一种带预紧力指示的力致发光型智能螺栓制造技术

本专利公开了一种带预紧力指示的力致发光型智能螺栓，是一种能在装配过程中指示预紧力并在安装使用后对预紧力衰减示警的力致发光型智能螺栓。所述智能螺栓包括普通螺栓和力致发光型材料涂层；将力致发光型材料固化在螺栓头表面并且为圆环状，在安装过程中，当预紧力达到目标值时，涂层外环便发光提示；安装后的使用过程中，随着预紧力的衰减涂层发光圆环半径逐渐减小，当接近涂层内环或者发光圆环消失时则需重新拧紧，从而完成预紧力安装指示和衰减示警两项功能。本专利的智能螺栓便于批量生产和保证一致性，现场实用性强且无需破坏螺栓内部结构，具有无损、精度高等有益效果。

A kind of intelligent bolt with pre tightening force indication

The invention discloses a force-induced luminous intelligent bolt with pre tightening force indication, which is a force-induced luminous intelligent bolt that can indicate the pre tightening force in the assembly process and warn the pre tightening force attenuation after installation and use. The intelligent bolt comprises a common bolt and a coating of a force-induced luminous material; the force-induced luminous material is solidified on the surface of the bolt head and is a circular ring, during the installation process, when the preload reaches the target value, the outer ring of the coating will light up; during the use process after the installation, the radius of the luminous ring of the coating will gradually decrease with the attenuation of the preload, when it is close to the inner ring of the coating or the luminous ring When the ring disappears, it needs to be tightened again, so as to complete the two functions of pre tightening force installation indication and attenuation warning. The intelligent bolt of the patent is convenient for mass production and consistency, has strong field practicability and does not need to destroy the internal structure of the bolt, and has the beneficial effect of non-destructive and high precision.

【技术实现步骤摘要】
一种带预紧力指示的力致发光型智能螺栓
本技术涉及土木工程和机械设备等紧固连接领域，特别涉及一种高端紧固件装配过程中安装预紧力指示与安装后预紧力衰减示警。
技术介绍
螺栓连接广泛运用于机械、土木、能源和航空航天工程等领域。目前，螺栓现场装配是通过监测拧紧螺栓时的扭矩值来控制螺栓预紧力的大小，在拧紧过程中，输入的能量只有大约10%转化为螺栓的预紧力，而其它约90%的能量被螺纹牙面摩擦和螺母与被连接件的接触端面摩擦损耗，因此，牙面和端面摩擦系数即使有微小的波动，也将导致螺栓拧紧后产生一定的差异，预紧力一致性较差；虽然采用扭矩—转角法能够在一定程度上改善预紧力的一致性，但在拧紧过程中的扭矩段，仍会因端面和牙面摩擦系数的差异性导致实际预紧力与目标预紧力产生一定偏差。综上所述，如何准确控制螺栓拧紧预紧力是现场装配中急需解决的问题。本专利技术提出的力致发光型智能螺栓尚未见相关文献。现场实际应用的测试技术主要有以下几种：（1）CN104568282B《一种测试螺栓预紧力的装置及其控制方法》、CN103616118B《螺栓及其预紧力的检测系统、控制方法》及CN104075831A《一种高强度螺栓预紧力测量装置》等专利公开了通过应变片测量螺栓预紧力的方法，该方法需要在每一个被测螺栓的螺杆上贴多个应变片，工序繁琐，同时螺栓与被连接件之间要留出足够的空间布置引线。该方法对螺栓有一定的损伤，且无法满足现场批量装配。（2）CN1156679C《超声波螺栓紧固力测试装置》、CN105115652A《一种利用主动超声导波定量化监测螺栓预紧力矩的方法》等专利公开了依据超声波在不同应力状态的螺栓内部传播速度不同的原理实现螺栓预紧力的测量。该方法需要对螺栓两个端面进行预处理，测量时需要耦合剂并且测量精度受操作者影响较大。（3）CN103323170B《一种螺栓组连接的预紧力测量系统及方法》、CN204286667U《一种螺栓预紧力测量装置》等公开了在螺栓与被连接件间安装压力传感器直接测量螺栓预紧力，但是该方法适合检测、实验验证，不适于实际装配，因为安装压力传感器将影响被连接件的刚度，同时也影响结合面压力分布及使用过程的可靠性。此外，也可用千分表测长仪和激光传感器直接测量螺栓伸长量，但在实际应用中都存在限制。然而对于安装后在使用过程中的螺栓预紧力衰减问题，也有部分通过超声波测量、环形压电陶瓷检测等方法解决，但是在施工和安装存在一定的局限性。
技术实现思路
鉴于现有技术在现场螺栓装配应用中预紧力实时检测方面存在的不足，以及安装后的使用过程中预紧力衰减很难准确测量等问题,本专利提供一种能在装配过程中指示预紧力并在安装使用后对预紧力衰减示警的智能螺栓，即一种带预紧力指示的力致发光型智能螺栓。本技术采用如下的技术方案：一种带预紧力指示的力致发光型智能螺栓，包括螺栓和力致发光型材料涂层；所述的力致发光型材料涂层在受到挤压、拉伸和摩擦等外力时便会产生持续亮光，当外力变小或消失时亮光熄灭，并且，所述的力致发光型材料涂层产生亮光时所需外力值要不大于安装预紧力目标值；所述的力致发光型材料涂层固化在普通螺栓的螺栓头表面。进一步的，固化在螺栓头表面的力致发光型稀土涂层为圆环形状，包括预紧力衰减示警用的涂层内环和指示安装预紧力用的涂层外环，涂层内环对应预紧力最小报警值，而涂层外环对应安装预紧力目标值。进一步的，所述力致发光型材料涂层通过涂覆或薄膜的方式固化于螺栓的螺栓头表面。进一步的，所述力致发光型材料涂层的形状根据具体使用需求设计。再进一步的，所述力致发光型稀土涂层的形状为圆环形、缺口的圆环形、圆形、长方形、中空的长方形、正方形、中空的正方形、六边形、中空的六边形、其它等边或中空的等边形状。进一步的，所述力致发光型材料涂层是以稀土铝酸盐、钛酸盐为体系的力致发光型材料。与超声波、应变片及千分尺测长仪等预紧力测量方法相比，本专利技术具有以下优点：（1）本专利技术的智能螺栓便于批量生产和保证一致性，现场实用性强；不需借助任何测量装置和方法，甚至不需要力矩扳手；在狭窄黑暗的空间安装更能发挥其优势。（2）本专利技术的智能螺栓集安装预紧力指示和使用过程中预紧力衰减示警两项功能于一体，且对不需要对现有安装工况和结构做任何改变，具有普适性。（3）无需破坏螺栓内部结构，具有无损、精度高等特点。附图说明图1为螺栓头表面固化圆环形力致发光型材料涂层的螺栓结构俯视图。图2为图1的A-A剖面图。图3为螺栓头表面应力分布曲线。图4为螺栓头表面固化圆形力致发光型材料涂层的螺栓。图5为螺栓头表面固化圆环形力致发光型材料涂层的螺栓。图1-5中：1、螺栓，2、力致发光型材料涂层，2-1、涂层内环，2-2、涂层外环。具体实施方式下面结合附图及实施例对本专利技术做更进一步的解释。如图1所示。本专利的力致发光型智能螺栓，包括普通螺栓1和力致发光型材料涂层2。利用力致发光型材料涂层受力会发光这一特性，将力致发光型材料通过表面处理涂覆或薄膜等工艺固化在螺栓头表面并且为圆环状，当对螺栓施加预紧力时，螺栓头会发生变形，呈现如图2所示的“碗状”，螺栓头中心凹陷变形较大，相应的应力值也较大，而螺栓头边缘变形较小，应力值也相对小，其应力值分布趋势如图3所示。螺栓头的变形会对涂覆在表面的力致发光型材料涂层2产生挤压等作用力，进而使力致发光型材料涂层2产生亮光。实施例1一种带预紧力指示的力致发光型智能螺栓，如图4所示，包括螺栓1和力致发光型材料涂层2；所述的力致发光型材料涂层2在受到挤压、拉伸和摩擦等外力时便会产生亮光，外力变小或消失时亮光熄灭，所述的力致发光型材料涂层2产生亮光时所需外力值不大于安装预紧力目标值；所述的力致发光型材料涂层2涂覆在螺栓1的螺栓头表面，且所述力致发光型材料涂层2为圆形，其中，所述力致发光型材料涂层2是以稀土铝酸盐、钛酸盐为体系的力致发光材料，如MgAl11O19:Ce3+,Tb3+。在安装过程中，随着预紧力的不断增加，螺栓头变形逐渐增大，当预紧力达到一定值时，即力致发光型材料涂层2的预紧力发光值，力致发光型材料涂层2产生亮光，随着预紧力进一步增加，亮光半径会不断增大，直至安装预紧力达到安装预紧力目标值。在安装后的使用过程中，由于振动、温度等因素致使螺栓预紧力会不断降低，此时力致发光型稀土涂层2的亮光半径会逐渐变小，直至衰减至设定的最低值，最低值可以设置为亮光消失时的预紧力值，也可以是光亮半径减弱到一定程度时的预紧力值，此时需要对螺栓1进行检查和重新拧紧。实施例2一种带预紧力指示的力致发光型智能螺栓，如图1、5所示，包括螺栓1和力致发光型材料涂层2；涂覆在螺栓头表面的力致发光型材料涂层2为圆环形状，如图1、5所示，包括涂层内环2-1和涂层外环2-2，其中涂层内环2-1对应预紧力最小报警值，而涂层外环2-2对应安装预紧力目标值；所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带预紧力指示的力致发光型智能螺栓，包括螺栓(1)，其特征在于还包括力致发光型材料涂层(2)；所述的力致发光型材料涂层(2)在受到挤压、拉伸和摩擦外力时便会产生亮光，外力变小或消失时亮光熄灭，并且，所述的力致发光型材料涂层(2)产生亮光时所需外力值要不大于安装预紧力目标值；所述的力致发光型材料涂层(2)固化在螺栓(1)的螺栓头表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种带预紧力指示的力致发光型智能螺栓，包括螺栓(1)，其特征在于还包括力致发光型材料涂层(2)；所述的力致发光型材料涂层(2)在受到挤压、拉伸和摩擦外力时便会产生亮光，外力变小或消失时亮光熄灭，并且，所述的力致发光型材料涂层(2)产生亮光时所需外力值要不大于安装预紧力目标值；所述的力致发光型材料涂层(2)固化在螺栓(1)的螺栓头表面。


2.根据权利要求1所述的智能螺栓，其特征在于：固化在螺栓头表面的力致发光型材料涂层(2)为圆环形状，包括涂层内环(2-1)和涂层外环(2-2)，其中涂层内环(2-1)对应预紧力最小报警值，而涂层外环(2-2)对应安装预紧力目标值。


3.根据权利要求1或2所述的智能螺栓，其特征在于：所述力致发光型材...

【专利技术属性】
技术研发人员：田文广，黄鑫，
申请(专利权)人：烟台中天连接技术研究院，
类型：新型
国别省市：山东;37