成电路板、供电装置、密封罩。所述螺栓主体中心设有一定深度和直径的中心孔，拉杆的一端固定在中心孔中底部用于传递螺栓主体受力时中心孔底部产生的伸长或缩短位移量，拉杆的另一端与螺栓主体端部的弹性体保持接触，拉杆的移动带动弹性体产生相应的变形，弹性体产生的变形量由布置于弹性体上的应变片进行检测。采用以上内置拉杆结构方式，可有效的将螺栓主体受力时产生的伸缩变形传递到安装于螺杆端部的弹性体上，螺杆伸缩的变形量与弹性体的变形量成正比，通过适当的计算和标定，即可等效的测量出螺杆当前的预紧力。此设计结构简单，所需零部件少，易于实施，成本低廉。作为优选：所述一种能检测螺栓预紧力及螺杆弯曲状态的无线智能螺栓采用多个应变片均匀的布置于弹性体四周，从而检测不同圆周角度上弹性体的受力变形情况。弹性体不同角度方向上的变形差异主要是由于螺杆弯曲导致。通过计算分析不同角度方向上的应变片响应，可间接计算出螺杆的实际预紧力以及弯曲方向。作为优选：温度传感器集成在集成电路板中，温度传感器主要是检测当前应变片工作的环境温度，并对应变片的响应值进行温度补偿，减小测量误差。作为优选：弹性体和拉杆设计为两个个独立的零件以减少生产成本，安装时将所述两个个零件按照设计固接起来，检测螺栓主体的形变。作为优选：密封罩安置于螺栓主体的端部并将拉杆、弹性体、应变片、集成电路板、供电装置密封在内。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过内置拉杆将螺杆主体受转化为弹性体的变形的方式即可准确的检测出螺栓预紧力的大小。集成于电路系统中的无线传输模块可有效减少外部线路连接带来的使用不便，扩大了智能螺栓的应用范围。本专利技术结构新颖，设计巧妙，易于实现，零部件少，稳定可靠，能对螺栓连接预紧力进行实时在线监测，减少由于螺栓连接失效导致的设备故障和安全隐患，拥有广泛的应用前景。附图说明图1为本专利技术智能螺栓的内部结构示意图；图2为智能螺栓弹性体和拉杆结构及安装示意图；图3为智能螺栓装配示意图；图4为智能螺栓外部结构示意图。具体实施方式以下结合实施例和附图对本专利技术作进一步说明。如图1～图4所示，一种能检测螺栓预紧力及螺杆弯曲状态的无线智能螺栓，包括螺栓主体(1)，拉杆(2)，弹性体(3)，应变片(4)，集成电路板(5)，供电装置(6)，电路板支撑件(7)密封罩(8)，螺栓主体(1)中心设有一定深度和直径的中心孔，拉杆(2)的一端与螺栓主体(1)中心孔底部固接，拉杆(2)的另一端与弹性体(3)保持接触，弹性体(3)固定于螺栓主体(1)的端部，应变片(4)布置于弹性体(3)变形部位。集成电路板(5)中集成有温度传感器、信号处理、控制以及无线传输单元，集成电路板(5)的可由供电装置(6)对其进行供电。在实际应用中，拉杆(2)伸出端可设计成多分枝结构形式，每个分支与弹性体(3)保持充分接触，弹性体(3)也响应的设计成多分枝结构形式。应变片(4)安置在弹性体变形的部位并与拉杆(2)接触位置及方向相对应。应变片(4)的电压输出通过集成电路(5)进行分析运算，最终转换为当前螺栓连接的预紧力值。所设计的智能螺栓有多种工作模式，其中一种为异常值返回运行模式，在该运行模式下，当预紧力值超出设定的阈值范围时，集成电路(5)中的无线通信模块启动并将预紧力值连同当前螺栓的身份代码发送到接收终端，接收终端将对智能螺栓返回的异常值进行分析处理，以判定螺栓连接是否失效，此运行模式能耗低。另一种模式为无线通信终端请求读取数据模式，该模式运行下，接收终端发送读取数值信号给智能螺栓，来读取当前以及历史预紧力的值。还有一种运行模式为智能螺栓自动实时反馈预紧力值给接收终端，该运行模式下智能螺栓运行能耗较高。最后需要说明的是，上述描述仅仅为本专利技术的优选实施例，并不能对本专利技术进行限定，本领域的普通技术人员在本专利技术的启示下，在不违背本专利技术宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本专利技术的保护范围之内。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种能检测螺栓预紧力及螺杆弯曲状态的无线智能螺栓，包括螺栓主体(1)，拉杆(2)，弹性体(3)，应变片(4)，集成电路板(5)，供电装置(6)，电路板支撑件(7)密封罩(8)。其特征在于：所述螺栓主体(1)中心设有一定深度和直径的中心孔，中心孔中布置有拉杆(2)，所述拉杆(2)的一端与螺栓主体(1)中心孔底部固接，拉杆(2)的另一端与弹性体(3)保持接触，弹性体(3)固定于螺栓主体(1)的端部，应变片(4)布置于弹性体(3)的变形部位。集成电路板(5)和供电装置(6)通过支撑杆(7)固定于螺杆主体(1)端部，集成电路板(5)与应变片(4)有电路连接。
【技术特征摘要】
1.一种能检测螺栓预紧力及螺杆弯曲状态的无线智能螺栓，包括螺栓主体(1)，拉杆(2)，弹性体(3)，应变片(4)，集成电路板(5)，供电装置(6)，电路板支撑件(7)密封罩(8)。其特征在于：所述螺栓主体(1)中心设有一定深度和直径的中心孔，中心孔中布置有拉杆(2)，所述拉杆(2)的一端与螺栓主体(1)中心孔底部固接，拉杆(2)的另一端与弹性体(3)保持接触，弹性体(3)固定于螺栓主体(1)的端部，应变片(4)布置于弹性体(3)的变形部位。集成电路板(5)和供电装置(6)通过支撑杆(7)固定于螺杆主体(1)端部，集成电路板(5)与应变片(4)有电路连接。2.根据权利要求1所述的一种能检测螺栓预紧力及螺杆弯曲状态的无线智能螺栓，其特征在于：所述弹性体(3)固定于螺杆非螺纹端的端部，所述拉杆(2)一端固定于螺栓主体(1)中心孔的底部，拉杆(2)另一端与弹性体(3)连接，螺栓主体(1)由于受外力作用产生轴向伸长或缩短，螺栓主体(1)的伸缩变形带动拉杆(2)沿中心孔轴向...
【专利技术属性】
技术研发人员：罗洋，罗远新，李奇敏，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50
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