一种螺栓松动的监测设备、方法以及螺栓技术

本申请公开了一种螺栓松动的监测设备、方法以及螺栓，应用于结构健康监测领域。该监测设备的上垫片以及下垫片用于设置在螺栓的螺杆侧面，螺栓旋紧时，带动上垫片和下垫片贴紧。上垫片和下垫片的接触面上分别对应设置有弧状的凸台和凹槽，且超声波发送器和超声波接收器分别设置在上垫片和下垫片的接触面的相反面上与凸台和凹槽对应的位置，处理器控制超声波发送器发送超声波信号并接收超声波接收器获取到的超声波信号，然后根据接收到的超声波信号确定凸台和凹槽的接触面积，并根据接触面积确定螺栓的预紧力，最后根据预紧力就可监测螺栓的松动状况。本方案可做到高精度测量螺栓连接松动程度以及监测不同规格的螺栓。连接松动程度以及监测不同规格的螺栓。连接松动程度以及监测不同规格的螺栓。

【技术实现步骤摘要】
一种螺栓松动的监测设备、方法以及螺栓


[0001]本申请涉及结构健康监测领域，特别是涉及一种螺栓松动的监测设备、方法以及螺栓。

技术介绍

[0002]螺栓连接广泛应用于机械、化工、交通、电力、航空等行业的各类设备和结构中，螺栓一般是由头部和螺杆(带有外螺纹的圆柱体)两部分组成的一类紧固件，可与螺母配合使用以用于紧固连接两个带有通孔的零件，螺栓连接的紧固程度会影响整个设备的运行状态。由于受到预紧力和外部载荷的作用，以及实际运行中来自外界的冲击、振动和环境温度等因素的影响，会使螺栓连接发生松动甚至脱落的风险。目前传统的螺栓连接松动监测方法有扭矩扳手法、受控敲击法等，根据扭矩值计算预紧力(轴向作用力)。
[0003]但是，由于螺母和结构之间以及螺纹间摩擦力的存在，很难精确测量、控制螺栓的预紧力。从而使得它们无法做到高精度测量螺栓连接松动程度，更无法监测不同规格(不同预紧力)的螺栓。
[0004]由此可见，如何提高螺栓连接松动程度的监测精确度，是本领域技术人员亟待解决的问题。

技术实现思路

[0005]本申请的目的是提供一种螺栓松动的监测设备、方法以及螺栓，以提高螺栓连接松动程度的监测精确度。
[0006]为解决上述技术问题，本申请提供一种螺栓松动的监测设备，包括：上垫片、下垫片、超声波发送器、超声波接收器、处理器；
[0007]所述上垫片以及所述下垫片用于设置在螺栓的螺杆侧面，其中，所述螺栓旋紧时，带动所述上垫片和所述下垫片贴紧；
[0008]所述上垫片和所述下垫片的接触面上分别对应设置有弧状的凸台和凹槽，且所述超声波发送器和所述超声波接收器分别设置在所述上垫片和所述下垫片的接触面的相反面上与所述凸台和所述凹槽对应的位置；
[0009]所述处理器分别与所述超声波发送器以及所述超声波接收器连接，用于控制所述超声波发送器发送超声波信号并接收所述超声波接收器获取到的超声波信号；
[0010]所述处理器还用于根据接收到的超声波信号确定所述凸台和所述凹槽的接触面积，并根据所述接触面积确定所述螺栓的预紧力，以根据所述预紧力监测所述螺栓的松动状况。
[0011]优选地，所述上垫片和所述下垫片为中空的圆板，所述螺栓置于所述上垫片和所述下垫片的中空结构中。
[0012]优选地，所述凸台和所述凹槽均为圆弧状的环形结构。
[0013]优选地，所述凸台和所述凹槽离所述所述上垫片和所述下垫片的中轴线的距离根
据所述螺栓的规格和/或所述螺栓实际的预紧力设置。
[0014]优选地，所述控制所述超声波发送器发送超声波信号并接收所述超声波接收器获取到的超声波信号包括：
[0015]控制所述超声波发送器发送超声波信号并接收所述超声波接收器获取到的超声波信号；
[0016]将接收的超声波信号进行倒置并重新发送至所述超声波发送器；
[0017]控制所述超声波发送器根据倒置的超声波信号再次发送超声波信号；
[0018]接收所述超声波接收器获取到的聚焦信号；
[0019]对应的，所述根据接收到的超声波信号确定所述凸台和所述凹槽的接触面积包括：
[0020]根据所述聚焦信号的峰值确定所述凸台和所述凹槽的所述接触面积。
[0021]优选地，所述根据所述接触面积确定螺栓的预紧力包括：
[0022]根据得到的所述接触面积以及所述接触面积与所述预紧力的关系公式得到所述预紧力；其中，所述关系公式的参数包括：所述凸台以及所述凹槽的中心轴距离所述上垫片以及所述下垫片的中心轴的距离、所述上垫片以及所述下垫片的综合弹性模量、所述上垫片以及所述下垫片的圆弧半径。
[0023]优选地，所述超声波发送器和所述超声波接收器均采用PZT。
[0024]优选地，还包括：前置放大器；
[0025]所述前置放大器的第一端连接所述超声波接收器，所述前置放大器的第二端连接所述处理器，用于放大所述超声波接收器获取的超声波信号。
[0026]为解决上述技术问题，本申请还提供一种螺栓松动的监测方法，应用于螺栓松动的监测设备，所述螺栓松动的监测设备包括：上垫片、下垫片、超声波发送器、超声波接收器、处理器；所述上垫片以及所述下垫片用于设置在螺栓的螺杆侧面，所述螺栓旋紧时，带动所述上垫片和所述下垫片贴紧；所述上垫片和所述下垫片的接触面上分别对应设置有弧状的凸台和凹槽，且所述超声波发送器和所述超声波接收器分别设置在所述上垫片和所述下垫片的接触面的相反面上与所述凸台和所述凹槽对应的位置；所述处理器分别与所述超声波发送器以及所述超声波接收器连接；所述方法包括：
[0027]控制所述超声波发送器发送超声波信号并接收所述超声波接收器获取到的超声波信号；
[0028]根据接收到的超声波信号确定所述凸台和所述凹槽的接触面积；
[0029]根据所述接触面积确定螺栓的预紧力；
[0030]根据所述预紧力监测所述螺栓的松动状况。
[0031]为解决上述技术问题，本申请还提供一种螺栓，包括上述螺栓松动的监测设备。
[0032]本申请所提供的螺栓松动的监测设备，包括上垫片、下垫片、超声波发送器、超声波接收器以及处理器。上垫片以及下垫片用于设置在螺栓的螺杆侧面，其中，螺栓旋紧时，带动上垫片和下垫片贴紧，一般上垫片以及下垫片之间所受的力即螺栓的预紧力。上垫片和下垫片的接触面上分别对应设置有弧状的凸台和凹槽，上垫片和下垫片贴紧时，凸台和凹槽就会贴合。且超声波发送器和超声波接收器分别设置在上垫片和下垫片的接触面的相反面上与凸台和凹槽对应的位置，处理器分别与超声波发送器以及超声波接收器连接，用
于控制超声波发送器发送超声波信号并接收超声波接收器获取到的超声波信号，然后根据接收到的超声波信号确定凸台和凹槽的接触面积，并根据接触面积确定螺栓的预紧力，最后根据预紧力就可监测螺栓的松动状况。相较于传统的方案，本申请所提供的监测设备不会受到螺母和结构之间以及螺纹间摩擦力影响，可做到高精度测量螺栓连接松动程度以及监测不同规格的螺栓。此外，本方案中的超声波发送器和超声波接收器安装在上垫片和下垫片之间，测量的是两个垫片的凸台和凹槽之间的接触面积。相较于将超声波设备直接安装在螺栓上，测量螺栓连接处的接触面积，本方案的准确度更
[0033]高，这是因为现实的工艺限制，螺栓表面的粗糙度比较大，螺栓表面凸起的地方会影响接触面积的大小，而本申请的垫片则可将粗糙度设置较小，从而提高监测精确度。
[0034]本申请还提供了一种螺栓松动的监测方法以及螺栓，与上述螺栓松动的监测设备对应，故具有与上述方法相同的有益效果。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本申请实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1为本申请实施例提供的一种螺栓松动的监测设备本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺栓松动的监测设备，其特征在于，包括：上垫片、下垫片、超声波发送器、超声波接收器、处理器；所述上垫片以及所述下垫片用于设置在螺栓的螺杆侧面，其中，所述螺栓旋紧时，带动所述上垫片和所述下垫片贴紧；所述上垫片和所述下垫片的接触面上分别对应设置有弧状的凸台和凹槽，且所述超声波发送器和所述超声波接收器分别设置在所述上垫片和所述下垫片的接触面的相反面上与所述凸台和所述凹槽对应的位置；所述处理器分别与所述超声波发送器以及所述超声波接收器连接，用于控制所述超声波发送器发送超声波信号并接收所述超声波接收器获取到的超声波信号；所述处理器还用于根据接收到的超声波信号确定所述凸台和所述凹槽的接触面积，并根据所述接触面积确定所述螺栓的预紧力，以根据所述预紧力监测所述螺栓的松动状况。2.根据权利要求1所述的螺栓松动的监测设备，其特征在于，所述上垫片和所述下垫片为中空的圆板，所述螺栓置于所述上垫片和所述下垫片的中空结构中。3.根据权利要求2所述的螺栓松动的监测设备，其特征在于，所述凸台和所述凹槽均为圆弧状的环形结构。4.根据权利要求3所述的螺栓松动的监测设备，其特征在于，所述凸台和所述凹槽离所述所述上垫片和所述下垫片的中轴线的距离根据所述螺栓的规格和/或所述螺栓实际的预紧力设置。5.根据权利要求3所述的螺栓松动的监测设备，其特征在于，所述控制所述超声波发送器发送超声波信号并接收所述超声波接收器获取到的超声波信号包括：控制所述超声波发送器发送超声波信号并接收所述超声波接收器获取到的超声波信号；将接收的超声波信号进行倒置并重新发送至所述超声波发送器；控制所述超声波发送器根据倒置的超声波信号再次发送超声波信号；接收所述超声波接收器获取到的聚焦信号；对应的，所述根据接收到的超声波信号确定所述凸台和所述凹槽的接触面积包括：根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：应灵洁，贾阔，朱称俊，何建武，张浩，楼阳冰，倪军，
申请(专利权)人：杭州安脉盛智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：