CN212225730U - 一种低蠕变智能螺栓 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种低蠕变智能螺栓，包括螺栓本体，螺栓本体包括螺栓杆，螺栓杆的顶部具有头部，螺栓杆上安装有应变环和预紧套，螺纹连接有螺母，螺母将应变环和预紧套锁紧在头部和螺母之间的螺栓杆上，应变环的外壁上开设有N个应变片安装槽，N为自然数，应变片安装槽内安装有应变片，采用本实用新型，由于应变环的存在，螺栓本体的强度及完整性得到有效保证，在额定载荷下，螺栓及应变片均处于良好弹性范围内，不发生蠕变，其测量值不会随时间变化产生漂移，测量准确度得到有效保证，且使用寿命大大延长。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能螺栓技术领域，具体涉及一种低蠕变智能螺栓。
背景技术
智能螺栓是近年结构健康监测技术领域重点研究对象之一。智能螺栓能检测螺栓连接的预紧力变化，根据检测得到的预紧力值来判定当前螺栓连接是否产生松动、断裂、超载等现象，并及时将处理信号传送至接收终端，以达到对关键螺栓连接结构的健康状态进行监测的目的。
现有基于应变片原理的智能螺栓传感器由于长期工作在受拉或者受压状态，应变片容易发生蠕变，从而导致测量值随时间变化产生漂移。应变片在长期承受某一个方向的变形力而导致的物理蠕变不仅会降低智能螺栓测量准确度，还会大大缩短其使用寿命。此外，现有基于应变片原理的智能螺栓大都直接将应变片粘贴于螺栓杆光滑无螺纹部位，该安装方法需要在螺栓杆上进行切槽加工以便安装应变片，切槽工艺的实施减小了螺栓杆直径，降低了螺栓使用强度，还有部分智能螺栓将应变片置于螺栓杆中心孔内，在螺栓杆内部打中心孔将破坏螺栓杆完整性，导致螺栓有效承载能力降低。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提供了一种低蠕变智能螺栓，该螺栓的监测准确度和使用寿命均得到提高。
其技术方案如下：一种低蠕变智能螺栓，包括螺栓本体，该螺栓本体包括螺栓杆，螺栓杆的顶部具有头部，其关键在于：所述螺栓杆上安装有应变环和预紧套，并螺纹连接有螺母，该螺母将所述应变环和预紧套锁紧在所述头部和螺母之间的螺栓杆上，所述应变环的外壁上开设有N个应变片安装槽，N为自然数，所述应变片安装槽内安装有应变片。采用上述技术方案，应变片安装在应变环的槽内，不影响螺栓本身的强度及完整性；储存时，通过预紧套可模拟螺栓的使用状态，在该状态下应变环被螺母及预紧套压缩在额定载荷下，而使用时将预紧套取下，把螺栓安装到需要之处，并将螺母拧紧到额定载荷，这两种状态下，应变环处于额定夹紧力状态，而应变片是在应变环处于该额定夹紧力状态时安装的，即处于零应变或低应变状态，此时应变片受单一方向载荷力小，因而不易发生蠕变，其测量值稳定性好，不会随时间变化产生漂移，测量准确度得到有效保证，延长了智能螺栓使用寿命。
作为优选：
上述螺母上设有第一对位标记，所述螺栓杆上设有第二对位标记，所述螺母拧紧到位后所述第二对位标记露出并位于所述第一对位标记的正下方。采用此结构，只需要将两个对位标记对准，且刚好使第二对位标记露出即表示拧紧到位，方便快捷。
上述应变环靠近所述头部，所述预紧套靠近所述螺母，所述应变环的外侧包裹有保护外壳。采用此结构，保护外壳可对应变片起到有效的保护作用，防止其他外部因素的影响。
上述头部上开设有电缆通孔。采用此结构，方便应变片的电缆与其他部件连接。
上述头部安装有芯片保护罩，该芯片保护罩上可拆卸安装有显示模块，所述芯片保护罩内安装有集成电路板，所述集成电路板包括信号处理模块、控制模块以及显示驱动模块，所述应变片的电缆穿过所述电缆通孔后与所述信号处理模块的输入端连接，所述信号处理模块的输出端与所述控制模块的输入端连接，而控制模块的第一输出端与所述显示驱动模块的输入端连接，所述显示驱动模块的输出端与所述显示模块连接。采用此结构，应变片监测到的应变信号通过电缆传输给信号处理模块，信号处理模块处理应变片的应变信号，而控制模块则对处理后的应变信号进行判断，比如螺栓是处于过载、正常额定载荷还是松动状态等，控制模块再将判断信号传送给显示驱动模块，显示驱动模块将信号整理后再发送给显示模块显示。
上述控制模块的第二输出端还连接有蜂鸣器。采用此结构，当螺栓处于非额定载荷时可通过蜂鸣器发出警报。
上述应变环的上表面和下表面均为平面状，所述应变环的外壁面和内壁面均为朝外凸出的弧形面。采用此结构，应变环上下面为平面，方便安装到螺栓上后与其他部位紧密贴合，其内外壁面设计成具有一定弯曲度的弧形面，即相当于给出了形变方向的引导，当应变环受到螺栓的预紧力后会在弧形面方向发生形变，从而有利于提高监测的准确度。
上述应变环的内壁面的圆心与其外壁面的圆心重合。采用此结构，可使内外壁面同步发生同样大小的形变，有利于提高监测准确度。
上述保护外壳的内壁与所述应变环的外壁面之间具有保护间隙，该保护间隙内填充有软质保护层。采用上该结构，软质保护层一方面可起到一定的保护作用，另一方面在应变环发生形变时其能让位出形变空间。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果：由于应变环的存在，螺栓本身的强度及完整性得到有效保证，在额定载荷下，螺栓及应变片均处于良好弹性范围内，不发生蠕变，其测量值不会随时间变化产生漂移，测量准确度得到有效保证，且使用寿命大大延长。
附图说明
图1为本实用新型的立体结构示意图；
图2为本实用新型的平面结构示意图；
图3为图2中a部的放大图；
图4为本实用新型的内部结构示意图；
图5为应变环和保护外壳的配合结构立体示意图；
图6为应变环的立体结构示意图；
图7为应变环和保护外壳的配合结构平面示意图；
图8为图7的A-A’剖视图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本实用新型作进一步说明。
如图1-8所示，一种低蠕变智能螺栓，包括螺栓本体，该螺栓本体包括螺栓杆1，螺栓杆1的顶部具有头部2，所述螺栓杆1上安装有应变环5和预紧套4，并螺纹连接有螺母3，该螺母3将所述应变环5和预紧套4锁紧在所述头部2和螺母3之间的螺栓杆1上，所述应变环5的外壁上开设有N个应变片安装槽5a，N为自然数，所述应变片安装槽5a内安装有应变片9。
所述螺母3上设有第一对位标记13，所述螺栓杆1上设有第二对位标记11，所述螺母3拧紧到位后所述第二对位标记11刚好露出并位于所述第一对位标记13的正下方。
所述应变环5靠近所述头部2，所述应变片安装槽5a的槽底为平面状，该平面状的槽底上固定安装有所述应变片9，本实施例中，所述N为4,4个所述应变片安装槽5a沿所述应变环5的圆周方向均匀分布，所述应变片安装槽5a的深度大于所述应变片9的厚度，所述应变片9的四周距所述应变片安装槽5a槽底面的四周均具有一定间隙。
所述应变环5的外侧包裹有保护外壳6，所述保护外壳6的外形和尺寸与所述头部2外形尺寸一致，所述保护外壳6的内壁与所述应变环5的外壁面之间具有保护间隙，该保护间隙内填充有软质保护层12，所述软质保护层12为硅橡胶。
所述预紧套4靠近所述螺母3，所述预紧套4的两端均具有外翻的对接面，且其两端的对接面分别抵紧在所述应变环5和螺母3上。
所述头部2的顶面上安装有芯片保护罩7，该芯片保护罩7的顶部可拆卸地安装有显示模块8，所述芯片保护罩7内安装有集成电路板10，所述集成电路板10包括信号处理模块、控制模块以及显示驱动模块，所述头部2上开设有电缆通孔14，所述应变片9的电缆穿过所述电缆通孔14后伸入所述芯片保护罩7内并与所述信号处理模块的输入端连接，所述信号处理模块的输出端与所述控制模块的输入端连接，而控制模块的第一输出端与所述显示驱动模块的输入端连接，所述显示驱动模块的输出端与所述显示模块8连接，所述显示模块8内还设有供电电池，所述供电电池用于给集成电路板10供电，所述控制模块的第二输出端还连接有蜂鸣器。
储存时，将第一、二对位标记对准到位后，螺栓的预紧力达到额定载荷，在此状态下应变环5处于额定载荷而应变片9处于零应变或低应变状态不发生形变，此时应变片受单一方向载荷力小，因而即便长期储存螺栓，应变片也不易发生蠕变，若螺栓的预紧力发生改变，应变片9发生形变，并将该应变信号传送给信号处理模块，经信号处理模块处理后传送给控制模块进行判断，若预紧力过高则表示螺栓过载，过低表示松动或断裂，控制模块经显示驱动模块驱动显示模块8，显示模块8显示螺栓的当前载荷值，且当螺栓的预紧力非额定载荷时，控制模块还会将判定结果传送给蜂鸣器，并发出警报。
使用时，取下预紧套4并将螺栓安装到需要的位置，拆下显示模块8，并将集成电路板10的电缆与外部终端连接，即可实现实时监控。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本实用新型的优选实施例，本领域的普通技术人员在本实用新型的启示下，在不违背本实用新型宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种低蠕变智能螺栓，包括螺栓本体，该螺栓本体包括螺栓杆(1)，螺栓杆(1)的顶部具有头部(2)，其特征在于：所述螺栓杆(1)上安装有应变环(5)和预紧套(4)，并螺纹连接有螺母(3)，该螺母(3)将所述应变环(5)和预紧套(4)锁紧在所述头部(2)和螺母(3)之间的螺栓杆(1)上，所述应变环(5)的外壁上开设有N个应变片安装槽(5a)，N为自然数，所述应变片安装槽(5a)内安装有应变片(9)。
2.根据权利要求1所述的一种低蠕变智能螺栓，其特征在于：所述螺母(3)上设有第一对位标记(13)，所述螺栓杆(1)上设有第二对位标记(11)，所述螺母(3)拧紧到位后所述第二对位标记(11)露出并位于所述第一对位标记(13)的正下方。
3.根据权利要求1或2所述的一种低蠕变智能螺栓，其特征在于：所述应变环(5)靠近所述头部(2)，所述预紧套(4)靠近所述螺母(3)，所述应变环(5)的外侧包裹有保护外壳(6)。
4.根据权利要求3所述的一种低蠕变智能螺栓，其特征在于：所述头部(2)上开设有电缆通孔(14)。
5.根据权利要求4所述的一种低蠕变智能螺栓，其特征在于：所述头部(2)安装有芯片保护罩(7)，该芯片保护罩(7)上安装有可拆卸的显示模块(8)，所述芯片保护罩(7)内安装有集成电路板(10)，所述集成电路板(10)包括信号处理模块、控制模块以及显示驱动模块，所述应变片(9)的电缆穿过所述电缆通孔(14)后与所述信号处理模块的输入端连接，所述信号处理模块的输出端与所述控制模块的输入端连接，而控制模块的第一输出端与所述显示驱动模块的输入端连接，所述显示驱动模块的输出端与所述显示模块(8)连接。
6.根据权利要求5所述的一种低蠕变智能螺栓，其特征在于：所述控制模块的第二输出端还连接有蜂鸣器。
7.根据权利要求1所述的一种低蠕变智能螺栓，其特征在于：所述应变环(5)的上表面和下表面均为平面状，所述应变环(5)的外壁面和内壁面均为朝外凸出的弧形面。
8.根据权利要求7所述的一种低蠕变智能螺栓，其特征在于：所述应变环(5)的内壁面的圆心与其外壁面的圆心重合。
9.根据权利要求3所述的一种低蠕变智能螺栓，其特征在于：所述保护外壳(6)的内壁与所述应变环(5)的外壁面之间具有保护间隙，该保护间隙内填充有软质保护层(12)。
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