CN208221286U - 一种智能紧固件 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种智能紧固件，包括紧固件本体，其特征在于，所述紧固件本体包括形变部和连接部，所述形变部与一测量单元连接，当所述紧固件本体安装时，所述连接部带动所述形变部变形进而促使所述测量单元移动生成一位移量。本实用新型还公开了一种智能紧固件的监测系统。本实用新型的智能紧固件能够通过测量单元测量的位移量而得到形变部的形变量，进而通过人工计算或者预定公式推算出预紧力，与现有技术的预紧应力指示螺栓相比具有精度高、结果数据化的优点。

Description

一种智能紧固件

技术领域

本实用新型涉及紧固件领域，特别涉及一种智能紧固件及其监测系统。

背景技术

由于生产操作上的需要以及制造、安装、检修、运输的方便，设备经常做成可拆卸的结构，法兰连接是最常见的可拆卸连接结构。法兰连接需要满足法兰强度、刚度及连接可靠的要求。法兰连接依靠螺栓压紧法兰，所以，事先要施加给螺栓多大的预紧力对法兰满足以上要求有相当重要的作用。

目前，控制螺栓预紧力的方法有：力矩法、螺母转角法、液压拉伸法。各种方法特点如下：

力矩法是用测力矩扳手控制预紧力，是国内外长期以来应用广泛的控制预紧力的方法。由于其通过扭力间接测量预紧力，相同的扭力不同的摩擦系数对应不同的预紧力。所以其误差达+/-25％以上。

螺母转角法是先把螺栓副拧紧到“紧贴”位置，再转过一定角度，误差在+/-15％以上。其“紧贴”位置不好判断，对人员的经验有高的要求。

液压拉伸法是用螺栓在弹性范围内时的预紧力控制。误差在+/-10％以上。而且使用麻烦，费用高，对空间的要求高，只能使用于特殊场合。

以上方法都不能很好精确地控制螺栓预紧力。在设备投入运行后，螺栓连接的实时预紧力状态无法获得。

为此，目前有中国专利授权公告号CN201925305U(授权公告日 2011.08.10)公开了一种预紧应力指示螺栓，但是该螺栓只能通过变化的标记颜色与标准色板进行比较，即通过螺栓的应变值确定螺栓所承受的预紧力的大小，这种判断方法误差大，不适用于高精度场合。

实用新型内容

本实用新型的目的之一在于提供一种智能紧固件，本实用新型的目的之二在于提供一种智能紧固件的监测系统。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种智能紧固件，包括紧固件本体，所述紧固件本体包括形变部和连接部，所述形变部与一测量单元连接，当所述紧固件本体安装时，所述连接部带动所述形变部变形进而促使所述测量单元移动生成一位移量。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述测量单元根据所述位移量测量出所述紧固件本体的预紧力。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述紧固件本体的中部为所述形变部，所述紧固件本体的一端为所述连接部。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述测量单元包括测量杆和位移测量装置，所述紧固件本体的其中一端端部向中部设置有轴向孔，所述测量杆设置在所述轴向孔内，当所述紧固件本体安装时，所述连接部带动所述形变部变形进而促使所述测量杆移动生成一位移量，所述位移测量装置获取该位移量。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述位移测量装置具有与外界数据接收端相对应的有线或无线信号发射模块。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述测量杆与所述轴向孔为固定配合。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述测量杆靠近所述连接部的一端外表面设置有外螺纹，所述轴向孔靠近所述连接部的一端内表面设置有与所述外螺纹配合的内螺纹。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述测量杆外壁与所述轴向孔内壁之间为间隙配合，所述测量杆靠近所述连接部的一端与所述轴向孔靠近所述连接部的一端接触配合。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述位移测量装置为精密位移测量仪器，所述精密位移测量仪器的测杆作为所述测量杆。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述位移测量装置为高精度位移传感器。

一种智能紧固件的监测系统，包括如上述技术方案所述的智能紧固件和能够对所述智能紧固件所获取的位移量进行处理的数据处理系统。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述数据处理系统对所述智能紧固件所获取的位移量进行处理的方式包括但不限于对该位移量进行计算得出所述智能紧固件的预紧力或对该位移量直接获取显示。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述数据处理系统包括数据接收端、数据处理器和远端服务器，所述数据接收端与所述位移测量装置连接，所述数据接收端将数据送至所述数据处理器进行处理，将所述智能紧固件所获取的位移量数据转化为智能紧固件的预紧力或者直接显示的数据，之后再送至所述远端服务器。

在本实用新型的一个优选实施例中，所述远端服务器还与报警装置连接，当所述远端服务器接收到所述智能紧固件所获得的位移量数据超过预设定值时，所述报警装置发出警报。

由于采用了如上的技术方案，本实用新型的智能紧固件能够通过测量单元测量的位移量而得到形变部的形变量，进而通过人工计算或者预定公式推算出预紧力，与现有技术的预紧应力指示螺栓相比具有精度高、结果数据化的优点。而且能够将测量到的预紧力值通过有线或无线信号发射模块传输到远端服务器中，作预紧力值在线监测。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，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是本实用新型一种智能紧固件一种实施例的结构示意图。

图2是本实用新型一种智能紧固件另一种实施例的结构示意图。

图3是本实用新型一种智能紧固件的监测系统一种实施例的结构示意图。

图4是本实用新型一种智能紧固件的监测系统另一种实施例的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本实用新型。

实施例1

参见图1所示的一种智能紧固件，包括紧固件本体，紧固件本体包括形变部和连接部，形变部与一测量单元连接，当紧固件本体安装时，连接部带动形变部变形进而促使测量单元移动生成一位移量，获得该位移量之后，通过人工计算或者预定公式推算出预紧力。本实施例中的紧固件本体为螺栓本体100，螺栓本体100由第一端向第二端依次包括螺纹段110、中部光杆段120、头部130，螺栓本体100的中部光杆段120为形变部，螺栓本体100的一端螺纹段110为连接部，螺栓本体100的头部130为固定端，所以紧固件本体安装时，螺栓本体100的连接部与螺母配合旋紧，当螺母拧紧到“紧贴”位置，再转过一定角度，形变部会发生形变。当然螺栓本体也可以为双头螺柱、螺钉等紧固件。螺栓本体100的头部130向杆部的中部设置有轴向孔140，也可以在螺纹段的端部向杆部的中部设置有轴向孔。本实施例中的测量单元包括测量杆200和位移测量装置400，测量杆200设置在轴向孔140内。

本实施例中的测量杆200靠近连接部的一端外表面设置有外螺纹210，轴向孔140为阶梯孔，其上部较大内径的孔与测量杆200的中部留有一定的间隙，轴向孔140靠近连接部的一端内表面设置有与外螺纹210配合的内螺纹141。当然测量杆200与轴向孔140之间还有别的固定方式，例如测量杆200 的底部与轴向孔140的内壁之间通过胶水固定。

螺栓本体100的头部还设置有透明保护盖300，透明保护盖300由不具备信号屏蔽效果的材料制成，避免透明保护盖300的内部形成信号屏蔽区域。透明保护盖300内部设置有用于感应测量杆200的轴向位移量的位移测量装置400。

为了使得本实用新型具备与外界设备通信互动的功能，位移测量装置400 具有与外界数据接收端相对应的有线或无线信号发射模块。本实施例中的位移测量装置400为高精度位移传感器，与有线或无线信号发射模块在市面上均可以购买，为现有技术。

实施例2

参见图2所示的一种智能紧固件，包括紧固件本体，紧固件本体包括形变部和连接部，形变部与一测量单元连接，当紧固件本体安装时，连接部带动形变部变形进而促使测量单元移动生成一位移量，获得该位移量之后，通过人工计算或者预定公式推算出预紧力。本实施例中的紧固件本体为螺栓本体100，螺栓本体100由第一端向第二端依次包括螺纹段110、中部光杆段120、头部130，螺栓本体100的中部光杆段120为形变部，螺栓本体100的一端螺纹段110为连接部，螺栓本体100的头部130为固定端，所以紧固件本体安装时，螺栓本体100的连接部与螺母配合旋紧，当螺母拧紧到“紧贴”位置，再转过一定角度，形变部会发生形变。当然螺栓本体也可以为双头螺柱、螺钉等紧固件。螺栓本体100的头部130向杆部的中部设置有轴向孔140，也可以在螺纹段的端部向杆部的中部设置有轴向孔。本实施例中的测量单元包括测量杆200和位移测量装置400，测量杆200设置在轴向孔140内。

本实施例中的测量杆200与轴向孔140为间隙配合，轴向孔140的底部设置为盲孔结构或是缩径结构，使得测量杆200的底端与轴向孔140的内端接触限位配合。

螺栓本体100的头部还设置有透明保护盖300，透明保护盖300由不具备信号屏蔽效果的材料制成，避免透明保护盖300的内部形成信号屏蔽区域。透明保护盖300内部设置有用于感应测量杆200的轴向位移量的位移测量装置400。本实施例中的位移测量装置400可以为精密位移测量仪器，例如百分表或千分表，精密位移测量仪器的测杆作为测量杆200，所以测量杆200产生的轴向位移量可以由精密位移测量仪器直接读出。

实施例3

参见图3所示的一种智能紧固件的监测系统，包括至少一如上述实施例1 中的智能紧固件和能够对智能紧固件所获取的位移量进行处理的数据处理系统。数据处理系统对智能紧固件所获取的位移量进行处理的方式包括但不限于对该位移量进行计算得出智能紧固件的预紧力或对该位移量直接获取显示。

本实施例中的数据处理系统包括数据接收端500、数据处理器600和远端服务器700，数据接收端500与位移测量装置400通过有线或无线方式连接，数据接收端500将数据送至数据处理器600进行处理，将智能紧固件所获取的位移量数据转化为智能紧固件的预紧力或者直接显示的数据，之后再送至远端服务器700，此时可以通过远端服务器700进行在线监测。本实施例中的智能紧固件可为多个，也可为一个。数据处理器600的计算方法采用如下述的一种智能紧固件的预紧力的测量方法。

为了使得本实用新型实时发出警报，本实施例中的远端服务器700还与报警装置800连接，当远端服务器700接收到智能紧固件的预紧力超过预设定值时，报警装置800发出警报。

工作时，当给螺栓本体100的连接部施加预紧力时，螺栓本体100的中部光杆段120(即形变部)会发生拉伸(如图3中箭头方向所示)，由于螺栓本体100的轴向孔140与测量杆200固定连接，进而带动测量杆200产生轴向位移量，此时的位移测量装置400便可采集测量杆200产生的轴向位移量，数据接收端500用以接收智能紧固件的有线或无线信号发送模块发出的测量杆的轴向位移量数据，数据接收端500将数据送至数据处理器600进行处理，将测量杆200的轴向位移量数据转化为智能紧固件的预紧力或者直接显示的数据，之后再送至远端服务器700进行在线监测。

实施例4

参见图4所示的一种智能紧固件的监测系统，包括至少一如上述实施例2 中的智能紧固件和能够对智能紧固件所获取的位移量进行处理的数据处理系统。数据处理系统对智能紧固件所获取的位移量进行处理的方式包括但不限于对该位移量进行计算得出智能紧固件的预紧力或对该位移量直接获取显示。

本实施例中的数据处理系统包括数据接收端500、数据处理器600和远端服务器700，数据接收端500与位移测量装置400通过有线或无线方式连接，数据接收端500将数据送至数据处理器600进行处理，将智能紧固件所获取的位移量数据转化为智能紧固件的预紧力或者直接显示的数据，之后再送至远端服务器700，此时可以通过远端服务器700进行在线监测。本实施例中的智能紧固件可为多个，也可为一个。数据处理器600的计算方法采用如下述的一种智能紧固件的预紧力的测量方法。

为了使得本实用新型实时发出警报，本实施例中的远端服务器700还与报警装置800连接，当远端服务器700接收到智能紧固件的预紧力超过预设定值时，报警装置800发出警报。

工作时，当给螺栓本体100的连接部施加预紧力时，螺栓本体100的中部光杆段120(即形变部)会发生拉伸(如图4中箭头方向所示)，由于螺栓本体100的轴向孔140与测量杆200间隙连接，测量杆200的底端始终压紧在轴向孔140底部，而且测量杆200会产生一个轴向位移量，此时的位移测量装置400便可采集测量杆200产生的轴向位移量，数据接收端500用以接收智能紧固件的有线或无线信号发送模块发出的测量杆的轴向位移量数据，数据接收端500将数据送至数据处理器600进行处理，将测量杆200的轴向位移量数据转化为智能紧固件的预紧力或者直接显示的数据，之后再送至远端服务器700进行在线监测。

一种智能紧固件的预紧力的测量方法，包括如下步骤：

1)获取通过如上述技术方案的测量单元测量到的测量杆的轴向位移量△ L；

2)将轴向位移量△L代入如下公式：

F＝E×A×△L/L， (1)

其中，F为智能紧固件的预紧力，E为螺栓本体材料弹性模量，A为螺栓本体的中部光杆段的径向截面积，L为螺栓本体的总长度，E、A、L均为固定常量。

上述公式(1)的推导过程如下：

根据拉伸应力固有的公式：

σ＝E×△L/L (2)

σ＝F/A (3)

其中，σ为螺栓的拉伸应力，E为螺栓本体材料弹性模量，A为螺栓本体的中部光杆段的径向截面积，△L为由测量单元测量到的测量杆的轴向位移量，L为螺栓本体的总长度，F为紧固件的预紧力。根据公式(2)、(3)可得到公式(1)：

F＝E×A×△L/L， (1)

由于螺栓的特征参数E、A、L均为固定常量，根据公式(1)可知，测量出测量单元测量到的测量杆的轴向位移量△L就能根据公式(1)计算出紧固件的预紧力F。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种智能紧固件，包括紧固件本体，其特征在于，所述紧固件本体包括形变部和连接部，所述形变部与一测量单元连接，当所述紧固件本体安装时，所述连接部带动所述形变部变形进而促使所述测量单元移动生成一位移量。

2.如权利要求1所述的一种智能紧固件，其特征在于，所述测量单元根据所述位移量测量出所述紧固件本体的预紧力。

3.如权利要求1所述的一种智能紧固件，其特征在于，所述紧固件本体的中部为所述形变部，所述紧固件本体的一端为所述连接部。

4.如权利要求3所述的一种智能紧固件，其特征在于，所述测量单元包括测量杆和位移测量装置，所述紧固件本体的其中一端端部向中部设置有轴向孔，所述测量杆设置在所述轴向孔内，当所述紧固件本体安装时，所述连接部带动所述形变部变形进而促使所述测量杆移动生成一位移量，所述位移测量装置获取该位移量。

5.如权利要求4所述的一种智能紧固件，其特征在于，所述位移测量装置具有与外界数据接收端相对应的有线或无线信号发射模块。

6.如权利要求4所述的一种智能紧固件，其特征在于，所述测量杆与所述轴向孔为固定配合。

7.如权利要求6所述的一种智能紧固件，其特征在于，所述测量杆靠近所述连接部的一端外表面设置有外螺纹，所述轴向孔靠近所述连接部的一端内表面设置有与所述外螺纹配合的内螺纹。

8.如权利要求4所述的一种智能紧固件，其特征在于，所述测量杆外壁与所述轴向孔内壁之间为间隙配合，所述测量杆靠近所述连接部的一端与所述轴向孔靠近所述连接部的一端接触配合。

9.如权利要求8所述的一种智能紧固件，其特征在于，所述位移测量装置为精密位移测量仪器，所述精密位移测量仪器的测杆作为所述测量杆。

10.如权利要求4至8任一权利要求所述的一种智能紧固件，其特征在于，所述位移测量装置为高精度位移传感器。