CN114060391A - 一种螺纹紧固件的预紧力控制装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明具体涉及一种螺纹紧固件的预紧力控制装置及控制方法。预紧力控制装置包括上垫圈、下垫圈、压缩控制圈以及设在上垫圈和下垫圈之间的预紧力垫圈，压缩控制圈可转动套设在预紧力垫圈外侧，压缩控制圈的轴向尺寸小于预紧力垫圈的轴向尺寸，压缩控制圈的外缘上设有力矩传递结构；预紧力控制装置适用于螺栓头部的支撑面下或螺母的支撑面下，锁紧螺纹紧固件，预紧力垫圈被压缩发生弹性变形；锁紧螺纹紧固件的过程中，通过检测驱动压缩控制圈转动所需的力矩来判断压缩控制圈被上垫圈和下垫圈夹紧的程度，当压缩控制圈转动所需的力矩大于设定值时，停止锁紧螺纹紧固件。本发明可精确控制预紧力且可解决预紧力垫圈压缩量检测不便的问题。

Description

一种螺纹紧固件的预紧力控制装置及控制方法

技术领域

本发明属于螺纹紧固连接件技术领域，具体涉及一种螺纹紧固件的预紧力控制装置及控制方法。

背景技术

预紧力是紧固连接系统的关键技术指标之一，预紧力的大小关系到紧固连接系统的可靠与否。当预紧力偏小时，可能会导致被连接件之间产生滑移和分离、松动、噪声、气体或液体泄漏等问题；当预紧力偏大时，可能会导致螺栓被拧断、被连接件受压过大而产生变形或被损坏等问题。因此，需要合理的控制预紧力的大小。

目前，通常采用力矩法安装来控制预紧力的大小，但是据相关研究表示有上百种因素影响螺纹紧固件锁紧时产生的预紧力，因此导致通过力矩法控制的预紧力的误差为±30%。另外，据统计大部分螺纹紧固件锁紧时产生的预紧力的理论值为最大抗拉强度的50%，安装时实际产生的预紧力却位于最大抗拉强度的20%～80%之间，即预紧力的控制误差偏大。

为了降低预紧力的控制误差，申请公布号为CN110513386A的中国发明专利申请公开了一种预紧力指示垫圈及其使用方法，其中预紧力指示垫圈包括上垫圈和下垫圈（上垫圈和下垫圈对应上述专利文献中的上平垫圈和下平垫圈），且上垫圈和下垫圈之间设置有预紧力垫圈。使用时，首先将预紧力指示垫圈安装于螺栓与夹层板之间或螺母与夹层板之间，然后锁紧螺纹紧固件，并适时通过游标卡尺或其他光学、电子检测设备检测预紧力垫圈的压缩量，当预紧力垫圈的压缩量达到预设的压缩量范围值后停止锁紧螺纹紧固件，即完成装配。

上述预紧力指示垫圈具体是通过检测预紧力垫圈的压缩量来控制预紧力的大小，但是由于游标卡尺需要不断的测量和读数，且容易出现读数误差，而其他光学、电子检测设备需要根据检测场地的不同而设置在不同的检测场地上，且也会容易出现压缩量临界报警线设置的不准确，这样不仅会造成压缩量检测的不便，而且也容易出现压缩量测量的误差，进而导致预紧力控制的不准确。

发明内容

本发明的目的在于提供一种方便精确控制预紧力且可解决预紧力垫圈压缩量检测不便的螺纹紧固件的预紧力控制装置；本发明的目的还在于提供一种能够实现预紧力精确控制的螺纹紧固件的预紧力控制方法。

为实现上述目的，本发明中的螺纹紧固件的预紧力控制装置采用如下技术方案：

螺纹紧固件的预紧力控制装置，包括上垫圈，上垫圈的上端面用于与螺栓头部的支撑面或螺母的支撑面接触；上垫圈的下方设有下垫圈，下垫圈用于向被连接件传递螺纹紧固件的轴向压紧力；上垫圈和下垫圈之间设有预紧力垫圈，预紧力垫圈用于套设在螺纹紧固件上，预紧力垫圈在螺纹紧固件锁紧时被上垫圈和下垫圈压缩并发生弹性变形以传递螺纹紧固件锁紧所需的预紧力；其特征在于，螺纹紧固件的预紧力控制装置还包括压缩控制圈，压缩控制圈可转动地套设在预紧力垫圈的外侧；压缩控制圈的轴向尺寸小于预紧力垫圈的轴向尺寸；压缩控制圈用于在预紧力垫圈被压缩至与压缩控制圈等高时被上垫圈和下垫圈夹紧；压缩控制圈的外缘上设有力矩传递结构，力矩传递结构用于供力矩检测装置连接以检测压缩控制圈在上垫圈和下垫圈之间的夹紧程度。

上述技术方案的有益效果在于：本发明通过设置可转动套设在预紧力垫圈外侧的压缩控制圈，并使预紧力垫圈的轴向尺寸大于压缩控制圈的轴向尺寸，这样在螺纹紧固件锁紧时，不仅可以通过被上垫圈和下垫圈压缩并发生弹性变形的预紧力垫圈传递螺纹紧固件锁紧所需的预紧力，而且由于压缩控制圈的轴向尺寸小于预紧力垫圈的轴向尺寸，这样压缩控制垫圈可限制预紧力垫圈的压缩量，进而可以限制预紧力的大小。当预紧力垫圈被压缩至与压缩控制圈等高时，预紧力的大小已基本接近所要达到的预紧力的控制范围，同时压缩控制圈也会被上垫圈和下垫圈夹紧。由于压缩控制圈的夹紧程度受到预紧力大小的影响，且压缩控制圈的力矩传递结构可连接力矩检测装置，这样可以通过力矩检测装置检测压缩控制圈的夹紧程度来确定预紧力是否达到所要求的控制范围。由于此时预紧力的大小已基本接近所要达到的控制范围，因此只需稍微拧紧螺纹紧固件，并当力矩检测装置检测到的力矩值大于设定值时，说明预紧力已达到要求。相对于现有技术而言，本发明无需采用游标卡尺来测量压缩量，也无需根据检测场地的不同将其他光学、电子检测设备设置在不同的检测场地上，同时也无需设置压缩量临界报警线，这样不仅方便了预紧力垫圈压缩量的检测，同时也能够降低压缩量的测量误差，方便精确控制预紧力。

另外，当被连接件或者螺纹紧固件产生蠕变或松弛时，预紧力垫圈的回弹可以适当补偿被连接件或者螺纹紧固件的蠕变或松弛，有利于保证螺纹紧固件锁紧的稳定性。同时当螺纹紧固件松脱时，预紧力垫圈的回弹会使预紧力垫圈和压缩控制圈在轴向之间产生尺寸差，此时压缩控制圈可以自由转动，因此可以通过定期检查压缩控制圈的转动情况来判定预紧力的保持情况，及时拧紧，避免由于松脱而导致的事故。

进一步地，上垫圈的下端面和下垫圈的上端面均为平面。

上述技术方案的有益效果在于：将上垫圈的下端面和下垫圈的上端面均设置为平面，这样方便控制上垫圈和下垫圈的加工精度以及端面各处一致性。

进一步地，上垫圈的上端面与下垫圈的下端面均为平面。

上述技术方案的有益效果在于：将上垫圈的上端面与下垫圈的下端面均设置为平面，这样方便控制上垫圈和下垫圈的加工精度以及端面各处一致性。

进一步地，压缩控制圈的外径大于上垫圈和下垫圈的外径。

上述技术方案的有益效果在于：这样方便了力矩检测装置与设置在压缩控制圈外缘上的力矩传递结构的连接，同时也方便力矩检测装置检测压缩控制圈夹紧程度时的转动操作。

进一步地，预紧力垫圈由记忆合金或合金钢制造而成。

上述技术方案的有益效果在于：，由于记忆合金或合金钢具有较高的弹性极限，这样在控制预紧力的大小时，使得预紧力垫圈在整个压缩过程中始终处于弹性变形阶段，因此预紧力垫圈可以多次重复使用，降低了成本。

进一步地，上垫圈、下垫圈以及压缩控制圈均由合金钢40CrNiMoA或者高温合金GH2132制造而成。

上述技术方案的有益效果在于：由于合金钢40CrNiMoA或者高温合金GH2132具有较高的强度，这样可以避免上垫圈、下垫圈以及压缩控制圈被挤压时发生变形，延长了预紧力控制装置的使用寿命，相对地降低了成本。

进一步地，上垫圈的内孔边沿上设有倒角结构，倒角结构用于当上垫圈的上端面与螺旋头部的支撑面接触时避让螺栓头部与螺杆的过渡连接段。

上述技术方案的有益效果在于：设置倒角结构，以方便上垫圈避让螺栓头部与螺杆过渡连接段，使得上垫圈的上端面能够与螺栓头部的支撑面接触，也即方便了螺栓头部与上垫圈的挤压配合，保证了螺纹紧固件的锁紧效果。

为实现上述目的，本发明中的螺纹紧固件的预紧力控制方法采用如下技术方案：

螺纹紧固件的预紧力控制方法，该方法包括以下步骤：

步骤一，在螺纹紧固件上安装上预紧力控制装置，使螺栓头部的支撑面或螺母的支撑面与预紧力控制装置的上垫圈的上端面接触；；

步骤二，锁紧螺纹紧固件，使得位于预紧力控制装置的上垫圈和下垫圈之间的预紧力垫圈被压缩并发生弹性变形；

步骤三，锁紧螺纹紧固件的过程中，通过检测驱动压缩控制圈转动所需的力矩来判断压缩控制圈被上垫圈和下垫圈夹紧的程度，当压缩控制圈转动所需的力矩大于设定值时，停止锁紧螺纹紧固件，依靠预紧力垫圈传递螺纹紧固件锁紧所需的预紧力。

上述技术方案的有益效果在于：将预紧力控制装置安装在螺纹紧固件上，并使上垫圈的上端面与螺栓头部的支撑面或螺母的支撑面接触，这样在锁紧螺纹紧固件时，可以使得位于上垫圈和下垫圈之间的预紧力垫圈被压缩并发生弹性变形，以此通过弹性变形的预紧力垫圈可以传递螺纹紧固件所需的预紧力。同时在锁紧螺纹紧固件的过程中，通过检测驱动压缩控制圈转动所需的力矩来判断压缩控制圈被上垫圈和下垫圈夹紧的程度，由于压缩控制圈的夹紧程度受到预紧力大小的影响，因此这样可以通过力矩检测装置检测压缩控制圈的夹紧程度来确定预紧力是否达到所要求的控制范围内。并且由于当预紧力垫圈的轴向尺寸被压缩至与压缩控制圈的轴向尺寸相同时，预紧力的大小已基本接近所要达到的预紧力的控制范围，因此只需稍微拧紧螺纹紧固件，并当力矩检测装置检测到的力矩值大于设定值时，说明预紧力已达到要求。综上，通过此方法来控制预紧力的大小，相对的能够降低预紧力的控制误差，方便精确控制预紧力。

进一步地，检测驱动压缩控制圈转动所需的力矩通过下述方式实现：锁紧螺纹紧固件的过程中，持续对压缩控制圈施加转动力矩，直至压缩控制圈转动所需的力矩大于设定值。

上述技术方案的有益效果在于：在锁紧螺纹紧固件的过程中，通过持续对压缩控制圈施加转动力矩来检测压缩控制圈的夹紧程度，这样能够将控制预紧力的误差控制在较小的误差范围内，使得预紧力的大小能够更加接近于锁紧螺纹紧固件所需的预紧力的理论值。

进一步地，检测驱动压缩控制圈转动所需的力矩通过下述方式实现：在预紧力垫圈被压缩至与压缩控制圈等高后，每将螺纹紧固件拧紧设定角度，检测一次压缩控制圈转动所需的力矩，直至压缩控制圈转动所需的力矩大于设定值。

上述技术方案的有益效果在于：通过每拧紧螺纹紧固件设定角度，检测一次压缩控制圈转动所需的力矩，这样不仅能够降低控制预紧力的误差，同时，相对的也减小了检测压缩控制圈转动所需力矩的操作的工作量。

进一步地，预紧力垫圈与螺纹紧固件之间被设置为具有径向间距。

上述技术方案的有益效果在于：这样在预紧力垫圈被压缩变形时，可以通过预紧力垫圈与螺纹紧固件之间的径向间距容纳预紧力垫圈在径向上的变形量，保证预紧力垫圈的正常的压缩变形。

进一步地，所述径向间距被设置为大于等于0.3mm。

上述技术方案的有益效果在于：这样能够保证预紧力垫圈与整个预紧力控制装置的同轴度，有利于降低控制预紧力的误差，方便精确控制预紧力。

进一步地，上垫圈内孔的边沿设置有用于避让螺栓头部与螺杆的过渡连接段的倒角结构，倒角结构与所述过渡连接段之间被设置为具有间距，所述间距大于等于0.15mm。

上述技术方案的有益效果在于：这样在预紧力控制装置装配的过程中，不仅可以通过倒角结构方便上垫圈避让螺栓头部与螺杆过渡连接段，使得上垫圈的上端面能够与螺栓头部的支撑面接触配合，同时通过合理设计倒角结构与过渡连接段之间的间距，也相对的提高了螺栓头部支撑面与上垫圈的配合精度，有利于降低预紧力的控制误差。

附图说明

图1为本发明预紧力控制装置实施例1中预紧力控制装置处于自由状态时的示意图；

图2为本发明预紧力控制装置中下垫圈和实施例1的上垫圈的主视图；

图3为图2中A-A向的剖视图；

图4为本发明预紧力控制装置中预紧力垫圈的主视图；

图5为图4中B-B向的剖视图；

图6为本发明预紧力控制装置中压缩控制圈的主视图；

图7为图6中C-C向的剖视图；

图8为本发明预紧力控制装置实施例1中预紧力控制装置安装到位时的状态图；

图9为本发明预紧力控制装置中预紧力-压缩变形量的关系图；

图10为本发明中六方扳拧头的主视图；

图11为本发明中六方扳拧头的侧视图；

图12为本发明预紧力控制装置实施例1中预紧力控制装置的安装示意图；

图13为本发明中的力矩检测装置检测压缩控制圈夹紧程度时的状态图；

图14为本发明预紧力控制装置实施例2中预紧力控制装置的示意图；

图15为本发明预紧力控制装置实施例2中上垫圈的主视图；

图16为图15中D-D向的剖视图；

图17为本发明预紧力控制装置实施例2中预紧力控制装置的安装示意图。

图中：1、上垫圈；2、下垫圈；3、预紧力垫圈；4、压缩控制圈；5、螺栓；6、螺母；7、第一被连接件；8、第二被连接件；9、六方扳拧头；10、力矩扳手。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明了，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的具体实施方式中，可能出现的术语如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何实际的关系或者顺序。而且，可能出现的术语如“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，可能出现的语句“包括一个……”等限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，或者可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，可能出现的术语“设有”应做广义理解，例如，“设有”的对象可以是本体的一部分，也可以是与本体分体布置并连接在本体上，该连接可以是可拆连接，也可以是不可拆连接。对于本领域技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本发明中螺纹紧固件的预紧力控制装置的实施例1：

本实施例中的预紧力控制装置适用于螺母的支撑面下，如图1和图12所示，预紧力控制装置包括上垫圈1和下垫圈2，其中，上垫圈1的上端面用于与螺母6的支撑面进行接触，下垫圈2位于上垫圈1的下方，用于向被连接件传递螺纹紧固件的轴向压紧力，且上垫圈1的上下端面和下垫圈2的上下端面均为平面。上垫圈1和下垫圈2均用于供螺栓5穿过，如图2和图3所示，上垫圈1和下垫圈2的内径D均大于螺栓5的直径，典型的上垫圈1和下垫圈2的内径D均要比螺栓5的直径大0.15mm。上垫圈1和下垫圈2的内径D、外径d和轴向厚度均根据上垫圈1和下垫圈2的性能等级、选材以及安装位置进行合理设计。另外，在本实施例中，上垫圈1和下垫圈2均选用合金钢40CrNiMoA制造而成。

如图1、图4和图5所示，预紧力控制装置还包括预紧力垫圈3，预紧力垫圈3位于上垫圈1和下垫圈2之间，用于套设在螺栓5上，且预紧力垫圈3的内径D₁与螺栓5的直径之间存在直径差，典型的直径差为0.3mm。预紧力垫圈3的内径D1、外径d1、厚度H1均根据预紧力垫圈3的性能等级以及选材进行合理的设计。在本实施例中，预紧力垫圈3选用镍钛基记忆合金制造而成。

如图1、图6和图7所示，预紧力控制装置还包括压缩控制圈4，压缩控制圈4的内径D2、厚度H2也均根据压缩控制圈4的性能等级以及选材进行合理的设计。其中，如图1所示，在自由状态下，压缩控制圈4内径D2大于预紧力垫圈3的内径D1，所以在自由状态下，压缩控制圈4用于可转动地套设在预紧力垫圈3的外侧。压缩控制圈4的厚度H2小于预紧力垫圈3的厚度H1，即预紧力垫圈3的轴向尺寸大于压缩控制圈4的轴向尺寸，且镍钛基记忆合金具有超弹性的优异特点，以此在螺纹紧固件锁紧时，预紧力垫圈3被上垫圈1和下垫圈2压缩并发生弹性变形以传递螺纹紧固件锁紧所需的预紧力，预紧力可以将第一被连接件7和第二被连接件8进行压紧固定。预紧力垫圈3的厚度H1与压缩控制圈4的厚度H2的差值构成了预紧力垫圈3在轴向上的压缩行程，即当预紧力垫圈3被压缩至与压缩控制圈4等高时，说明预紧力已基本接近所要求达到的范围。另外，在本实施例中，压缩控制圈4选用合金钢40CrNiMoA制造而成。

压缩控制圈4的外缘设有力矩传递结构，在本实施例中，力矩传递结构为设置在压缩控制圈4外周上的外六方（图6所示），外六方尺寸W也根据压缩控制圈4的性能等级以及选材进行合理的设计，且外六方用于与力矩检测装置进行连接。其中力矩检测装置由两部分组成，第一部分是通用型的力矩扳手10，且力矩指示范围为0～5Nm，力矩扳手10的前端为内四方孔；如图10和图11所示，第二部分为开口型六方扳拧头9，六方扳拧头9用于与压缩控制圈4的外六方进行连接配合，六方扳拧头9的末端为外四方结构，该外四方与力矩扳手10的内四方孔向配合，以此组成力矩检测装置。

在预紧力垫圈3被压缩至与压缩控制圈4等高时，压缩控制圈4被上垫圈1和下垫圈2夹紧，压缩控制圈4的夹紧程度可利用上述力矩检测装置来检测，力矩检测装置检测压缩控制圈4夹紧程度时的状态如图13所示，当压缩控制圈4自由转动时，说明预紧力控制装置未安装到位，此时力矩检测装置检测到的力矩为0，设置一个力矩值，以便定量评价压缩控制圈4的夹紧程度，典型值为2Nm，当力矩检测装置拧动压缩控制圈4检测到的力矩等于2Nm时，认为预紧力控制装置安装到位（图8所示）。

经试验检测，采用本发明的预紧力控制装置，预紧力的控制误差为±10%，也即预紧力处于理论值的±10%范围内，如式1、2所示：

Fmax=F0×（1＋10%） （1）

Fmin=F0×（1-10%） （2）

式1中，Fmax为最大预紧力，F0为理论预紧力；

式2中，Fmin为最小预紧力，F0为理论预紧力。

所以采用本发明的预紧力控制装置能够明显的降低预紧力的控制误差，方便精确控制预紧力，且预紧力垫圈3的压缩变形量程与预紧力的关系如图9所示。另外，该预紧力控制装置具有800MPa、1075MPa、1100MPa、1300MPa等强度等级，适用于多种承载场合。

另外，通过合理设计上述预紧力垫圈3和压缩控制圈4的轴向尺寸差、预紧力垫圈3的内径D₁与螺栓5的直径差、预紧力垫圈3的外径d1与压缩控制圈4的内径D2直径差等参数，并严格控制预紧力垫圈3的抗拉强度一致性，使预紧力垫圈3在弹性变形阶段即可将预紧力控制在合理范围内。

另外，当被连接件或者螺纹紧固件产生蠕变或松弛时，预紧力垫圈3的回弹可以适当补偿被连接件或者螺纹紧固件的蠕变或松弛，有利于保证螺纹紧固件锁紧的稳定性。同时当螺纹紧固件松脱时，预紧力垫圈3的回弹会使预紧力垫圈3和压缩控制圈4在轴向之间产生尺寸差，此时压缩控制圈4可以自由转动，因此可以通过定期检查压缩控制圈4的转动情况来判定预紧力的保持情况，及时拧紧，避免由于松脱而导致的事故。

本发明中预紧力控制装置的工作原理为：

安装时，依次将上垫圈1、预紧力垫圈3、压缩控制圈4和下垫圈2套设在螺纹紧固件上（图12所示）。将力矩检测装置的六方扳拧头9与合适量程的力矩扳手10连接，备用。逐渐锁紧螺纹紧固件，使上垫圈1和下垫圈2压缩预紧力垫圈3，使其产生弹性变形。随着不断锁紧螺纹紧固件，预紧力垫圈3被压缩至与压缩控制圈4等高，此时压缩控制圈4被上垫圈1和下垫圈2夹紧。同时在锁紧螺纹紧固件的过程中，一边锁紧螺纹紧固件，一边通过力矩检测装置持续对压缩控制圈4施加转动力矩来检测压缩控制圈4的夹紧程度，当压缩控制圈4转动所需的力矩大于设定值时，停止锁紧螺纹紧固件，螺纹紧固件已安装到位。

本发明通过设置可转动套设在预紧力垫圈外侧的压缩控制圈，并使预紧力垫圈的轴向尺寸大于压缩控制圈的轴向尺寸，这样在螺纹紧固件锁紧时，不仅可以通过被上垫圈和下垫圈压缩并发生弹性变形的预紧力垫圈传递螺纹紧固件锁紧所需的预紧力，而且由于压缩控制圈的轴向尺寸小于预紧力垫圈的轴向尺寸，这样压缩控制垫圈可限制预紧力垫圈的压缩量，进而可以限制预紧力的大小。当预紧力垫圈被压缩至与压缩控制圈等高时，预紧力的大小已基本接近所要达到的预紧力的控制范围，同时压缩控制圈也会被上垫圈和下垫圈夹紧。由于压缩控制圈的夹紧程度受到预紧力大小的影响，且压缩控制圈的力矩传递结构可连接力矩检测装置，这样可以通过力矩检测装置检测压缩控制圈的夹紧程度来确定预紧力是否达到所要求的控制范围。由于此时预紧力的大小已基本接近所要达到的控制范围，因此只需稍微拧紧螺纹紧固件，并当力矩检测装置检测到的力矩值大于设定值时，说明预紧力已达到要求。相对于现有技术而言，本发明无需采用游标卡尺来测量压缩量，也无需根据检测场地的不同将其他光学、电子检测设备设置在不同的检测场地上，同时也无需设置压缩量临界报警线，这样不仅方便了预紧力垫圈压缩量的检测，同时也能够降低压缩量的测量误差，方便精确控制预紧力。

本发明中螺纹紧固件的预紧力控制装置的实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，预紧力控制装置适用于螺母的支撑面下，而本实施例中，如图14所示，本实施例中的预紧力控制装置适用于螺栓头部的支撑面下，预紧力控制装置安装在螺栓头部与被连接件之间（图17所示），上垫圈1（图15和图16所示）的上端面上开设有避让螺栓5头部与螺杆过渡连接段的倒角结构，倒角结构与上述过渡连接段之间具有间距，典型的间距值为0.15mm。上垫圈1的内孔D、外圆d和厚度S也根据上垫圈1的性能等级、选材以及安装位置进行合理的设计。在相同的性能等级下，除了上垫圈1外，本实施例中的其余部件可与实施1中的部件进行更换。

本发明中螺纹紧固件的预紧力控制装置的实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，预紧力垫圈4由记忆合金制造而成，而本实施例中，预紧力垫圈3由合金钢制造而成。

本发明中螺纹紧固件的预紧力控制装置的实施例4：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，上垫圈1、下垫圈2以及压缩控制圈4均由合金钢40CrNiMoA制造而成，而本实施例中，上垫圈1、下垫圈2以及压缩控制圈4均由高温合金GH2132制造而成。

本发明中螺纹紧固件的预紧力控制装置的实施例5：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，在锁紧螺纹紧固件的过程中，一边锁紧螺纹紧固件，一边通过力矩检测装置持续对压缩控制圈4施加转动力矩来检测压缩控制圈4的夹紧程度，而本实施例中，在锁紧螺纹紧固件的过程中，每拧紧螺纹紧固件设定角度，检测一次压缩控制圈4转动所需的力矩，直至压缩控制圈4转动所需的力矩大于设定值，在本实施例中，上述设定角度为30°。

本发明中螺纹紧固件的预紧力控制装置的实施例6：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，上垫圈1的上下端面和下垫圈2的上下端面均为平面，即上垫圈1和下垫圈2均为平垫圈，而本实施例中，上垫圈1和下垫圈2均为波形垫圈。

本发明中的螺纹紧固件的预紧力控制方法的实施例1：

该实施例采用上述螺纹紧固件的预紧力控制装置的实施例1中的预紧力控制装置，本实施例中的预紧力控制装置设置在螺栓头部的支撑面下，螺纹紧固件的预紧力控制方法包括以下步骤：

步骤一，在螺纹紧固件上安装上预紧力控制装置，使螺栓头部的支撑面与预紧力控制装置的上垫圈的上端面接触；

步骤二，锁紧螺纹紧固件，使得位于预紧力控制装置的上垫圈1和下垫圈2之间的预紧力垫圈3被压缩并发生弹性变形；

步骤三，锁紧螺纹紧固件的过程中，一边锁紧螺纹紧固件，一边通过力矩检测装置持续对压缩控制圈4施加转动力矩，以此通过力矩检测装置检测驱动压缩控制圈4转动所需的力矩来判断压缩控制圈4被上垫圈和下垫圈2夹紧的程度，当压缩控制圈4转动所需的力矩大于设定值时，停止锁紧螺纹紧固件，依靠预紧力垫圈3传递螺纹紧固件锁紧所需的预紧力。

本发明中螺纹紧固件的预紧力控制方法的实施例2：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，预紧力控制装置设置在螺栓头部的支撑面下，而本实施例中，预紧力控制装置设置在螺母的支撑面下。

本发明中螺纹紧固件的预紧力控制方法的实施例3：

本实施例与实施例1的不同之处在于，实施例1中，检测驱动压缩控制圈4转动所需的力矩通过下述方式实现：锁紧螺纹紧固件的过程中，持续对压缩控制圈4施加转动力矩，直至压缩控制圈4转动所需的力矩大于设定值，而本实施例中，检测驱动压缩控制圈4转动所需的力矩通过下述方式实现：在预紧力垫圈3被压缩至与压缩控制圈4等高后，每将螺纹紧固件拧紧设定角度，检测一次压缩控制圈4转动所需的力矩，直至压缩控制圈4转动所需的力矩大于设定值。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，本发明的专利保护范围以权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (13)

1.一种螺纹紧固件的预紧力控制装置，包括上垫圈（1），上垫圈（1）的上端面用于与螺栓头部的支撑面或螺母（6）的支撑面接触；上垫圈（1）的下方设有下垫圈（2），下垫圈（2）用于向被连接件传递螺纹紧固件的轴向压紧力；上垫圈（1）和下垫圈（2）之间设有预紧力垫圈（3），预紧力垫圈（3）用于套设在螺纹紧固件上，预紧力垫圈（3）在螺纹紧固件锁紧时被上垫圈（1）和下垫圈（2）压缩并发生弹性变形以传递螺纹紧固件锁紧所需的预紧力；其特征在于，螺纹紧固件的预紧力控制装置还包括压缩控制圈（4），压缩控制圈（4）可转动地套设在预紧力垫圈（3）的外侧；压缩控制圈（4）的轴向尺寸小于预紧力垫圈（3）的轴向尺寸；压缩控制圈（4）用于在预紧力垫圈（3）被压缩至与压缩控制圈（4）等高时被上垫圈（1）和下垫圈（2）夹紧；压缩控制圈（4）的外缘上设有力矩传递结构，力矩传递结构用于供力矩检测装置连接以检测压缩控制圈（4）在上垫圈（1）和下垫圈（2）之间的夹紧程度。

2.根据权利要求1所述的螺纹紧固件的预紧力控制装置，其特征在于，上垫圈（1）的下端面和下垫圈（2）的上端面均为平面。

3.根据权利要求1所述的螺纹紧固件的预紧力控制装置，其特征在于，上垫圈（1）的上端面与下垫圈（2）的下端面均为平面。

4.根据权利要求1~3中任意一项所述的螺纹紧固件的预紧力控制装置，其特征在于，压缩控制圈（4）的外径大于上垫圈（1）和下垫圈（2）的外径。

5.根据权利要求1~3中任意一项所述的螺纹紧固件的预紧力控制装置，其特征在于，预紧力垫圈（3）由记忆合金或合金钢制造而成。

6.根据权利要求1~3中任意一项所述的螺纹紧固件的预紧力控制装置，其特征在于，上垫圈（1）、下垫圈（2）以及压缩控制圈（4）均由合金钢40CrNiMoA或者高温合金GH2132制造而成。

7.根据权利要求1~3中任意一项所述的螺纹紧固件的预紧力控制装置，其特征在于，上垫圈（1）的内孔边沿上设有倒角结构，倒角结构用于当上垫圈（1）的上端面与螺栓头部的支撑面接触时避让螺栓头部与螺杆的过渡连接段。

8.一种螺纹紧固件的预紧力控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤一，在螺纹紧固件上安装上预紧力控制装置，使螺栓头部的支撑面或螺母（6）的支撑面与预紧力控制装置的上垫圈（1）的上端面接触；

步骤二，锁紧螺纹紧固件，使得位于预紧力控制装置的上垫圈（1）和下垫圈（2）之间的预紧力垫圈（3）被压缩并发生弹性变形；

步骤三，锁紧螺纹紧固件的过程中，通过检测驱动压缩控制圈（4）转动所需的力矩来判断压缩控制圈（4）被上垫圈（1）和下垫圈（2）夹紧的程度，当压缩控制圈（4）转动所需的力矩大于设定值时，停止锁紧螺纹紧固件，依靠预紧力垫圈（3）传递螺纹紧固件锁紧所需的预紧力。

9.根据权利要求8所述的螺纹紧固件的预紧力控制方法，其特征在于，检测驱动压缩控制圈（4）转动所需的力矩通过下述方式实现：锁紧螺纹紧固件的过程中，持续对压缩控制圈（4）施加转动力矩，直至压缩控制圈（4）转动所需的力矩大于设定值。

10.根据权利要求8所述的螺纹紧固件的预紧力控制方法，其特征在于，检测驱动压缩控制圈（4）转动所需的力矩通过下述方式实现：在预紧力垫圈（3）被压缩至与压缩控制圈（4）等高后，每将螺纹紧固件拧紧设定角度，检测一次压缩控制圈（4）转动所需的力矩，直至压缩控制圈（4）转动所需的力矩大于设定值。

11.根据权利要求8~10中任意一项所述的螺纹紧固件的预紧力控制方法，其特征在于，预紧力垫圈（3）与螺纹紧固件之间被设置为具有径向间距。

12.根据权利要求11所述的螺纹紧固件的预紧力控制方法，其特征在于，所述径向间距被设置为大于等于0.3mm。

13.根据权利要求8~10中任意一项所述的螺纹紧固件的预紧力控制方法，其特征在于，上垫圈（1）内孔的边沿设置有用于避让螺栓头部与螺杆的过渡连接段的倒角结构，倒角结构与所述过渡连接段之间被设置为具有间距，所述间距大于等于0.15mm。

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