CN1105122A - 紧固件拉力监测装置 - Google Patents

Abstract

一种用来监测紧固装置拉力的监测装置，紧固装 置如固定螺栓和活动螺母，用来固定它们之间的结构 件。该监测装置采取用于紧固装置中位于螺母和结 构件之间或螺栓头与结构件之间的垫圈的形式。垫 圈的表面开有一个槽，该槽从垫圈的内圆周径向向外 延伸。在槽的底部有一凹陷部分，它在槽中至少形成 一个支点。监测与显示带条位于槽中并在紧固部件 的拉力作用下，带条的末端会从槽中抬起以此在紧固 装置中形成一个可观测又可测量的拉力监测器。

Description

本发明涉及紧固装置，特别是一种用于监测紧固装置中的拉力的装置。

高抗拉强度螺栓有许多种用途，可以例举出一些例子如应用于桥梁工程，钢建筑结构和航空工业中。在这样的结构中，保持适当的螺栓拉力是非常重要的。显而易见，无论怎样如果螺栓拉力不够或低于要求，则由螺栓紧固的接头会低于设计强度的标准。同样，如果螺栓中的拉应力过大，则在紧固装置的接头中总会存在失效的可能性。

在紧固装置中使用高抗拉强度螺栓的许多用途中，重要的是在紧固装置的整个使用寿命中保持所要求的螺栓拉力。这样，就需要经常或定期检查紧固装置的拉力。

一种监测螺栓拉力的装置公开在专利号为4，773，272的美国专利上，公开的日期为1988年9月27日，申请人为Trungold，相应的加拿大专利号为1，311，944，公开日期为1992年11月29日。

本发明的目的在于提出一种监测紧固装置部件中的拉力的装置。

本发明提出了一种监测紧固装置部件拉力的装置，所述紧固装置如用来固定它们之间的结构部件或类似部件的一个固定的螺栓和一个活动的螺母。该监测装置包括一个在紧固装置中位于螺母和结构件之间或位于螺栓头和结构件之间的垫圈。在一种形式中，在垫圈的表面上开有一个槽，它沿径向向外从垫圈的内圆周向外圆周延伸。在槽的底部有一个凹陷部分，由此在槽中位于凹陷部分底部的槽底部之间形成至少一个支点。一个显示器即监测带条（最好是弹簧钢，但不一定为弹簧钢），它这样放置在槽中，使得带条的一部分位于紧固装置的一个紧固部件的下面，从而在紧固装置的一个紧固部件产生的预定的拉力作用下，带条的末端会从槽中抬起，以此在紧固装置中形成一个可观测并可测量的拉力监测器。

在另一个形式中，在垫圈上没有槽和凹陷部分，显示带条放置在垫圈的表面上，支点采取一个紧固部件如活动螺母上的凸肋的形式，借助压力与带条贴紧，使带条末端抬起。

图示的例子中，位于槽的底部和其中的凹陷部分的端壁部分的相交处，槽有内、外两个支点，不过也可采用一个支点。

在本发明的一种最佳形式中，显示带条是一个细长条矩形弹簧片，它这样放置在垫圈表面的槽中，使得带条的内端或端部的邻近部分承受紧固装置中螺栓头或螺母的荷载，这样施加于邻近组装件的拉力使带条的一部分压入槽的凹陷部分，借此带条的末端从槽中向上作枢轴转动。这就在紧固装置中形成了既可观测又可测量的拉力监测器。

当施加的力使带条从槽中抬起时，通过在由不同的压力而产生的不同的仰角处相对于带条的位移作出一条曲线图，这样，带条抬高增长的程度或从槽中抬起的高度就可作为测量不同范围内的仰角的基础。这种测量方法与美国专利4，773，272所提出的有着本质的不同，专利4，773，272所提出的是采用测量工具来测量带条恢复到零的压力。

必须理解的是带条的厚度、尺寸、结构和带条采用的材料类型比如不锈钢都会改变使用条件。

监测带条的上表面与在其上开有槽的垫圈表面是共面或接近共面，或者监测带条的上表面稍微超出（大约是千分之一英寸）垫圈的表面。在一个优选加工方式中，槽和槽中的凹陷部分在垫圈表面上冲压成形，然后将监测带条放置在槽中，带条可以可分离地装在垫圈里，但最好是固定在槽中，带条最好在其末端或接近末端的位置通过粘结、模压或点焊固定到槽中的一个设定点上。

监测带条并不必一定与槽等长，但最好与其等长，其位置可设置成从垫圈的内圆周边延伸至外圆周边，也就是槽的全长，或者其位置也可以设置得稍微向外，使得带条的内端从槽的最内端向外移，带条的最外端从垫圈的外圆周稍稍伸出一些。

从主要方面来讲，本发明涉及一种用于监测紧固装置部件的拉力的装置，上述紧固装置如一个固定螺栓和一个活动螺母，它们用来固定它们之间的结构部件或类似部件。该监测装置包括一个在紧固装置中位于螺母和结构件之间或螺栓头和结构件之间的垫圈。一个在垫圈表面形成的槽沿径向从其内圆周向外延伸和一个在槽底部形成的凹陷部分在槽中位于其底部和槽底部之间形成有至少一个支点。一个监测带条这样放置在槽中，使得带条长度的一部分位于所述的紧固装置的一个紧固部件下面，因此，在来自一个紧固装置部件的预定拉力作用下，带条的末端会从槽中抬起，由此在紧固装置中形成一个可观测又可测量的拉力监测器。

根据另一方面，本发明涉及一种用于紧固装置中的用以监测其中拉力的装置，这种紧固装置包括一个固定部件如螺栓和一个活动部件如螺母，螺母与螺栓拧紧用来固定所述螺栓和螺母之间的结构部件或类似部件。拉力监测装置包括一个在紧固装置中位于固定螺栓和结构部件之间或活动螺母和结构部件之间的垫圈，在垫圈的一个表面上形成有一个径向延伸的槽，该槽大致从垫圈的内圆周向外圆周伸出垫圈表面，一个在槽底部的凹陷部分具有端表面，端表面上端与所述槽的底部相交，在槽底部和所述端表面的相交处形成了一个支点，一个监测带条这样放置于所述槽中，使得至少带条的末端自由放置在所述槽中，从而，当在邻近紧固部件和结构部件之间施加足够大的拉力时，所述带条的一部分被压入凹陷部分同时带条绕支点枢轴转动，使得带条的末端从槽中抬起，以此形成一个可观测的拉力显示器。

从另一方面讲，本发明涉及一种用于紧固装置中用以监测其中拉力的装置，这种紧固装置包括一个固定部件如螺栓和一个活动部件如螺母，螺母与螺栓拧紧用来固定螺母和螺栓之间的结构部件或类似部件。拉力监测装置包括一个在紧固装置中位于固定螺栓与结构部件之间或活动螺母与结构部件之间的扁平垫圈。在所述垫圈的一个表面上形成有一个横断面呈矩形沿径向延伸的槽，该槽大致从垫圈的内圆周向外圆周伸出垫圈表面，和一个在槽底部横断面呈矩形的凹陷部分，该凹陷部分有端表面，端表面上端与所述槽的底部表面相交，在槽底部和端表面的相交处形成一个支点。放置在槽中的金属监测带条，在其长度方向的一个选择点将其与槽固定住使得至少带条的末端自由放置在槽中，从而，当在邻近紧固部件和结构部件之间施加足够大的拉力时，带条在所述槽中的一部分被压入凹陷部分同时带条绕支点作枢轴转动，使得带条的末端从槽中抬起，以形成一个可观测的拉力显示器。

在本发明的另外一个实施例中，提供了一种监测紧固装置部件中拉力的装置，紧固装置例如一个固定部件和一个活动部件，它们用来固定它们之间的结构部件或类似部件，所述的监测装置包括一个在紧固装置中位于活动部件和结构件之间或固定部件和结构件之间的垫圈;一个监测带条，它这样放置在所述垫圈的表面上使得带条长度的一部分位于所述的一个紧固部件的下方;一个位于所述紧固部件的一个部件上的支点用来与所述带条贴紧，以便在来自于位于所述紧固部件的一个部件上的支点的压力作用下，所述带条的末端将抬起以此在所述紧固装置中形成一个拉力显示器。

下面结合相应的附图通过实施例对本发明进行阐述，其中：

图1是根据本发明的一个带有槽的扁平状钢制垫圈的透视图;

图2是沿图1中线2-2的横断面图，它表示监测带条在槽中的一个位置;

图3是与图2相似的横断面图，它表示监测带条在槽中的另一个位置;

图4是高抗拉紧固装置中的螺母即活动部件的标准形式的透视图;

图5是紧固装置的局部视图，部分剖面，表明根据本发明的监测装置在施加压力之前的位置;

图6是与图5相似的视图，但表示的是螺母拧紧在螺栓中并对其施加拉力，同时表示根据图2所示的位置监测装置到位时，在工作位置上的监测装置;

图7是与图6相似的视图，但表示的是监测装置根据图3所示位置到位时在工作位置上的监测装置;

图8是与图6、图7相似的视图，但表示的是在紧固装置中螺母或活动部件的一种替换形式;以及

图9是与图8相似的视图，但表示的是本发明另一个实施例。

为了便于阐述，本发明的监测装置示于紧固装置中，该紧固装置使用螺栓形式的固定部件和螺母形式的活动部件。本发明的监测装置按照设置在螺母即活动部件和结构部件之间的方式进行阐述，无论怎样都可以理解到垫圈可放置在螺栓头的内侧和结构组件之间或在两侧的位置上。

先看图1～3，根据本发明的紧固件拉力监测装置包括有扁平垫圈10，它最好由高抗拉强度的钢材制成，如同所有的扁平垫圈，它有内圆周12和外圆周14，垫圈10的表面带有一个槽16，该槽大体上贯穿从垫圈内圆周12至外圆周14的宽度，槽16可用多种方式在垫圈上成形例如切削加工或其它类似的方式，但最好选择冲压成形。如图2和3所示，槽16的内端可以但并非必须设置一个小的竖直薄片，它可在冲压成形中借助位于垫圈中心孔的心轴（未示出）成形。薄片18的设置是为了提供一种监测带条20插入的定位装置，并能防止带条进入垫圈的中心孔区域。径向延伸的槽16内部有一个凹陷部分22，虽然这个凹陷部分可以有几种形状，最好是图示的矩形，并在冲压成形槽16时同时成形。凹陷部分22由于比槽16深，因此带有内外端壁24、26，这些端壁又分别形成两个内外支点28、30，对此将在下面进行描述，这些支点为监测带条20在槽16中作枢轴运动提供定位。

为清晰起见，图1表示的是从槽16中卸下的监测带条20，但应该注意到，在其优选方式中，带条是一个细长矩形金属带条，与槽16相嵌合，带条20的上表面与垫圈10的上表面相共面或接近共面。带条20也可稍稍高于垫圈的上表面，尽可能是千分之一英寸。如果带条20被自由地放在槽中它就会起到它的作用，但最好是在沿其长度方向上的一个预定点将其通过模压、粘结或点焊固定在槽中。这个固定的位置在某种程度上取决于带条是如图2所示全部嵌在槽中还是如图3所示部分嵌在槽中。然而，只要说一下就够了，如果如图5所示带条20的全部长度都插到槽16中以致它的内端顶靠着薄片18，那么固定位置最好选择在槽16的最里面那部分比如图2所示的位置19。

可以看到监测带条20是根据图2所示的向下运动放在槽16中，并在位置19将其固定在槽中，带条20的最接近端部部分与垫圈10的中心孔邻近（或邻近于图5所示的螺栓），带条20的其余部分在槽中自由放置并覆盖凹陷部分22，带条20的末端邻近垫圈的外圆周14放置。

参照图4和图5，紧固装置一般由31表示，它包括一个与一个带有螺栓头36的螺栓34相啮合的活动部件即螺母32。在固定部件和活动部件之间，固定有一对结构部件38和40。

如图4所示，螺母32的内侧可以是扁平平面的，但可能会是一种带有一个如图示的整体形成的垫圈部分42的常规形状。相类似，螺栓34的螺栓头36的内侧也有一个整体形成的垫圈表面44，这在高抗拉强度紧固件中是常见的。

图5表示本发明的开槽垫圈的横断面，它处在位于无转矩位置的螺母32下方的非工作位置，但为了将其放到工作位置，螺母将沿箭头方向向下拧紧与垫圈10的表面及位于槽16中的监测带条20充分贴紧。

图6和图7与图5相类似，只是图6表示的是当通过螺母32向下的压力将拉力施加给螺栓34时带条20的工作装置，带条保持在图5的位置上即放置在槽16的全部长度内。

图7表示的是如前面图3所示的当带条超出槽放置时带条20的工作位置。

参照图5和图6，应该理解，当螺母32朝下拧紧在螺栓34上时，螺母32内侧上的整个垫圈形表面42就开始与垫圈10表面和带条20的上表面贴紧。然而，应该指出的是在活动部件即螺母没有完整的垫圈表面42的结构中，螺母32的扁平内侧表面会对垫圈10和带条20产生同样的效果。

图6表示的是紧固装置31，其活动部件即螺母32，朝下与螺栓34拧紧向螺栓施加拉力。这样做，来自于螺母部分42的表面压力作用于垫圈10和带条20，迫使带条20的中央部分挠曲至凹陷部分22的区域内，如图所示，并且导致带条20的末端21从槽16的边缘向上移动。

如前面所述，作用于紧固装置31的拉力的数值大小将决定带条末端21的抬起高度或仰角，并且它可以通过多种方法进行测量以形成一种监测器，在一段时间内显示出装置的拉力的增大或减小。

图7与图6具有相类似的布置，表示根据图3带条最初超出槽16放置时处于工作位置的带条20，在这种布置中，带条末端21的偏移或向上移动更加明显地取决于在装置中最初使用的带条20的长度。

在图6中可以看到，由于螺母32内侧的朝下的压力，监测带条20有一部分长度朝下挠曲至凹陷部分22，由于支点28和30的设置，带条20绕着这些支点作枢轴旋转以抬起带条的末端21。

在图7的布置中，仅利用了外侧支点30，因为带条20的内端相对于最内侧支点28位置靠外。

本发明的另一个实施例在图8中示出，螺母32的内侧带有一个圆环形凸缘或凸肋46而不是一个完整的垫圈形表面。凸肋46可以是横断面为矩形，如图8所示，也可以是一个凸半圆形状，无论是其一什么形状，它都可以与垫圈10的槽16底部的凹陷部分嵌合，当对螺栓34施加足够的拉力时使得带条20的末端21向上提起。

从加强视觉的观点，监测带条20可以涂上某种颜色。

应该理解，本发明在图示之外有一些其它的形状和方式，例如，使用开槽垫圈的另一个实施例不需要凹陷部分22而是一个带有槽16的低硬度垫圈和其中的带条20的组合，一个在其内侧带有凸肋46的螺母32一起使用可使带条产生向上的移动。在这种布置中，垫圈要比螺母软，监测带条20要硬。

本发明另一个实施例如图9所示，在这种布置中，用来使监测器即显示带条动作的支点设置在紧固装置的一个紧固部件上，在该实例中，是设置在螺母32上，不过它也可以与螺栓头配在一起。

在图示的例子中，垫圈50并不带有槽，取而代之的是监测带条52设置在垫圈的表面上。

活动部件即螺母32在其内侧（类似于图8）有一个凸肋54（其构成支点），该凸肋可以是任何合适的横断面如所示的凸圆形即半圆形。在这种布置中，凸肋54应是较硬的材料制成，这样，当螺母32朝下拧紧在螺栓34上并且凸肋54与带条52贴紧并对带条施加压力时，带条末端56将抬起，如虚线所示，这就起到显示和监测的作用。

应该理解，虽然出于举例的目的，在本文的几种布置中所说明的垫圈如图示是扁平和圆形的，垫圈的其它形状如六角形、正方形等等均可应用于本发明。

此外，虽然所说明的垫圈中的槽如图示其横断面是矩形的，其它的横断面形状如凹圆形即半圆形均在本发明的范围之内。

同样，所说明的槽中的凹陷部分是带有支点（如28和30）的矩形。但其它的凹陷部分形状是可行的并且能起到作用的，如仅带有一个支点的倾斜的凹陷部分。

根据本发明的监测带条最好由弹簧钢制成，但其它类型的金属和材料也是允许的。

本说明书中所使用的术语和表述仅作为描述的措辞而不起限定作用，这些术语和表述无意排除与本发明所图示出和描述出的特征或部分特征等效的特征，但应该理解的是，在本发明的权利要求的范围内可以有多种不同的改进形式。

Claims (29)

1、一种监测紧固装置的部件中拉力的监测装置，所述紧固装置部件包括用来固定它们之间的结构件等的固定的螺栓和活动的螺母，所述的监测装置包括一个在紧固装置中位于螺母和结构件之间或螺栓头和结构件之间的垫圈；一个位于垫圈表面从其内圆周向外沿径向延伸的槽；一个在槽底部的凹陷部分，该凹陷部分在凹陷部分的底部和槽的底部之间的槽中形成至少一个支点；以及一个监测带条，它设置在槽中，该带条长度的一部分位于所述紧固装置的一个部件的下方，以便在来自紧固装置部件中的一个部件的预定拉力作用下，带条的末端从槽中抬起，从而在紧固装置中形成一个可观测并可测量的拉力监测器。

2、根据权利要求1所述的装置，其中，所述的垫圈是扁平的圆形垫圈。

3、根据权利要求1所述的装置，其中，所述的槽从内圆周向外圆周横穿垫圈表面，所述的槽其横断面为矩形。

4、根据权利要求1所述的装置，其中，所述的凹陷部分的横断面为矩形，比所述槽要短但等宽。

5、根据权利要求1所述的装置，其中，所述的凹陷部分具有与所述槽的底部相邻并垂直以形成所述支点的端壁。

6、根据权利要求1所述的装置，其中，所述的监测带条是金属的。

7、根据权利要求1所述的装置，其中，所述的监测带条材质是弹簧钢。

8、根据权利要求1所述的装置，其中，所述监测带条在沿其长度方向的某个选择点上固定在槽中。

9、根据权利要求8所述的装置，其中，所述带条的最接近末端部分固定在所述槽中。

10、根据权利要求8所述的装置，其中，所述带条通过粘结固定在所述槽中。

11、根据权利要求8所述的装置，其中，所述的带条通过点焊固定在所述槽中。

12、根据权利要求1所述的装置，其中，所述的带条基本上与所述槽等长。

13、根据权利要求1所述的装置，其中，所述槽在其最接近末端位置有一竖直的薄片。

14、根据权利要求1所述的装置，其中，所述的带条的最末端的抬起高度各不相同，以此而提供一种当对所述装置施加不同的拉力而使带条由于受到不同的压力而产生不同数值的向上翘起时用来计算出与所述带条运动相应的曲线的装置。

15、一种在紧固装置中用来监测其中拉力的装置，所述紧固装置是这样一种形式，它包括一个固定部件如螺栓和一个活动部件如螺母，螺母与所述螺栓靠螺纹拧紧用来固定所述螺母和螺栓之间的结构部件或类似部件，

所述的拉力监测装置包括：

一个在紧固装置中位于所述固定螺栓和所述结构部件之间或所述活动螺母和所述结构部件之间的垫圈;

一个位于所述垫圈的一个表面上沿径向延伸的槽，该槽基本上从垫圈的内圆周向外圆周伸出垫圈的表面;

一个位于槽底部的凹陷部分，该凹陷部分有端表面，端表面的上端与所述槽底面相交从而在槽底部和所述端表面相交处形成一个支点;以及

一个监测带条，它设置在所述槽中，并使得至少带条的末端自由放置在所述槽中，当在相邻紧固部件和结构部件之间施加足够大的拉力时，所述带条的一部分被压进所述的凹陷部分中并且带条将绕所述的支点转动，这样，带条的末端就会从槽中抬起从而形成一个所述拉力的可观测的显示器。

16、根据权利要求15所述的装置，其中，所述的垫圈是一个扁平钢垫圈。

17、根据权利要求15所述的装置，其中，所述的槽和所述凹陷部分的横断面呈矩形。

18、根据权利要求15所述的装置，其中，所述带条材质是弹簧钢，并在沿其长度方向的某个选择点上固定在槽中。

19、根据权利要求15所述的装置，其中，所述带条基本上与所述槽等长。

20、根据权利要求15所述的装置，其中，所述槽在其最接近末端位置上有一竖直薄片。

21、根据权利要求15所述的装置，其中，所述带条的上表面和所述垫圈的上表面共面或极接近共面。

22、一种在紧固装置中用来监测其中的拉力的监测装置，所述紧固装置是这样一种形式，它包括一个固定部件如螺栓和一个活动部件如螺母，螺母与螺栓靠螺纹拧紧用来固定所述螺母和螺栓之类似部件;

所述的监测装置包括：

一个在紧固装置中位于所述固定螺栓和所述结构件之间或位于所述活动螺母和所述结构部件之间的垫圈;

一个在所述垫圈的一个表面上形成的横断面呈矩形的沿径向延伸的槽，该槽大致上从垫圈的内圆周向外圆周伸出垫圈表面;

一个位于槽的底部横断面呈矩形的凹陷部分，所述凹陷部分有端表面，该端表面的上端与所述槽的底面相交，从而在槽底部和所述端表面相交处形成一个支点;以及

一个位于所述槽中的金属监测带条，带条在沿其长度方向的某个选择点上这样固定在槽中，使得至少带条的末端自由放置在所述槽中，从而当在相邻紧固部件和结构件之间施加足够大的拉力时，位于所述槽中所述带条的一部分被压入所述的凹陷部分，并且带条将绕所述的支点转动，这样带条的末端就会从槽中抬起从而形成一个可观测的上述拉力的显示器。

23、根据权利要求1所述的装置，其中，所述带条的上表面和所述垫圈的上表面共面或接近共面。

24、根据权利要求22所述的装置，其中，所述带条的上表面和所述垫圈的上表面共面或接近共面。

25、根据权利要求22所述的装置，其中，所述带条基本上与所述槽等长。

26、根据权利要求22所述的装置，其中，在所述槽的最接近末端位置有一竖直薄片。

27、一种用于监测紧固装置部件中的拉力的监测装置，所述的紧固装置部件如用来固定它们之间的结构件或类似部件的一个固定部件和一个活动部件，所述的监测装置包括一个在紧固装置中位于活动部件和结构件之间或固定部件和结构件之间的垫圈;一个拉力监测带条，它这样设置在所述垫圈表面上，使得带条长度的一部分位于一个所述紧固部件的下方;一个位于一个所述紧固部件上用来与所述带条贴紧的支点，这样，在来自一个所述紧固部件上的支点的压力作用下，带条的末端将抬起，从而在所述紧固装置中形成一个拉力显示器。

28、根据权利要求27所述的装置，其中，所述的固定部件是一个螺栓，活动部件是一个螺母。

29、根据权利要求27所述的装置，其中，所述紧固装置部件中的一个是螺母，所述支点包括一个从所述螺母内侧突出的环形凸肋，用来贴紧监测带条并使所述垫圈表面上的监测带条动作。

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