一种多功能紧固特性测试螺栓制造技术

本发明专利技术公开一种多功能紧固特性测试螺栓，包括：螺栓、端帽、敏感单元；螺栓内部设置螺栓内孔，其深度大于螺栓螺帽的长度，分为顶部内孔、中段内孔和底部内孔；敏感单元包括端部、柱段和导向段，端部上平面与端帽接触配合，端部下平面沿轴向均布若干组应变片，所述若干组应变片进一步分别与对应的信号线相连，可同时监测轴向力和力矩。所述的柱段和导向段，用以深入至螺栓内孔；所述端帽的端帽螺纹和螺栓螺纹连接，在旋紧力的作用下，端帽与敏感单元压紧，敏感单元通过柱段及导向段与螺栓的底部内孔压紧。本发明专利技术未改变原有螺栓的结构，不影响其安装使用，且能实时反馈螺栓承受的力和力矩。且能实时反馈螺栓承受的力和力矩。且能实时反馈螺栓承受的力和力矩。

【技术实现步骤摘要】
一种多功能紧固特性测试螺栓


[0001]本专利技术公开一种多功能紧固特性测试螺栓，属于机械结构的连接
，具体涉及到螺栓的预紧力及轴向力的测试及监测方法。

技术介绍

[0002]螺栓连接具有受力和抗震性能好、连接强度高、抗疲劳、结构简单等优点，因拆卸方便和成本较低，广泛应用于各类工程实际中，如铁路、航空、船舶等众多行业。正因如此，螺栓对工程构件的可靠性以及安全性有着重要的影响，螺栓失效会造成重大经济损失，甚至造成人员伤亡。
[0003]螺栓安装时通常要满足预紧力的要求，常见螺栓连接传递横向载荷就是通过预紧力使被连接件接触面间产生相应的正压力，从而使接触面间产生摩擦阻力来达到传递横向载荷的目的。螺栓预紧力的大小是影响结构安全性和可靠性的重要因素。选用较大的预紧力对螺纹连接的可靠性以及连接件的疲劳强度都是有利的，但过大的预紧力会使螺栓在装配或偶然过载时被拉断，导致螺栓连接结构发生失效。
[0004]然而，螺栓的连接状态由操作人员、扭紧工具、扭紧方法、连接件材料等因素共同决定。此外，因受到振动、冲击、温度变化等因素的影响，螺栓连接状态会发生相应变化，有可能使连接结构失效。为此，在使用螺栓连接的重要场合，应格外关注螺栓连接状态，在安装过程中实时监测预紧力；安装完成后，应随机、定期对螺栓轴向力(预紧力)进行检测，以确保螺栓连接的稳定可靠。
[0005]工程中通常采用扭矩法、转角法等间接方法实现螺栓轴向力的控制，达到紧固连接件的目的，但由于扭矩系数不是常数，导致机械连接结构中轴向力分散性大，进而影响结构的整体可靠性。另外，结构中的螺栓连接通常是包含多个螺栓的螺栓组，其拧紧工艺增加了拧紧顺序、复拧次数等因素，使用扭矩法、转角法对螺栓组轴向力的控制更加困难。通过直接测量螺栓的轴向力可以快速有效地对螺栓的拧紧状态进行感知和评估。
[0006]目前测量螺栓轴向力有测力垫片、超声波法以及应变测量法。测力垫片需要根据空间和螺栓尺寸特制传感器，过程较繁琐，成本较高；超声波法根据超声波时间与速度，计算螺栓伸长量，依据螺栓的轴向刚度计算螺栓的轴向力，该方法测量的准确度与螺栓端面的平面度、平行度等因素有关，准确度不高；应变测量法是最直观的方式，即使用应变测试螺栓片直接的应变，从而得到轴向力。应变测量法又分为直接贴装和间接测量法，直接贴装法是在螺栓外部贴装应变片，但在实际安装中无法使用；间接测量法采用弹性元件置于螺栓内部，并与螺栓应变建立关系，从而通过敏感元件获取螺栓轴向力，但应变测量方法的实现结构往往比较复杂。
[0007]公布号为CN106872092A的专利技术专利一一种测力螺栓及轴向力的测试方法，在螺栓内孔内安装接有应变片的芯体，芯体与主体螺栓紧密固定，可以直接通过芯体上的应变片得到应变值，测得螺栓的轴向力值。该方法可以测得轴向力，但芯体的体积影响到螺栓内孔直径，即影响到螺栓的轴向力载荷。另外，该专利技术对安装要求较高。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的部分不足，提供螺栓轴向力(或预紧力)测试所需要的一种多功能紧固特性测试螺栓，解决传统螺栓无法测试紧固力，现有技术结构复杂，测试功能单一、不稳定的问题。
[0009]本专利技术提出的多功能紧固特性测试螺栓，利用现有螺栓结构，在其内设置敏感单元，利用端帽施加预紧力，将螺栓的受力与敏感单元建立联系，当螺栓旋紧，敏感单元可监测到螺栓轴力和力矩，以此判断螺栓的紧固状态和受力情况。本专利技术未改变原有螺栓的结构，不影响其安装使用，且能实时反馈螺栓承受的力和力矩。
[0010]一种多功能紧固特性测试螺栓，包括：螺栓、端帽、敏感单元；
[0011]所述的螺栓为通用紧固件，可根据实际使用情况选择不同规格。螺栓内部设置了螺栓内孔，其深度大于螺栓螺帽的长度。螺栓内孔分为顶部内孔、中段内孔和底部内孔，其中顶部内孔用于在敏感单元安装时提供一定导向作用。
[0012]所述敏感单元是本专利技术的核心部件，用于感知螺栓受到的外界作用力。敏感单元包括端部、柱段和导向段，端部上平面与端帽接触配合，端部下平面沿轴向均布若干组应变片，所述若干组应变片进一步分别与对应的信号线相连，可同时监测轴向力和力矩。所述的柱段和导向段，用以深入至螺栓内孔，其中导向段与螺栓内孔的底部内孔直接接触，用于防止敏感单元倾斜，并起到一定固定作用；
[0013]进一步的，所述的敏感单元端部上平面与端帽之间，还设置有润滑层，用以减低与端帽间的摩擦力，方便紧固安装。所述润滑层可以为润滑性强的陶瓷、特氟龙、铜等材料。
[0014]所述的端帽为中空结构，所述端帽设置有内螺纹，与螺栓螺纹配合形成容置空间用于容置且保护敏感单元；
[0015]进一步的，所述端帽的侧壁设置有端帽槽，为通槽结构。用于供信号线从其中引出，并与外部的变送器及信号采集系统相连。
[0016]进一步的，端帽的顶端设置有凹槽以形成紧固端，主要用于提供旋紧工具的施力空间。
[0017]所述端帽的端帽螺纹和螺栓螺纹连接，在旋紧力的作用下，端帽与敏感单元压紧，敏感单元通过柱段及导向段与螺栓的底部内孔压紧。上述旋紧力是通过外部工具施加在端帽的紧固端，凹槽提供了施力空间。当端帽与敏感单元压紧时，润滑层起到了减轻摩擦的作用，进而降低了操作难度。
[0018]如上所述，当端帽与螺栓旋紧后，敏感单元通过柱段、导向段与螺栓底部建立了连接关系，此时敏感单元受力为端帽和螺栓间的预紧力。当外部力作用在螺栓上，螺栓的柱段被拉伸，敏感单元的柱段释放一定力，敏感单元的受力由其上的应变片实时监测，因此可测试螺栓的受力。
[0019]本专利技术提供的一种多功能紧固特性测试螺栓，是螺栓紧固力及连接部件受力测试的关键工具，对螺栓连接件的可靠性监测具有实际意义。本专利技术可实现螺栓紧固过程的紧固力测试、螺栓紧固后的轴力监测、力矩监测等。本专利技术具有明显的优势：
[0020](1)本专利技术未改变螺栓的原有螺纹结构，与原有使用状态一致，对螺栓的安装使用无特殊要求；
[0021](2)本专利技术功能多样，可测试螺栓的紧固力、轴力、外力矩等参数，可实现紧固过程
及使用过程中的可靠性监测；
[0022](3)本专利技术的集成度高，使用方便，设置有润滑层，对安装的要求低；
[0023](4)本专利技术对敏感元件的柱段和导向段直径无特殊要求，即螺栓的螺栓内孔可以为较小值，对螺栓的轴向载荷能力影响较小；
[0024](5)本专利技术适用于不同规格的螺栓，可实现不同结构的状态监测。
附图说明
[0025]图1多功能测试螺栓整体结构主视图
[0026]图2螺栓主视图
[0027]图3敏感单元主视图
[0028]图4敏感单元仰视图
[0029]图5端帽主视图
[0030]图6端帽左视图
[0031]图7端帽俯视图
[0032]1螺栓；2信号线；3端帽槽；4端帽；5润滑层；6敏感单元；7凹槽；8应变片；9端帽螺纹；10螺栓螺纹；11螺栓内孔；11a顶部内孔本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多功能紧固特性测试螺栓，其特征在于：该测试螺栓包括：螺栓、端帽、敏感单元；所述的螺栓内部设置螺栓内孔，其深度大于螺栓螺帽的长度；螺栓内孔分为顶部内孔、中段内孔和底部内孔，其中顶部内孔用于在敏感单元安装时提供一定导向作用；所述敏感单元用于感知螺栓受到的外界作用力，敏感单元包括端部、柱段和导向段，端部上平面与端帽接触配合，端部下平面沿轴向均布若干组应变片，所述若干组应变片进一步分别与对应的信号线相连，可同时监测轴向力和力矩；所述的柱段和导向段，深入至螺栓内孔，其中导向段与螺栓内孔的底部内孔直接接触；所述的端帽为中空结构，所述端帽设置有内螺纹，与螺栓螺纹配合形成容置空间；所述端帽的侧壁设置有端帽槽，为通槽结构，供信号线从其中引出，并与外部的变送器及信号采集系统相连。2.根据权利要求1所述的一种多功能紧固特性测试螺栓，其特征在于：所述的敏...

【专利技术属性】
技术研发人员：严鲁涛，王浩，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：