CN111537133A - 一种轴向力测量螺栓结构及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴向力测量螺栓结构及测量方法，属于机械零部件技术领域。轴向力测量螺栓结构包括：螺栓本体，螺栓本体包括螺栓头和螺栓杆，螺栓杆垂直连接在螺栓头上；应变测量件，安装在螺栓杆上，用于与应变采集装置连接将其受到螺栓杆的变化的轴向力而产生的应变信号传递给应变采集装置，螺栓杆在受到变化的轴向力而发生沿轴向方向的应变，应变测量件与螺栓杆受到相同的变化的轴向力，应变测量件发生应变进而产生应变信号，应变测量件将其产生的应变信号传递给应变采集装置。本发明的轴向力测量螺栓结构能够实现对螺栓本体受到的轴向力进行测量，提高螺栓本体对分离结构固连的安全性。

Description

一种轴向力测量螺栓结构及测量方法

技术领域

本发明涉及机械零部件技术领域，尤其涉及一种轴向力测量螺栓结构及测量方法。

背景技术

螺栓在各种设备以及结构上广泛使用，其能够对分离结构起到固连作用；但在使用过程中，由于分离结构振动、承载等因素影响，有时会使得螺栓产生松动、断裂等现象，导致分离结构不稳定甚至失效。另外，螺栓产生紧固作用主要依靠其轴向力，螺栓松动或断裂都会导致轴向力改变，因此轴向力测量对于监测结构受力及螺栓状态有重要作用。由此，亟需一种能够对螺栓的轴向力进行测量，提高螺栓对分离结构固连的安全性的螺栓结构。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的至少一个不足，提供一种能够螺栓本体受到的轴向力进行测量，且提高螺栓对分离结构固连的安全性的轴向力测量螺栓结构。另外，还提供一种螺栓结构轴向力测量方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种轴向力测量螺栓结构，包括：

螺栓本体，所述螺栓本体包括螺栓头和螺栓杆，所述螺栓杆垂直连接在所述螺栓头上；

应变测量件，安装在所述螺栓杆上，用于与应变采集装置连接将其受到所述螺栓杆的变化的轴向力而产生的应变信号传递给应变采集装置，所述螺栓杆在受到变化的轴向力而发生沿轴向方向的应变，所述应变测量件与所述螺栓杆受到相同的变化的轴向力，所述应变测量件发生应变进而产生应变信号，所述应变测量件将其产生的应变信号传递给应变采集装置。

本发明的有益效果是：本发明中通过在螺栓杆上设有用于测量螺栓本体受到的轴向力的应变测量件，通过应变测量件来对螺栓杆受到变化的应力进行测量，应变测量件将测量获得的变化的应力传递给应变采集装置，从而实现对螺栓本体受到的轴向力进行测量，实现利用应变测量件测量以及监测螺栓轴向受力情况。由此，本发明中的轴向力测量螺栓结构能够实现对螺栓本体受到的轴向力进行测量，既能对螺栓预紧力进行校核，也能对螺栓紧固状态进行监测，可应用于各类型的力学实验、螺栓紧固与防松研究，也可用于对通过螺栓固连的各类分离结构中的螺栓受力状态进行监测与分析，为分离结构固连的安全提供保障。

另外，在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进，还可以具有如下附加技术特征。

根据本发明的一个实施例，所述螺栓杆包括光杆部分和螺纹部分，所述光杆部分连接在所述螺栓头的下端，所述螺纹部分连接在所述光杆部分的下端，所述应变测量件安装在所述光杆部分上。本实施例通过将应变测量件安装在螺栓的光杆部分上，便于准确的对螺栓本体受到的轴向力进行测量，便于监测螺栓的松紧情况。而且，保持螺纹部分的螺纹完整，确保螺栓上的螺纹部分与分离结构上的内螺纹或螺母可靠的螺纹连接从而对分离结构进行可靠的固连。

根据本发明的一个实施例，所述光杆部分上设有用于安装所述应变测量件的收纳槽，所述应变测量件安装在所述收纳槽内，且所述应变测量件可收纳在所述收纳槽内。本实施例通过在光杆部分设有收纳槽，便于将应变测量件安装在收纳槽内，由收纳槽对应变测量件进行保护。

根据本发明的一个实施例，所述收纳槽从所述光杆部分的外侧面向所述光杆部分内部凹陷。本实施例中的收纳槽向光杆部分内部凹陷，应变测量件可收纳在收纳槽内，避免安装在收纳槽内的应变测量件凸出光杆部分而影响螺栓的安装。另外，收纳槽从所述光杆部分的外侧面向所述光杆部分内部凹陷，可以使得光杆部分的内部为实心，有利于确保光杆部分能够较好的受力，进而有利于螺栓结构对分离结构进行可靠的固连。

根据本发明的一个实施例，所述应变测量件设有多个，多个所述应变测量件间隔安装在所述螺栓杆上。本实施例通过设有多个应变测量件，通过多个应变测量件对螺栓本体受到的轴向力进行测量，提高测量的准确性。

根据本发明的一个实施例，所述应变测量件通过导线与所述应变采集装置连接。本实施例中的应变采集装置通过导线与应变采集装置连接，便于应变测量件将其产生的应变信号传递给应变采集装置。

根据本发明的一个实施例，所述螺栓头上设有导线过孔，且所述导线过孔延伸至所述收纳槽与所述收纳槽连通，所述导线的一端穿过所述导线过孔并与所述应变测量件连接，另一端用于与所述应变采集装置连接。本实施例通过在螺栓头上设有导线过孔，且导线过孔与收纳槽连通，便于将导线穿过导线过孔并与应变测量件连接，且实现对导线进行保护，避免设置的导线影响螺栓的安装以及使用。另外，在螺栓头开设有导线过孔，导线过孔的尺寸较小，占用螺栓头的空间较小，在螺栓头开设导线过孔不会太大的影响螺栓头的结构，确保螺栓杆连接在螺栓头的可靠性，进而确保螺栓结构对分离结构进行可靠的固连。

根据本发明的一个实施例，所述应变测量件为应变片，所述应变信号为电阻信号。本实施例使用应变片作为应变测量件，应变片的结构简单，且厚度尺寸小，便于使用。另外，应变片的厚度尺寸小，有利于减小从所述光杆部分的外侧面向所述光杆部分内部凹陷的收纳槽的深度，减少去除光杆部分的材料，有利于确保光杆部分的强度，避免收纳槽的深度较深而影响光杆部分的强度。

根据本发明的一个实施例，所述应变片通过粘贴剂粘贴在所述螺栓杆上。本实施例的应变片通过粘贴剂粘贴在所述螺栓杆上，便于将应变片连接在螺栓杆上。

另外，本实施提供的一种螺栓结构轴向力测量方法，利用上述的轴向力测量螺栓结构进行测量螺栓本体受到的变化的轴向力，包括：

在螺栓杆上沿其轴向方向安装有用于测量螺栓杆受到的变化的轴向力的应变测量件；

采用所述螺栓本体对分离结构进行固连；

将应变测量件与应变采集装置连接，所述螺栓本体进行受到变化的轴向力，应变测量件将其产生的应变信号传递给应变采集装置，所述应变采集装置采集所述应变信号获得螺栓杆的应变值，将所述应变值乘以螺栓本体的材料刚度和应变测量件安装位置处的螺栓杆的横截面积，获得螺栓本体轴向力的变化值。

本发明中通过在螺栓杆上设有用于测量螺栓本体受到的轴向力的应变测量件，通过应变测量件来对螺栓杆受到变化的应力进行测量，应变测量件将测量获得的变化的应力传递给应变采集装置，从而实现对螺栓本体受到的轴向力进行测量，实现利用应变测量件测量以及监测螺栓轴向受力情况。由此，本发明中的螺栓结构轴向力测量方法能够实现对螺栓本体受到的轴向力进行测量，既能对螺栓预紧力进行校核，也能对螺栓紧固状态进行监测，可应用于各类型的力学实验、螺栓紧固与防松研究，也可用于对通过螺栓固连的各类分离结构中的螺栓受力状态进行监测与分析，为分离结构固连的安全提供保障。

附图说明

为了更清楚地说明本发明中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。

图1为本发明实施例的轴向力测量螺栓结构的结构示意图；

图2为图1摆正后的主视图；

图3为图2沿中间竖直平面剖开的剖视图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、螺栓本体，2、应变片，3、导线，10、螺栓头，11、光杆部分，12、螺纹部分，101、导线过孔，111、收纳槽。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请实施方式作进一步地详细描述。

为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

本实施例提供一种轴向力测量螺栓结构，如图1至图3所示，包括：螺栓本体1，螺栓本体1包括螺栓头10和螺栓杆，螺栓杆垂直连接在螺栓头10上；应变测量件，安装在螺栓杆上，用于与应变采集装置连接将其受到螺栓杆的变化的轴向力而产生的应变信号传递给应变采集装置，螺栓杆在受到变化的轴向力而发生沿轴向方向的应变，应变测量件与螺栓杆受到相同的变化的轴向力，应变测量件发生应变进而产生应变信号，应变测量件将其产生的应变信号传递给应变采集装置。

在本实施例中，如图1、图3所示，通过在螺栓杆上设有用于测量螺栓本体1受到的轴向力的应变测量件，通过应变测量件来对螺栓杆受到变化的应力进行测量，应变测量件将测量获得的变化的应力传递给应变采集装置，从而实现对螺栓本体1受到的轴向力进行测量，实现利用应变测量件测量以及监测螺栓轴向受力情况。在本实施例中，应变测量件平行于螺栓杆的轴向方向，应变测量件的测量方向平行于螺栓杆的轴向方向。进一步的，本实施例中的螺栓本体1的材质为钢或钛。

本发明的一个实施例，如图1至图3所示，螺栓杆包括光杆部分11和螺纹部分12，光杆部分11连接在螺栓头10的下端，螺纹部分12连接在光杆部分11的下端，应变测量件安装在光杆部分11上。本实施例通过将应变测量件安装在螺栓的光杆部分11上，便于准确的对螺栓本体1受到的轴向力进行测量，便于监测螺栓的松紧情况。而且，保持螺纹部分12的螺纹完整，确保螺栓上的螺纹部分12与分离结构上的内螺纹或螺母可靠的螺纹连接从而对分离结构进行可靠的固连。

本发明的一个实施例，如图1至图3所示，光杆部分11上设有用于安装应变测量件的收纳槽111，应变测量件安装在收纳槽111内，且应变测量件可收纳在收纳槽111内。在本实施例中，通过在光杆部分11设有收纳槽111，便于将应变测量件安装在收纳槽111内，由收纳槽111对应变测量件进行保护。

本发明的一个实施例，如图1至图3所示，收纳槽111从光杆部分11的外侧面向光杆部分11内部凹陷。在本实施例中，收纳槽111向光杆部分11内部凹陷，应变测量件可收纳在收纳槽111内，避免安装在收纳槽111内的应变测量件凸出光杆部分11而影响螺栓的安装。另外，收纳槽111从光杆部分11的外侧面向光杆部分11内部凹陷，可以使得光杆部分11的内部为实心，有利于确保光杆部分11能够较好的受力，进而有利于螺栓结构对分离结构进行可靠的固连。

本发明的一个实施例，如图2、图3所示，应变测量件设有多个，多个应变测量件间隔安装在螺栓杆上。在本实施例中，通过设有多个应变测量件，通过多个应变测量件对螺栓本体1受到的轴向力进行测量，提高测量的准确性。本实施例图示的应变测量件设有两个，两个应变测量件对称安装在螺栓杆上的光杆部分的两侧。进一步的，也可以根据需要设有三个应变测量件。

本发明的一个实施例，如图1至图3所示，应变测量件通过导线3与应变采集装置连接。本实施例中的应变采集装置通过导线3与应变采集装置连接，便于应变测量件将其产生的应变信号传递给应变采集装置。本实施例中的导线3具体为漆包铜导线3。

本发明的一个实施例，如图1、图3所示，螺栓头10上设有导线过孔101，且导线过孔101延伸至收纳槽111与收纳槽111连通，导线3的一端穿过导线过孔101并与应变测量件连接，另一端用于与应变采集装置连接。在本实施例中，通过在螺栓头10上设有导线过孔101，且导线过孔101与收纳槽111连通，便于将导线3穿过导线过孔101并与应变测量件连接，且实现对导线3进行保护，避免设置的导线3影响螺栓的安装以及使用。另外，本实施例在螺栓头10开设有导线过孔101，导线过孔101的尺寸较小，占用螺栓头10的空间较小，在螺栓头10开设导线过孔101不会太大的影响螺栓头10的结构，确保螺栓杆连接在螺栓头10的可靠性，进而确保螺栓结构对分离结构进行可靠的固连。在本实施例中，导线过孔101设有两个，两个导线过孔101从螺栓头10竖直向下开设，且导线过孔101向下延伸到与收纳槽111相连通，本实施例中的每个导线过孔101内穿设两根导线3。需要说明的是，本实施例中的导线3的另一端与应变采集装置连接，本实施例中的应变采集装置未图示。

本发明的一个实施例，如图1至图3所示，应变测量件为应变片2，应变信号为电阻信号。在本实施例中，使用应变片2作为应变测量件，应变片2的结构简单，且厚度尺寸小，便于使用。进一步的，应变片2的厚度尺寸小，有利于减小从光杆部分11的外侧面向光杆部分11内部凹陷的收纳槽111的深度，减少去除光杆部分11的材料，有利于确保光杆部分11的强度，避免收纳槽111的深度较深而影响光杆部分11的强度。

本发明的一个实施例，应变片2通过粘贴剂粘贴在螺栓杆上。在本实施例中，应变片2通过粘贴剂粘贴在螺栓杆上，便于将应变片2连接在螺栓杆上。进一步的，本实施例中的应变片2具有通过粘贴剂粘贴在螺栓杆的光杆部分11上。

另外，本实施提供的一种螺栓结构轴向力测量方法，利用上述的轴向力测量螺栓结构进行测量螺栓本体1受到的变化的轴向力，包括：在螺栓杆上沿其轴向方向安装有用于测量螺栓杆受到的变化的轴向力的应变测量件；采用所述螺栓本体对分离结构进行固连；将应变测量件与应变采集装置连接，螺栓本体1进行受到变化的轴向力，应变测量件将其产生的应变信号传递给应变采集装置，应变采集装置采集应变信号获得螺栓杆的应变值，将应变值乘以螺栓本体1的材料刚度和应变测量件安装位置处的螺栓杆的横截面积，获得螺栓本体1轴向力的变化值。

在本实施例中的测量方法，通过在螺栓杆上设有用于测量螺栓本体1受到的轴向力的应变测量件，通过应变测量件来对螺栓杆受到变化的应力进行测量，应变测量件将测量获得的变化的应力传递给应变采集装置，从而实现对螺栓本体1受到的轴向力进行测量，实现利用应变测量件测量以及监测螺栓轴向受力情况。

具体而言，本实施例中通过在螺栓杆上设有用于测量螺栓本体1受到的轴向力的应变测量件，通过应变测量件来对螺栓杆受到变化的应力进行测量，应变测量件将测量获得的变化的应力传递给应变采集装置，从而实现对螺栓本体1受到的轴向力进行测量，实现利用应变测量件测量以及监测螺栓轴向受力情况。由此，本实施例中的轴向力测量螺栓结构能够实现对螺栓本体1受到的轴向力进行测量，既能对螺栓预紧力进行校核，也能对螺栓紧固状态进行监测，可应用于各类型的力学实验、螺栓紧固与防松研究，也可用于对通过螺栓固连的各类分离结构中的螺栓受力状态进行监测与分析，为分离结构固连的安全提供保障。

另外，除本实施例公开的技术方案以外，对于本发明中的导线3、应变片2、应变采集装置以及其工作原理等可参考本技术领域的常规技术方案，而这些常规技术方案也并非本发明的重点，本发明在此不进行详细陈述。

在本发明中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本申请的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轴向力测量螺栓结构，其特征在于，包括：

螺栓本体，所述螺栓本体包括螺栓头和螺栓杆，所述螺栓杆垂直连接在所述螺栓头上；

应变测量件，安装在所述螺栓杆上，用于与应变采集装置连接将其受到所述螺栓杆的变化的轴向力而产生的应变信号传递给应变采集装置，所述螺栓杆在受到变化的轴向力而发生沿轴向方向的应变，所述应变测量件与所述螺栓杆受到相同的变化的轴向力，所述应变测量件发生应变进而产生应变信号，所述应变测量件将其产生的应变信号传递给应变采集装置。

2.根据权利要求1所述的轴向力测量螺栓结构，其特征在于，所述螺栓杆包括光杆部分和螺纹部分，所述光杆部分连接在所述螺栓头的下端，所述螺纹部分连接在所述光杆部分的下端，所述应变测量件安装在所述光杆部分上。

3.根据权利要求2所述的轴向力测量螺栓结构，其特征在于，所述光杆部分上设有用于安装所述应变测量件的收纳槽，所述应变测量件安装在所述收纳槽内，且所述应变测量件可收纳在所述收纳槽内。

4.根据权利要求3所述的轴向力测量螺栓结构，其特征在于，所述收纳槽从所述光杆部分的外侧面向所述光杆部分内部凹陷。

5.根据权利要求1至4任一项所述的轴向力测量螺栓结构，其特征在于，所述应变测量件设有多个，多个所述应变测量件间隔安装在所述螺栓杆上。

6.根据权利要求4所述的轴向力测量螺栓结构，其特征在于，所述应变测量件通过导线与所述应变采集装置连接。

7.根据权利要求6所述的轴向力测量螺栓结构，其特征在于，所述螺栓头上设有导线过孔，且所述导线过孔延伸至所述收纳槽与所述收纳槽连通，所述导线的一端穿过所述导线过孔并与所述应变测量件连接，另一端用于与所述应变采集装置连接。

8.根据权利要求1至4任一项所述的轴向力测量螺栓结构，其特征在于，所述应变测量件为应变片，所述应变信号为电阻信号。

9.根据权利要求8所述的轴向力测量螺栓结构，其特征在于，所述应变片通过粘贴剂粘贴在所述螺栓杆上。

10.一种螺栓结构轴向力测量方法，利用上述权利要求1至9任一项所述的轴向力测量螺栓结构进行测量螺栓本体受到的变化的轴向力，其特征在于，包括：

在螺栓杆上沿其轴向方向安装有用于测量螺栓杆受到的变化的轴向力的应变测量件；

采用所述螺栓本体对分离结构进行固连；

将应变测量件与应变采集装置连接，所述螺栓本体进行受到变化的轴向力，应变测量件将其产生的应变信号传递给应变采集装置，所述应变采集装置采集所述应变信号获得螺栓杆的应变值，将所述应变值乘以螺栓本体的材料刚度和应变测量件安装位置处的螺栓杆的横截面积，获得螺栓本体轴向力的变化值。

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