CN116490695A - 用于确定紧固部件中的力施加量的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种螺母装置，该螺母装置包括：本体，该本体包括通过外壁且通过中央螺纹开孔来连接的第一表面和第二表面，中央螺纹开孔带有用于接合长形紧固构件的内螺纹；以及变形测量装置，变形测量装置由本体接纳或者与本体一起形成。本发明允许更精确地确定施加至紧固件的力。

Description

用于确定紧固部件中的力施加量的装置和方法

技术领域

本发明涉及紧固领域。更具体地，本发明涉及紧固部件的领域。甚至更具体地，本发明涉及用于确定正在施加的力的量的装置。

背景技术

本文中对背景技术的任何提及都不应被解释为承认这样的技术在澳大利亚或其他地方构成公知常识。

紧固工件对许多不同的行业是重要的。通常，对两个或更多个工件进行紧固需要力来向两个或更多个工件施加轴向压力。然而，力的过度施加可能导致紧固件屈曲，并且从而导致工件断开接合。替代性地，力的施加不足同样可能导致无效或失效的连接。

提供一种用于确定由紧固构件施加的轴向压力的方法和/或装置将是有利的，使得可以监测所施加的力的量，以减轻过度张紧或张紧不足的问题。此外，随着时间的推移监测正在施加的力的量将是有利的，因为这将提供关于张力是否正在损失的指示。

与许多目前可用的解决方案相关联的一个问题是，这些解决方案仅与某些类型的紧固方法兼容。

将理解的是，解决以上问题中的一个或更多个问题或者至少为消费者提供商业替代方案将是有利的。

发明内容

在第一方面，尽管该方面不需要是唯一的或者实际上是最广泛的方面，但是本发明广泛地在于一种螺母装置，该螺母装置包括：

本体，本体包括通过外壁和中央螺纹开孔来连接的第一表面和第二表面，中央螺纹开孔带有用于接合长形紧固构件的内螺纹；以及

变形测量装置，变形测量装置由本体接纳或者与本体一起形成。

在实施方式中，第二表面包括缓冲区域。

在一个实施方式中，本发明在于一种螺母装置，该螺母装置包括：

本体，本体包括通过外壁和中央螺纹开孔来连接的第一表面和第二表面，中央螺纹开孔具有用于接合长形紧固构件的内螺纹；以及

变形测量装置，变形测量装置由本体接纳或者与本体一起形成。

其中，第二表面包括缓冲区域。

在一个实施方式中，缓冲区域从外壁至少部分地延伸至中央螺纹开孔。在一个实施方式中，缓冲区域从外壁延伸至中央螺纹开孔。在一个实施方式中，缓冲区域具有截头圆锥形形状。

在另一实施方式中，第二表面是大致平面的。

在实施方式中，外壁包括与第二表面相邻的扩大凸缘部分。在一个实施方式中，外壁还包括与第一表面相邻的轴向远部部分。在另一实施方式中，扩大凸缘部分和轴向远部部分通过过渡表面连接。在一些实施方式中，轴向远部部分形成为螺母。

]在一些实施方式中，外壁包括接纳变形测量装置的凹口。在一个实施方式中，扩大凸缘部分包括凹口。

在实施方式中，变形测量装置与本体一起形成。在一个实施方式中，变形测量装置与本体的周缘一起形成。在一个实施方式中，变形测量装置与扩大凸缘部分一起形成。在一个实施方式中，螺母装置设置成与长形紧固构件组合。在一个实施方式中，变形测量装置是应变计。

在一个实施方式中，内螺纹具有第一均匀螺距。在实施方式中，长形紧固构件包括外螺纹部分。在一个实施方式中，内螺纹适于与外螺纹部分的外螺纹配合。在一个实施方式中，外螺纹可以具有第二均匀螺距。第二均匀螺距可以不同于第一均匀螺距。

在第二方面中，本发明在于一种用于确定所施加的载荷的紧固组件，该紧固组件包括：

紧固件，该紧固件包括具有外螺纹远端端部的长形紧固构件；以及

螺母装置，该螺母装置具有本体和变形测量装置，本体包括通过外壁和中央螺纹开孔来连接的第一表面和第二表面，中央螺纹开孔具有用于接合长形紧固构件的内螺纹，变形测量装置适于测量本体的变形并确定所施加的载荷，变形测量装置由本体接纳或者与本体一起形成；

由此，紧固件的张紧引起本体的变形。

螺母装置、紧固件及其部件可以基本上如关于第一方面所描述的那样。

在实施方式中，第二表面包括缓冲区域。在另一实施方式中，第二表面是大致平面的。

在一个实施方式中，紧固件包括多顶螺栓张紧器(multi jackbolt tensioner)。在一个实施方式中，紧固件包括螺母。在一个实施方式中，紧固件包括与长形紧固构件的近端端部一体地形成的本体部分。在另一实施方式中，紧固件包括本体部分，该本体部分接合长形紧固构件的近端端部。

在一方面，本发明在于一种对施加至包括紧固件和螺母装置的紧固组件的载荷进行确定的方法，该方法包括：

提供紧固件，该紧固件包括具有外螺纹远端端部的长形紧固构件；

将螺母装置固定至外螺纹远端端部，其中，螺母装置具有本体和变形测量装置，本体包括通过外壁且通过带有内螺纹的中央螺纹开孔来连接的第一表面和第二表面，变形测量装置由本体接纳或者与本体一起形成；

可选地，将变形测量装置定位在本体周围；以及

使紧固件和/或螺母装置张紧；

通过以下步骤来确定施加至长形紧固构件的载荷：

测量螺母装置横向于长形紧固构件的轴向方向的变形，以及

根据螺母装置的变形来确定施加至长形紧固构件的载荷。

螺母装置、紧固件及其部件可以基本上如关于第一方面和第二方面所描述的那样。

在实施方式中，第二表面包括缓冲区域。在另一实施方式中，第二表面是大致平面的。

在一个实施方式中，该方法还包括将载荷承载构件定位成与第二表面相邻的步骤。

在一个实施方式中，在外表面上的至少一个预定轴向位置处测量本体的变形。

在一个实施方式中，该方法还包括将长形紧固构件插入工件的开孔中的步骤。在实施方式中，该方法还包括将长形紧固构件插入两个或更多个工件的对准的开孔中的步骤。

在一个实施方式中，紧固件的张紧发生在与螺母装置的位置相反的端部处。

在一方面，本发明在于一种多顶螺栓张紧器(MJT)，该多顶螺栓张紧器包括：

本体部分，本体部分与长形紧固构件一体地形成，本体部分具有多个孔洞，多个孔洞在围绕本体部分的外周缘的间隔开的位置处相对于纵向中心轴线均匀地间隔开，孔洞具有形成有本体螺纹的侧壁；

顶螺栓，每个顶螺栓包括本体，该本体具有螺纹以螺纹接合本体部分中的孔洞中的一个孔洞中的本体螺纹；

载荷承载构件，载荷承载构件用于向工件施加力，该工件被紧固并布置成围绕长形紧固构件定位；以及

变形测量装置，变形测量装置由本体接纳或者与本体一起形成。

在一个实施方式中，本体包括适于接纳变形测量装置的凹口。在实施方式中，变形测量装置与本体一起形成。

在另一方面，本发明在于一种多顶螺栓张紧器，该多顶螺栓张紧器包括：

本体部分，本体部分形成为接合长形紧固构件或者与长形紧固构件一体地形成，本体部分具有多个孔洞，多个孔洞在围绕本体部分的外周缘的间隔开的位置处相对于纵向中心轴线均匀地间隔开，孔洞具有形成有本体螺纹的侧壁；

顶螺栓，每个顶螺栓包括本体，该本体具有螺纹以螺纹接合本体部分中的孔洞中的一个孔洞中的本体螺纹；

载荷承载构件，载荷承载构件用于向工件施加力，该工件被紧固并布置成围绕长形紧固构件定位，

其中，本体包括位于形成在本体中的轴向凹部中的变形测量装置。

在另一方面，本发明在于一种用于确定所施加的载荷的方法，该方法包括以下步骤：

提供MJT，该MJT包括本体部分、顶螺栓和载荷承载构件，本体部分形成为接合长形紧固构件或者与长形紧固构件一体地形成，本体部分具有多个孔洞，多个孔洞在围绕本体部分的外周缘的间隔开的位置处相对于纵向中心轴线均匀地间隔开，孔洞具有形成有本体螺纹的侧壁，每个顶螺栓包括本体，该本体具有螺纹以螺纹接合本体部分中的孔洞中的一个孔洞中的本体螺纹，载荷承载构件用于向工件施加力，该工件被紧固并布置成围绕长形紧固构件定位，其中，本体包括位于形成在本体中的轴向凹部中的变形测量装置，其中，长形紧固构件包括螺纹远端端部；

将螺纹远端端部固定到工件中的至少部分带螺纹的孔口中；

使MJT张紧；

通过以下步骤来确定施加至长形紧固构件的载荷：

测量MJT横向于长形紧固构件的轴向方向的变形，以及

根据紧固件的变形来确定施加至长形紧固构件的载荷。

在上面的各个部分和下面的描述中提及的本发明的各种特征和实施方式在适当的情况下适用于已作必要修改的其他部分。因此，在一个部分中指定的特征在适当的情况下可以与在其他部分中指定的特征相结合。

本发明的其他特征和优点将根据以下详细描述变得明显。

附图说明

为了帮助理解本发明并使本领域技术人员能够将本发明投入到实际应用中，将参照附图仅通过示例的方式描述本发明的各实施方式，在附图中：

图1示出了本螺母装置的实施方式的横截面；

图1a示出了没有应变计的图1的螺母装置的立体图；

图2示出了图1的螺母装置的相似实施方式的横截面；

图2a示出了没有应变计的图2的螺母装置的立体图；

图3示出了本螺母装置的另一实施方式的横截面及其功能；

图4示出了与多顶螺栓张紧器(MJT)结合的图3的螺母装置；

图5示出了与螺母紧固件结合的图3的螺母装置；

图6示出了包括应变计的螺栓型MJT的示例；

图7示出了包括应变计的另一螺栓型MJT的示例；

图8示出了包括应变计的替代性螺栓型MJT的示例；

图9示出了包括应变计的螺母型MJT的示例；

图10示出了没有应变计的螺母装置的实施方式的横截面；

图10a示出了图10的螺母装置的立体图；

图11示出了带有应变计的螺母装置的实施方式的横截面；

图11a示出了图11的螺母装置的立体图；

图12示出了带有应变计的螺母装置的实施方式的横截面；

图12a示出了图12的螺母装置的立体图；以及

图13示出了螺母本体的周向膨胀与螺栓上的轴向力之间的相关性的示例。

具体实施方式

本发明的实施方式主要在于螺母装置。因此，在附图中以简明示意的方式图示了该装置和方法步骤，附图仅示出了理解本发明的实施方式所必需的那些具体细节，以免由于对受益于本说明书的本领域普通技术人员来说将是显而易见的过多细节而使本公开模糊。

在本说明书中，诸如第一和第二、顶部和底部等的形容词可以仅用于将一个元素或动作与另一元素或动作区分开，而不一定要求或暗示任何实际的这种关系或顺序。

诸如“包括”或“包含”的词语意在限定非排他性的包含，使得包括元素列表的过程、方法、装置或设备不仅包括这些元素，还可以包括未明确列出的其他元素，包括这些过程、方法、装置或设备所固有的元素。

如本文中所使用的，术语“大约”是指：量在名义上是术语“大约”后面的数字，但是实际量可能从这个精确数字在不重要的程度上变化。

在第一方面，尽管该方面不需要是唯一的或者实际上是最广泛的方面，但是本发明在于一种螺母装置100、200，该螺母装置100、200包括：

本体110、210，本体110、210包括通过外壁116、216和中央螺纹开孔119、219来连接的第一表面112、212和第二表面114、214，中央螺纹开孔119、219具有用于接合长形紧固件的内螺纹118、218；以及

变形测量装置，变形测量装置由本体110、210接纳或者与本体110、210一起形成。

在实施方式中，第二表面114、214包括缓冲区域114a、214a。将理解的是，缓冲区域提供了其他优点(在下文中提到)，但是对本发明来说不是必要的。在这方面，第二表面适当地是大致平坦或平面的表面。在实施方式中，第二表面是将外壁连接至开孔的内螺纹的平面表面。

为了便于描述，关于应变计已经描述了变形测量装置。然而，本领域技术人员将理解的是，能够测量和检测变形的任何装置都可以与本发明一起使用。变形测量装置的非限制性示例包括线性可变差动变压器传感器、电容传感器、超声波传感器、发光装置和光纤传感器。发光装置的非限制性示例是激光器。变形测量装置的另一非限制性示例是销规(pingage)或塞规(plug gage)。

在图1中示出的是本发明的螺母装置100的实施方式。螺母装置100包括本体110。本体110包括通过外壁116且通过具有内螺纹118的中央螺纹开孔119来连接的第一表面112和第二表面114。也就是说，第一表面112和第二表面114通过外壁116和内螺纹118连接。中央螺纹开孔119在本体110中居中设置。在使用中，第二表面114抵接待紧固的工件或第二表面与工件之间的载荷承载构件150。第二表面114包括从外壁116延伸至中央螺纹开孔119的缓冲区域114a。在这方面，缓冲区域114a从外壁116至少部分地延伸至中央螺纹开孔119。也就是说，相对于连结外壁116和第二表面114的接合部的平面，缓冲区域114a在本体110与载荷承载构件150或工件(在载荷承载构件不存在的情况下)之间限定有空隙。

在一个实施方式中，中央螺纹开孔可以具有盲孔的形式。也就是说，开孔没有从第二表面完全延伸至第一表面，使得第二表面112是完整的。

缓冲区域114a可以由从外壁116和第二表面114的接合部延伸至中央螺纹开孔119和第二表面114的接合部的表面限定。在所示出的实施方式中，缓冲区域114a由截头圆锥形形状限定。该截头圆锥形形状的缓冲区域导致第二表面114与载荷承载构件150或工件之间的初始接触较少，并且这有利地减轻了屈曲问题。

在所示出的实施方式中，外壁116包括扩大凸缘部分116a和轴向远部部分116c。扩大凸缘部分116a可以与第二表面114相邻。轴向远部部分116c可以与第一表面112相邻。在一个实施方式中，轴向远部部分116c形成有多边形侧部，例如形成为用于通过工具夹持的六角螺母。扩大凸缘部分116a可以通过过渡表面116b连接至轴向远部部分116c。在一个实施方式中，过渡表面116b是截头圆锥形过渡表面。在一个实施方式中，外壁116在形状上是圆形的。在实施方式中，扩大凸缘部分116a具有比轴向远部部分116c的直径大的直径。

在一个实施方式中，螺母装置100包括变形测量装置。在一个实施方式中，变形测量装置包括应变计117。应变计是用于通过响应于物体的变形来测量物体上的应变量的装置。经测量的应变然后可以用于确定正在施加的载荷(比如轴向载荷)的量。应变计的非限制性示例包括电阻应变计和光学应变计。在所示出的实施方式中，扩大凸缘部分116a包括接纳变形测量装置(比如应变计117)的凹口116a’。

本领域技术人员将理解的是，螺母装置100可以包括一个或更多个变形测量装置。在一个实施方式中，变形测量装置可以围绕轴向远部部分安装，或者与轴向远部部分一起形成。在这方面，每个变形测量装置可以用于更精确地测量变形的量并且从而测量施加至长形紧固构件的力。在这方面，螺母装置可以包括各自接纳或适于接纳变形测量装置的一个或更多个凹口。替代性地或附加地，螺母装置可以包括附连至或固定至本体的一个或更多个变形测量装置。

在一个实施方式中，内螺纹118具有第一均匀螺距。内螺纹118适于与长形紧固构件120的外螺纹122配合。在一个实施方式中，外螺纹122具有第二均匀螺距。在一个实施方式中，第一均匀螺距不同于第二均匀螺距。外螺纹122适于与内螺纹118配合接合。

内螺纹118的第一均匀螺距和外螺纹122的第二均匀螺距的差异允许考虑到本体的变形(在下文中更详细地提到)。在这方面，在本体110由于张紧载荷而变形时，在内螺纹118与外螺纹122之间形成的间隙被消除，使得沿着外螺纹和内螺纹的长度在轴向上发生接合，而不是仅沿着外螺纹和内螺纹的有限的轴向长度发生接合。当施加张紧载荷时，内螺纹和外螺纹的配合接合延长，以用于改进的接合。在美国专利No.4,846,614中详细地论述了该行为，该美国专利的内容通过参引整体并入本文中。

在一个实施方式中，螺母装置100可以与载荷承载构件150结合使用。在这方面，螺母装置100对载荷承载构件150施加力，载荷承载构件150又对工件施加压缩力。在一个实施方式中，载荷承载构件150包括垫圈。

图1a示出了图1的螺母装置100的立体图。如所示出的，凹口116a’围绕扩大凸缘部分116a周向延伸。此外，轴向远部部分116c可以设置为六角螺母，以在消费者期望拧紧螺母装置的情况下，帮助拧紧螺母并将螺母定位在长形紧固构件(在图1a中未示出)周围。应当指出的是，应变计117在图1a中不存在，以清楚地示出凹口116a’。

在实施方式、比如图2所示出的实施方式中，应变计117可以位于外壁116上。在这方面，应变计117与外壁116一起适当地形成，使得可以确定本体110上的应变，并且从而确定长形紧固件120中的应变。在一个实施方式中，应变计117可以与本体110一起形成。也就是说，应变计117附连至本体110，或者与本体110一起形成。在一个实施方式中，扩大凸缘部分116a包括应变计117。为了便于描述，图2已经用与图1相同的附图标记进行编号，并且对图1的描述同样适用于图2。图2的螺母装置与图1的螺母装置之间的差别在于，图2的螺母装置在扩大凸缘部分116a中不包括凹口，相反地，应变计与螺母装置100一起形成。

在一个实施方式中，应变计117可以溅射(sputtered)到外壁116上。在一个实施方式中，应变计117可以包括测量环。测量环对本体中的变形的量进行测量，并且这可以用于确定张力的量。

图2a示出了图2的螺母装置的立体图。如所示出的，轴向远部部分116c可以设置为六角螺母，以在消费者期望拧紧螺母装置的情况下帮助拧紧螺母并将螺母定位在长形紧固构件(在图2a中未示出)周围。应当指出的是，应变计117在图2a中不存在，以清楚地示出扩大凸缘部分116a。

在使用中，螺母装置可以与长形紧固构件一起使用。在一个实施方式中，螺母装置设置成与长形紧固构件组合。在这方面，长形紧固构件可以插入穿过一个或更多个工件中的对准的开孔。长形紧固构件可以形成有可以被张紧的头部或本体部分(例如，多顶螺栓张紧器或紧固件)。长形紧固构件的另一端部可以用本发明的螺母装置固定。通过扭转多顶螺栓张紧器或紧固件，产生了强的轴向力并且该轴向力逆着工件定向。顶螺栓或头部的推力和螺母装置的相反的反作用力对工件施加了强的夹紧力。

在实施方式中，本体包括轴向凹部。在这个实施方式中，变形测量装置可以通过轴向凹部被接纳或者与轴向凹部一起形成。在一个实施方式中，变形测量装置与轴向凹部永久地附连或者与轴向凹部一起形成。轴向凹部中的变形测量装置可以确定变形，并且从而确定施加至长形紧固构件的力。

图3示出了在张力被施加至长形紧固构件220时螺母装置200的实施方式的放大图。螺母装置200包括本体210。本体210包括通过外壁216且通过中央螺纹开孔219来连接的第一表面212和第二表面214。中央螺纹开孔219包括内螺纹218。第二表面214包括从外壁216延伸至中央螺纹开孔219的缓冲区域214a。在这方面，缓冲区域214a从外壁216至少部分地延伸至中央螺纹开孔219。缓冲区域214a可以具有截头圆锥形形状。

当张力被施加至长形紧固构件220时，螺母装置200在相等且相反的阻力下被拉动抵靠载荷承载构件250和工件。在一个实施方式中，扩大凸缘部分216a设置有增大的直径以吸收在螺母装置200的该部分中产生的拉伸应力，并且轴向远部部分216c设置有减小的横向尺寸使得上内螺纹可以偏转，但是不能比下内螺纹移动得更远(相对于工件)。施加至螺母装置200的力导致本体210弹性变形或偏转。在这方面，缓冲区域214a被推向工件，使得第二表面214与载荷承载构件250接触，并且这迫使扩大凸缘部分216a向外偏转。在第二表面214与载荷承载构件250之间形成密封，并且还在载荷承载构件250与工件260之间形成密封。该力还导致轴向远部部分216c向内偏转。该偏转(周向膨胀)可以由应变计217确定，并且可以由此确定正在施加的力。在这方面，根据测试可以看出的是，在本体变形与长形紧固构件载荷之间可以产生直接线性相关性。在物理上，螺母本体的外径的圆周随着轴向螺栓预载荷的增大而按比例地膨胀达到小于百分之一。图13中示出的是这种相关性的图形表示。

图3描绘了螺母装置200中的标称偏转量。在这方面，当没有张力或很小的张力施加至长形紧固构件220时(例如，通过与螺母装置200相反的MJT)，螺母装置200几乎没有经历偏转(以完整的线示出)。然而，当张力被施加至长形紧固构件220时，螺母装置200被拉动抵靠载荷承载构件250和工件(标记为“x”的箭头)，并且第二表面214接合载荷承载构件250。此外，扩大凸缘部分216a相对于长形紧固构件220向外偏转(如通过标记为“y”的箭头所示出的)，并且轴向远部部分216c朝向长形紧固构件220偏转(如虚线所示，以及如通过标记为“z”的箭头所示出的)。这也导致内螺纹218与外螺纹222的配合接合。缓冲区域214a的设置允许在载荷承载构件250与第二表面214之间形成密封。此外，缓冲区域214a有利于螺母装置200的本体210的偏转。在这方面，当张力被施加至长形紧固构件220时，缓冲区域214a的设置允许偏转更加明显。螺母装置200的明显偏转的一个优点是偏转与所确定的力的比率更大。此外，缓冲区域214a的设置减轻了屈曲的问题。因此，据推测，可以确定观察到的偏转与所施加的力之间更精确的关系。将理解的是，这是优于目前可用的力确定方法的显著优点。

在一个实施方式中，本发明的螺母装置可以与多顶螺栓张紧器(MJT)一起使用。在这方面，图4示出了与多顶螺栓张紧器一起使用的螺母装置200。MJT 300包括本体部分310，该本体部分310形成为接合长形紧固构件320或者与长形紧固构件320一体地形成。在所示出的实施方式中，本体部分310形成为接合长形紧固构件320。本体部分310包括多个孔洞315(与本体部分中的相应的顶螺栓330一起示出)，多个孔洞315在围绕本体部分的外周缘的间隔开的位置处相对于纵向中心轴线均匀地间隔开，每个孔洞315具有形成有本体螺纹的侧壁，并且每个顶螺栓330包括本体，该本体具有螺纹以螺纹接合本体部分310中的相应的孔洞315中的本体螺纹。长形紧固构件320的远端端部包括外螺纹部分322，使得螺母装置200可以紧固至该外螺纹部分。当顶螺栓被张紧时，压缩力被施加至螺母装置200，使得螺母装置200被拉动抵靠载荷承载构件250，并且压缩力被施加至工件360a、360b。为了完整性，应当指出的是，本体部分310包括多个孔洞和相应的顶螺栓。

应当指出的是，在图4的实施方式中，MJT 300已经被张紧并且第二表面214已经变形，使得第二表面214与载荷承载构件250接触。这种变形通过应变计217来测量。

参照图5，螺母装置200与螺母500一起使用。长形紧固件320可以插入穿过一对工件360a、360b中的对准的开孔。在所示出的实施方式中，长形紧固件320包括外螺纹端部。长形紧固件的一个端部与螺母装置200联接，并且另一端部与螺母500联接。在所示出的实施方式中，螺母500是六角螺母。当螺母500和/或螺母装置200被张紧时，压缩力被施加至螺母装置200，使得螺母装置200被拉动抵靠载荷承载构件250，并且压缩力被施加至工件360a、360b。应当指出的是，在图5的实施方式中，螺母500已经被张紧并且第二表面214已经变形，使得第二表面214与载荷承载构件250接触。这种变形通过应变计217来测量。

本螺母装置的一个优点是，螺母装置的变形可以用于更精确地确定长形紧固构件和工件上的载荷。本螺母装置的另一优点是不需要直接拧紧螺母装置，这提供了更多的使用可能性。在这方面，无论拧紧方法如何，消费者可以获得更多的接头构型。通常，本螺母装置在长形紧固构件的远端端部上使用，并且可以通过扭转螺栓头或顶螺栓来在与螺母装置相反的端部上完成载荷的产生。因此，本螺母装置允许通过拧紧方法来监测和确定载荷，该拧紧方法包括但不限于常规扭转/转动拧紧、通过加热进行的螺柱拉伸、机械张紧和液压张紧。这是显著的优点，因为它允许通过多种拧紧方法来监测和确定载荷。此外，对远端端部上的载荷的监测通常比对扭转位置处的载荷的监测更容易获取。在这方面，将理解的是，将需要空间来对螺母装置施加力。

图10示出了图1所示的螺母装置的相似实施方式。图10a示出了图10所示的螺母装置的立体图。为了便于描述，图10已经用与图1相同的附图标记进行编号，并且对图1的描述同样适用于图10。图10的螺母装置与图1的螺母装置之间的主要区别在于，图10的螺母装置不包括过渡表面116b。此外，在这个实施方式中，凹口116a’包括阶梯形轮廓。

图11示出了图10所示的螺母装置的相似实施方式。图11a示出了图10所示的螺母装置的立体图。为了便于描述，图11已经用与图1和图10相同的附图标记进行编号，并且对图1和图10的描述同样适用于图11。图11的螺母装置与图1的螺母装置之间的主要区别在于，图11的螺母装置不包括过渡表面116b。此外，凹口116a’包括阶梯形轮廓。另外，轴向远部部分116c适于接纳12角套筒(12point socket)。本领域技术人员将理解的是，轴向远部部分116c可以适于与紧固工具互补，或者可以适于接纳用于帮助其紧固的工具。

图12示出了图10所示的螺母装置的相似实施方式。图12a示出了图12所示的螺母装置的立体图。为了便于描述，图12已经用与图1和图10相同的附图标记进行编号，并且对图1和图10的描述同样适用于图12。图12的螺母装置与图1的螺母装置之间的主要区别在于，图11的螺母装置不包括过渡表面116b。此外，凹口116a’包括阶梯形轮廓。在这个实施方式中，轴向远部部分116c还包括孔口，该孔口适于接纳工具以帮助张紧。在一个实施方式中，该孔口是盲孔。

本领域技术人员将理解的是，本发明的螺母装置可以用于扭转应用和张紧应用。在这方面，本螺母装置可以用作主动螺母或被动螺母。在一个实施方式中，本发明在于一种用于在扭转和/或张紧应用中使用的螺母装置。在实施方式中，本发明在于一种在扭转和/或张紧应用中使用时的螺母装置。

在一个方面，本发明在于一种对施加至包括紧固件和螺母装置的紧固组件的载荷进行确定的方法，该方法包括：

提供紧固件，该紧固件包括具有外螺纹远端端部的长形紧固构件；

将螺母装置固定至外螺纹远端端部，其中，螺母装置包括本体和变形测量装置，本体包括通过外壁且通过带有内螺纹的中央螺纹开孔来连接的第一表面和第二表面，变形测量装置由本体接纳或者与本体一起形成；

可选地，将变形测量装置定位在本体周围；以及

使紧固件和/或螺母装置张紧；

通过以下步骤来确定施加至长形紧固构件的载荷：

测量螺母装置横向于长形紧固构件的轴向方向的变形，以及

根据螺母装置的变形来确定施加至长形紧固构件的载荷。

在一个实施方式中，变形测量装置包括应变计。

在实施方式中，第二表面包括缓冲区域。

紧固件、螺母装置及其部件可以基本上如上文所描述的那样。

在一个实施方式中，紧固件是MJT。

将理解的是，该方法还可以包括测量螺母装置在多个位置中的变形以及确定施加至长形紧固构件的载荷的步骤。

在一个实施方式中，本发明在于一种MJT，该MJT包括：

本体部分610，本体部分610与长形紧固构件620一体地形成，本体部分610具有多个孔洞615a、615b，多个孔洞615a、615b在围绕本体部分610的外周缘的间隔开的位置处相对于纵向中心轴线均匀地间隔开，孔洞615a、615b具有形成有本体螺纹的侧壁；

顶螺栓630a、630b，每个顶螺栓包括具有螺纹的本体，以螺纹接合本体部分610中的孔洞615a、615b中的一个孔洞中的本体螺纹；

载荷承载构件650，载荷承载构件650用于向工件660a施加力，工件660a将被紧固并布置为围绕长形紧固构件620定位；以及

变形测量装置，变形测量装置由本体610接纳或者与本体610一起形成。

在一个实施方式中，变形测量装置包括应变计。

本体的外表面可以适于接纳应变计。在这方面，外表面可以包括接纳应变计的凹口。在另一实施方式中，应变计与外表面接触。在一些实施方式中，应变计与本体一起形成。也就是说，应变计与外表面附连或者一起形成。

在图6中示出的是螺栓型MJT 600的横截面。螺栓型MJT包括与长形紧固构件620一体地形成的本体610。MJT 600包括本体部分610。本体部分610包括外表面611。本体部分610设置有多个孔洞，多个孔洞在围绕本体部分610的外周缘的间隔开的位置处相对于纵向中心轴线均匀地间隔开。在横截面中，本体部分610示出为设置有孔洞615a、615b。孔洞615a、615b具有形成有本体螺纹的侧壁。各自包括具有螺纹的本体的顶螺栓630a、630b放置在相应的孔洞615a、615b中以与孔洞615a、615b接合。本领域技术人员将理解的是，MJT可以具有任意数目的孔洞和相应的顶螺栓，并且不限于该横截面中所示的两个。在实施方式中，载荷承载构件650位于本体610与工件之间。在所示出的实施方式中，变形测量装置与本体610附连或者一起形成。在一个实施方式中，变形装置包括应变计617。

在一个实施方式中，紧固装置670可以通过长形紧固构件620的螺纹远端端部固定。在这个实施方式中，当张力被施加至MJT 600时，轴向压力被施加至工件660a、660b。此外，当张力被施加至MJT 600的本体610时，本体610变形并且应变计能够检测和测量紧固件的变形并且正在施加的载荷可以被确定。

紧固装置670可以是本发明的装置或本领域已知的任何紧固装置。本发明的紧固装置的使用允许多个变形读数。这些读数可以相互关联，以提供更精确的力确定。

在替代性实施方式中，长形紧固构件620的螺纹远端端部可以与工件中的螺纹孔口接合。当张力被施加至MJT 600时，本体610向工件施加轴向压力。将理解的是，所施加的扭矩的量可以通过本体610的变形通过应变计617来监测。

图7中示出的是螺栓型MJT的横截面。图7的螺栓型MJT类似于图6的螺栓型MJT，不同之处在于本体610包括位于本体610的外表面611中的凹口616。凹口616适于接纳应变计617。为了便于描述，用于描述图6的相同的附图标记已经用于图7的MJT，唯一的区别在于外表面611包括适用于接纳应变计617的凹口616。在一个实施方式中，MJT设置成与应变计组合。

在一个实施方式中，本发明在于一种MJT，该MJT包括：

本体部分610，本体部分610形成为接合长形紧固构件620或者与本体部分610一体地形成，本体部分610具有多个孔洞615a、615b，多个孔洞615a、615b在围绕本体部分610的外周缘的间隔开的位置处相对于纵向中心轴线均匀地间隔开，孔洞615a、615b具有形成有本体螺纹的侧壁；

顶螺栓630a、630b，每个顶螺栓包括本体，该本体具有螺纹以螺纹接合本体部分610中的孔洞中的一个孔洞中的本体螺纹；以及

载荷承载构件650，载荷承载构件650用于向工件660a施加力，工件660a将被紧固并布置成围绕长形紧固构件620定位，

其中，本体610包括位于形成在本体610中的轴向凹部中的变形测量装置。

本体包括与纵向中心轴线平行或大致平行的轴向凹部。变形测量装置可以被保持、固定或附连在该凹部中。变形测量装置可以用于确定本体中的变形量，并且从而确定正在施加的力的量。在一个实施方式中，变形测量装置包括应变计。

图8中示出的是螺栓型MJT 800的横截面。MJT 800包括本体部分810。本体部分810设置有多个孔洞815a、815b，多个孔洞815a、815b在围绕本体部分810的外周缘的间隔开的位置处相对于纵向中心轴线均匀地间隔开。在横截面中，本体部分示出为设置有孔洞815a、815b。孔洞815a、815b具有形成有本体螺纹的侧壁。各自包括具有螺纹的本体的顶螺栓830a、830b放置在相应的孔洞815a、815b中以与孔洞815a、815b接合。本领域技术人员将理解的是，MJT可以具有任意数目的孔洞和相应的顶螺栓，并且不限于该横截面中所示的两个。在一个实施方式中，载荷承载构件850位于本体810与工件之间。在所示出的实施方式中，凹部形成在平行于纵向轴线的位置中。应变计817被保持、固定或附连在所述凹部中。在这个实施方式中，本体部分810与长形紧固构件820一体地形成。

图9中示出的是螺母型MJT的横截面。螺母型MJT类似于图8的螺栓型MJT，不同之处在于螺母型MJT包括具有内螺纹802的中央螺纹开孔801，内螺纹802适于接合长形紧固件820的外螺纹803。为了便于描述，用于描述图8的MJT的相同的附图标记已经用于图9。唯一的区别在于图9是螺母型MJT而不是螺栓型MJT。在这个实施方式中，本体部分形成为接合长形紧固构件。

在一个实施方式中，本发明在于一种用于确定所施加的载荷的方法，该方法包括以下步骤：

提供MJT，该MJT包括本体部分、顶螺栓和载荷承载构件，本体部分形成为接合长形紧固构件或者与长形紧固构件一体地形成，本体部分具有多个孔洞，多个孔洞在围绕本体部分的外周缘的间隔开的位置处相对于纵向中心轴线均匀地间隔开，孔洞具有形成有本体螺纹的侧壁，每个顶螺栓包括本体，该本体具有螺纹以螺纹接合本体部分中的孔洞中的一个孔洞中的本体螺纹，载荷承载构件用于向工件施加力，该工件将被紧固并布置为围绕长形紧固构件定位，其中，本体包括位于形成在本体中的轴向凹部中的变形测量装置，其中，长形紧固构件包括螺纹远端端部；

将螺纹远端端部固定到工件中的螺纹凹部中；

使MJT张紧；

通过以下步骤来确定施加至长形紧固构件的载荷：

测量MJT横向于长形紧固构件的轴向方向的变形，以及

根据紧固件的变形来确定施加至长形紧固构件的载荷。

在一个实施方式中，变形测量装置包括应变计。

将理解的是，在适用的情况下，螺母装置可以与变形测量装置(比如应变计)分开提供。在这方面，消费者可以将螺母装置定位在紧固件上，并且随后将变形测量装置放置在所述螺母装置上。

在一个实施方式中，本发明在于一种螺母装置，该螺母装置包括：

本体，本体具有中央螺纹开孔，本体包括通过外壁和中央螺纹开孔的螺纹来连接的第一表面和第二表面；并且

其中，本体适于接纳变形测量装置。

在一些实施方式中，第二表面包括缓冲区域。

在一个实施方式中，外壁包括凹口。凹口接纳变形测量装置。在一个实施方式中，螺母装置设置成与变形测量装置结合。

为了向相关领域的普通技术人员说明的目的，提供了本发明的各种实施方式的以上描述。以上描述并不意在是穷举的或将本发明限制为单个公开的实施方式。如上所述，本发明的许多替代方案和变型对于以上教示的领域的技术人员来说将是明显的。因此，虽然已经具体讨论了一些替代性实施方式，但是其他实施方式将是明显的或者将由本领域普通技术人员相对容易地开发。因此，本发明意在包括本文所讨论的本发明的所有替代方案、改型和变型、以及落入上述发明的精神和范围内的其他实施方式。

Claims (16)

1.一种螺母装置，包括：

本体，所述本体包括通过外壁且通过中央螺纹开孔来连接的第一表面和第二表面，所述中央螺纹开孔带有用于接合长形紧固构件的内螺纹；以及

变形测量装置，所述变形测量装置由所述本体接纳或者与所述本体一起形成。

2.一种用于确定所施加的载荷的紧固组件，所述紧固组件包括：

紧固件，所述紧固件包括具有外螺纹远端端部的长形紧固构件；以及

螺母装置，所述螺母装置具有本体和变形测量装置，所述本体包括通过外壁且通过中央螺纹开孔来连接的第一表面和第二表面，所述中央螺纹开孔带有用于接合所述长形紧固构件的内螺纹，所述变形测量装置适于测量所述本体的变形并确定所施加的所述载荷，所述变形测量装置由所述本体接纳或者与所述本体一起形成；

由此，所述紧固件的张紧导致所述本体的所述变形。

3.一种对施加至紧固组件的载荷进行确定的方法，一种对施加至包括紧固件和螺母装置的紧固组件的载荷进行确定的方法，所述方法包括：

提供紧固件，所述紧固件包括具有外螺纹远端端部的长形紧固构件；

将所述螺母装置固定至所述外螺纹远端端部，其中，所述螺母装置具有本体和变形测量装置，所述本体包括通过外壁且通过带有内螺纹的中央螺纹开孔来连接的第一表面和第二表面，所述变形测量装置由所述本体接纳或者与所述本体一起形成；

可选地，将所述变形测量装置定位在所述本体周围；以及

使所述紧固件和/或螺母装置张紧；

通过以下步骤来确定施加至所述长形紧固构件的所述载荷：

测量所述螺母装置横向于所述长形紧固构件的轴向方向的变形，以及

根据所述螺母装置的所述变形来确定施加至所述长形紧固构件的所述载荷。

4.根据前述权利要求中的任一项所述的螺母装置、紧固组件或方法，其中，所述第二表面包括缓冲区域。

5.根据权利要求4所述的螺母装置、紧固组件或方法，其中，所述缓冲区域从所述外壁至少部分地延伸至所述中央螺纹开孔。

6.根据权利要求4至5中的任一项所述的螺母装置、紧固组件或方法，其中，所述缓冲区域从所述外壁延伸至所述中央螺纹开孔。

7.根据权利要求4至6中的任一项所述的螺母装置、紧固组件或方法，其中，所述缓冲区域具有截头圆锥形形状。

8.根据前述权利要求中的任一项所述的螺母装置、紧固组件或方法，其中，所述外壁包括与所述第二表面相邻的扩大凸缘部分、与所述第一表面相邻的轴向远部部分、以及可选地连接所述扩大凸缘部分和所述轴向远部部分的过渡表面。

9.根据前述权利要求中的任一项所述的螺母装置、紧固组件或方法，其中，所述外壁包括接纳所述变形测量装置的凹口。

10.根据权利要求8所述的螺母装置、紧固组件或方法，其中，所述扩大凸缘部分包括所述凹口。

11.根据权利要求1至8中的任一项所述的螺母装置、紧固组件或方法，其中，所述变形测量装置与所述本体一起形成。

12.根据前述权利要求中的任一项所述的螺母装置、紧固组件或方法，其中，所述内螺纹具有第一均匀螺距，长形紧固件的外螺纹部分具有第二均匀螺距，并且其中，所述第二均匀螺距和所述第一均匀螺距不同。

13.根据权利要求1至3中的任一项所述的螺母装置、紧固组件或方法，其中，所述第二表面是大致平面的。

14.一种多顶螺栓张紧器，包括：

本体部分，所述本体部分与长形紧固构件一体地形成，所述本体部分具有多个孔洞，所述多个孔洞在围绕所述本体部分的外周缘的间隔开的位置处相对于纵向中心轴线均匀地间隔开，所述孔洞具有形成有本体螺纹的侧壁；

顶螺栓，每个顶螺栓包括本体，所述本体具有螺纹以螺纹接合所述本体部分中的所述孔洞中的一个孔洞中的所述本体螺纹；

载荷承载构件，所述载荷承载构件用于向工件施加力，所述工件被紧固并布置成围绕所述长形紧固构件定位；以及

变形测量装置，所述变形测量装置由所述本体接纳或者与所述本体一起形成。

15.一种多顶螺栓张紧器，包括：

本体部分，所述本体部分形成为接合长形紧固构件或者与长形紧固构件一体地形成，所述本体部分具有多个孔洞，所述多个孔洞在围绕所述本体部分的外周缘的间隔开的位置处相对于纵向中心轴线均匀地间隔开，所述孔洞具有形成有本体螺纹的侧壁；

顶螺栓，每个顶螺栓包括本体，所述本体具有螺纹以螺纹接合所述本体部分中的所述孔洞中的一个孔洞中的所述本体螺纹；以及

载荷承载构件，所述载荷承载构件用于向工件施加力，所述工件被紧固并布置成围绕所述长形紧固构件定位，

其中，所述本体包括位于形成在所述本体中的轴向凹部中的变形测量装置。

16.一种用于确定所施加的载荷的方法，所述方法包括以下步骤：

提供MJT，所述MJT包括本体部分、顶螺栓和载荷承载构件，所述本体部分形成为接合长形紧固构件或者与长形紧固构件一体地形成，所述本体部分具有多个孔洞，所述多个孔洞在围绕所述本体部分的外周缘的间隔开的位置处相对于纵向中心轴线均匀地间隔开，所述孔洞具有形成有本体螺纹的侧壁，每个顶螺栓包括本体，所述本体具有螺纹以螺纹接合所述本体部分中的所述孔洞中的一个孔洞中的所述本体螺纹，所述载荷承载构件用于向工件施加力，所述工件被紧固并布置成围绕所述长形紧固构件定位，其中，所述本体包括位于形成在所述本体中的轴向凹部中的变形测量装置，其中，所述长形紧固构件包括螺纹远端端部；

将所述螺纹远端端部固定到所述工件中的至少部分带螺纹的孔口中；

使所述MJT张紧；

通过以下步骤来确定施加至所述长形紧固构件的所述载荷：

测量所述MJT横向于所述长形紧固构件的轴向方向的变形，以及

根据紧固件的所述变形来确定施加至所述长形紧固构件的所述载荷。