CN215333908U - 一种防松弛可监测疲劳的高强螺栓 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种防松弛可监测疲劳的高强螺栓，涉及连接件技术领域。一种防松弛可监测疲劳的高强螺栓，包括：警报系统、螺栓、以及用于锁紧螺栓的螺母；螺栓端部设有凸起部，凸起部内开设有轴向通孔，通孔内设置有电阻感应器，电阻感应器与警报系统通信连接；螺栓包括依次轴向连接的第一螺纹部、第二螺纹部，所述凸起部设置在第一螺纹部的顶端，第一螺纹部的直径大于第二螺纹部的直径，且第一螺纹部与第二螺纹部的螺纹方向相反。本实用新型通过螺栓上的第一螺纹部和第二螺纹部的反向螺纹设计，螺栓不易松动且连接更稳固。电阻感应器用于监测螺栓的疲劳破坏程度，并将监测的电阻值传输到警报系统，监测人员通过警报系统的预警及时更换螺栓。

Description

一种防松弛可监测疲劳的高强螺栓

技术领域

本实用新型涉及连接件技术领域，具体涉及一种防松弛可监测疲劳的高强螺栓。

背景技术

随着冶炼技术的发展，钢材在各个领域得到推广和使用，钢材在使用过程中往往需要通过特定的连接件进行连接，其中主要采用的就有螺栓连接。

螺栓连接分为普通连接和高强螺栓连接，高强螺栓在最近的几十年来得到广泛应用和发展的连接形式，高强度螺栓具有在工厂加工方便，现场施工快速有效，对构件的强度削弱相对较少，可以便于拆换，能够承受动力荷载，强度高，塑性好等优点，是一种优异的连接方式。

目前，高强螺栓在使用过程中经常由于荷载的反复作用，出现预紧力的损失，造成螺栓的松动、滑移，最后导致螺栓发生疲劳破坏。疲劳破坏往往是突然发生的，不易察觉，很可能造成一些重大的安全事故。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种防松弛可监测疲劳的高强螺栓，以解决现有螺栓连接中，螺栓易松动、且疲劳破坏无法预警的问题。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

一种防松弛可监测疲劳的高强螺栓，包括：警报系统、螺栓、以及用于锁紧螺栓的螺母；

螺栓端部设有凸起部，凸起部内开设有轴向通孔，通孔内设置有电阻感应器，电阻感应器与警报系统通信连接；

螺栓包括依次轴向连接的第一螺纹部、第二螺纹部，所述凸起部设置在第一螺纹部的顶端，第一螺纹部的直径大于第二螺纹部的直径，且第一螺纹部与第二螺纹部的螺纹方向相反。

采用上述技术方案的有益效果为：当使用本装置时，将螺栓用操作工具安装在攻丝法兰板等紧固件上，由于螺栓上第一螺纹部的直径大于第二螺纹部的直径，通过第一螺纹部和第二螺纹部的直径不同使螺栓不易松动，螺母用于锁紧螺栓。由于螺栓上的第一螺纹部和第二螺纹部的螺纹方向相反，此时对螺母施加的扭矩会加大第一螺纹部与攻丝法兰板的预紧力，使螺栓不易松动，反向螺纹的设计，使得一段松动时，另一段仍然保持紧固，达到了防松弛的效果，同时保证了螺栓的整体性能的发挥。螺栓的通孔中内部放置有电阻感应器，当螺栓出现疲劳松动时，当螺栓受到反复的剪力荷载时，电阻感应器的电阻值会不断变化，以此来监测螺栓的疲劳情况。当疲劳裂缝沿螺栓的杆面扩散，扩散至感应截面，电阻感应器的电阻变化突增，并同时向警报系统发出信号，警报系统根据电阻值的变化发出警报。监测人员可根据电阻变化情况监测螺栓的受力状态，当装置发出警报时，迅速根据情况更换螺栓，从而达到预警效果。

进一步地，警报系统包括控制器以及与控制器通信连接的预警灯，电阻感应器与控制器通信连接。

采用上述技术方案的有益效果为：通过设置预警灯，电阻感应器与控制器通信连接，预警灯与控制器通信连接。当螺栓出现裂缝时，电阻感应器通过裂缝的状态监测，其电阻值会发生变化，电阻感应器将监测得到的电阻值传输到控制器上，从而控制器根据电阻值对预警灯发出指令，通过预警灯的颜色变化进行预警，提醒监测人员对螺栓及时更换。

进一步地，第一螺纹部上套设有套筒。

采用上述技术方案的有益效果为：通过设置套筒，将螺栓拧入紧固件中时，套筒受到挤压时会增加与螺栓之间的摩擦力；当螺栓受剪力时，疲劳裂缝容易发生在螺栓靠近凸起部的端头处，套筒可以缓冲所受疲劳荷载，起到保护螺栓杆部延缓裂缝产生的作用。

进一步地，第一螺纹部的螺纹间距大于第二螺纹部的螺纹间距。

采用上述技术方案的有益效果为：当螺栓与攻丝法兰板等紧固件连接时，第一螺纹部上的螺纹不易产生塑性变形，螺栓不易拔出，且抗疲劳性能更好。第二螺纹部由高强螺母连接，进一步防止螺栓的松动，第二螺纹部相对第一螺纹部的防松性能更好。由于螺纹间距不同，故螺栓在受力时不易同时松动。

进一步地，第一螺纹部和第二螺纹部上还分别套设有防滑垫圈。

采用上述技术方案的有益效果为：通过设置防滑垫圈，防滑垫圈与螺母接触，增加了螺母的摩擦力，从而使螺母与螺栓连接更稳固，有效避免了螺栓易松动的情况。

进一步地，通孔内设置有防护壳，电阻感应器放置在防护壳内。

采用上述技术方案的有益效果为：通过设置防护壳，电阻感应器放置在防护壳内，用于避免电阻感应器被外界环境影响和污染造成损坏。

进一步地，防护壳与通孔螺纹连接。

采用上述技术方案的有益效果为：通过螺纹连接，使防护壳与通孔连接更稳固，且方便工作人员拆卸和安装。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

一种防松弛可监测疲劳的高强螺栓，当使用本装置时，将螺栓用操作工具通过安装在攻丝法兰板等紧固件上，由于螺栓上第一螺纹部的直径大于第二螺纹部的直径，使第二螺纹部能直接通过紧固件。通过第一螺纹部和第二螺纹部的直径不同使螺栓不易松动，螺母用于锁紧螺栓。由于螺栓上的第一螺纹部和第二螺纹部的螺纹方向相反，此时对螺母施加的扭矩会加大第一螺纹部与攻丝法兰板的预紧力，使螺栓不易松动，反向螺纹的设计，使得一段松动时，另一段仍然保持紧固，同时保证了螺栓的整体性能的发挥。当螺栓出现疲劳松动时，当螺栓受到反复的剪力荷载时，电阻感应器的电阻值会不断变化，以此来监测螺栓的疲劳情况。当疲劳裂缝沿螺栓的杆面扩散，扩散至感应截面，防护壳中的电阻感应器的电阻变化突增，并同时向警报系统发出信号，警报系统根据电阻值的变化发出警报。监测人员可根据电阻变化情况监测螺栓的受力状态，当装置发出警报时，迅速根据情况更换螺栓，从而达到预警效果。

附图说明

图1为防松弛可监测疲劳的高强螺栓的整体结构示意图；

图2为防松弛可监测疲劳的高强螺栓结构示意图(正剖面图)；

图3为监测紧固度的高强螺栓具体结构示意图；

图4为螺栓与螺母具体结构示意图；

图5为警报系统具体结构示意图；

图6为防护壳具体结构示意图。

图1至图6中所示附图标记分别表示为：1-警报系统、101-控制器、102- 警示灯、2-螺栓、201-通孔、202-第一螺纹部、203-第二螺纹部、204-凸起部、3-套筒、4-螺母、5-防护壳、6-防滑垫圈、7-攻丝法兰板。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例

如图1-6所示，一种防松弛可监测疲劳的高强螺栓，包括：警报系统1、螺栓2、以及用于锁紧螺栓2的螺母4；警报系统1用于监测螺栓2的疲劳破坏程度，监测人员通过警报系统1的预警能及时对螺栓进行更换。螺栓2 为现有的六角高强螺栓，螺母4为与螺栓2匹配的高强螺母，螺母4用于对螺栓2进行锁紧。

螺栓2端部设有凸起部204，凸起部204内开设有轴向通孔201，通孔 201内放置有电阻感应器，电阻感应器与警报系统1通信连接。电阻感应器为现有的电阻感应器。通过在凸起部204的通孔201内放置电阻感应器，电阻感应器用于监测螺栓2的疲劳破坏程度，通过电阻感应器监测得到的电阻值，将测得的电阻值传递到警报系统1上，监测人员根据警报系统1的提示及时地更换损坏的螺栓2，从而避免螺栓2损坏未及时更换造成的安全事故。

螺栓2包括依次轴向连接的第一螺纹部202、第二螺纹部203，凸起部 204设置在第一螺纹部202的顶端，第一螺纹部202的直径大于第二螺纹部 203的直径，且第一螺纹部202与第二螺纹部203的螺纹方向相反。由于螺栓2上第一螺纹部202的直径大于第二螺纹部203的直径，通过第一螺纹部 202和第二螺纹部203的直径不同使螺栓2不易松动。第一螺纹部202和第二螺纹部203的螺纹方向相反，将螺栓2放置在攻丝法兰板7上时，此时对螺母4施加的扭矩会加大第一螺纹部202与攻丝法兰板7等紧固件的预紧力，使螺栓2不易松动，通过反向螺纹的设计，使得一段松动时，另一段仍然保持紧固，使结构更可靠。

当使用本装置时，将螺栓2用扳手安装在攻丝法兰板7等紧固件上，由于螺栓2上的第一螺纹部202和第二螺纹部203的螺纹方向相反，此时对螺母4施加的扭矩会加大第一螺纹部202与攻丝法兰板7的预紧力，使螺栓2 不易松动，反向螺纹的设计，使得一段螺纹松动时，另一螺纹段仍然保持紧固，从而达到了防松弛的效果。螺母4用于锁紧螺栓2，同时保证了螺栓2 的整体性能的发挥。通孔201内部放置有电阻感应器，当螺栓2出现疲劳松动以及反复的剪力荷载时，电阻感应器的电阻值会不断变化，以此来监测螺栓2的疲劳情况。当疲劳裂缝沿螺栓2的杆面扩散，扩散至感应截面，电阻感应器的电阻变化突增，并同时向警报系统1发出信号，警报系统1根据电阻值的变化发出警报。监测人员可根据电阻变化情况监测螺栓的受力状态，当装置发出警报时，迅速根据情况更换螺栓，从而达到预警效果。

如图5所示，本实用新型的防松弛可监测疲劳的高强螺栓中：警报系统 1包括控制器101以及与控制器101通信连接的预警灯102，电阻感应器与控制器101通信连接。控制器101为现有单片机，其具体型号为 STM32F103C8T6单片机。预警灯102为现有LED显示灯。通过设置预警灯102，电阻感应器与控制器101通信连接，预警灯102与控制器101通信连接。当螺栓2出现裂缝时，电阻感应器通过裂缝的状态监测，其电阻值会发生变化，电阻感应器将监测得到的电阻值传输到控制器101上，从而控制器101根据电阻值对预警灯102发出指令，通过预警灯102的颜色变化进行预警，提醒监测人员对螺栓2及时更换。监测过程中，当裂缝尚未扩展时，预警灯102 常亮显绿色，表示此时螺栓2处在健康状态。当裂缝扩展但未到达电阻感应器时，螺栓2存在一段反复受荷但裂纹没有进一步扩展的时段，此时电阻变化频繁，预警灯102由绿色转为黄色并不断闪烁，监测人员可以此为信号及时更换螺栓2。当裂缝扩展至通孔201和电阻感应器感应截面附近时，控制器101会发出警报声，作为警告信号，此时预警灯102为红色，监测人员通过预警灯102的颜色来判断螺栓2的疲劳破坏状态。

优选地，第一螺纹部202上套设有套筒3。套筒3为橡胶套筒，通过设置套筒3，将螺栓2拧入攻丝法兰板7等紧固件中时，套筒3受到挤压时会增加与螺栓2之间的摩擦力；当螺栓2受剪力时，疲劳裂缝容易发生在螺栓 2靠近凸起部201的端头处，套筒3可以缓冲螺栓2所受疲劳荷载，起到保护螺栓2杆部延缓裂缝产生的作用。

优选地，第一螺纹部202的螺纹间距大于第二螺纹部203的螺纹间距。当螺栓2与攻丝法兰板7等紧固件连接时，第一螺纹部202上的螺纹不易产生塑性变形，螺栓2不易拔出，且抗疲劳性能更好。第二螺纹部203与高强螺母连接，进一步防止螺栓2的松动，第二螺纹部203相对第一螺纹部202 的防松性能更好。由于螺纹间距不同，故螺栓2在受力时不易同时松动。

优选地，第一螺纹部202和第二螺纹部203上还分别套设有防滑垫圈6。通过设置防滑垫圈6，防滑垫圈6与螺母4接触，增加了螺母4的摩擦力，从而使螺母4与螺栓2连接更稳固，有效避免了螺栓2易松动的情况。当螺栓2承受组合荷载开始松动时，会率先从攻丝法兰板7上旋转松动，此时螺栓2的端头要克服摩擦力进行转动，通过防滑垫圈6，将螺栓2的杆部又拧进螺母4中，实现进一步的紧固。当所受力已经克服防滑垫圈6的摩擦力时，螺母4会随着螺栓2的杆部一起转动，第二螺纹部203的螺纹间隔小于第一螺纹部202的螺纹间隔，使第二螺纹部203的自锁性更好，和螺母4咬合更加紧密，从而使螺栓2固定更稳固。

优选地，通孔201内设置有防护壳5，电阻感应器放置在防护壳5内。通过设置防护壳5，电阻感应器放置在防护壳5内，用于避免电阻感应器被外界环境影响和污染造成损坏，对电阻感应器起保护作用。

优选地，防护壳5与通孔201螺纹连接。通过在防护壳5的外壁设置外螺纹，在通孔201的内壁设置有与防护壳5外壁外螺纹配合的内螺纹，实现了螺纹连接，使防护壳5与通孔201连接更稳固，且方便工作人员拆卸和安装。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种防松弛可监测疲劳的高强螺栓，其特征在于，包括：警报系统(1)、螺栓(2)、以及用于锁紧所述螺栓(2)的螺母(4)；

所述螺栓(2)端部设有凸起部(204)，所述凸起部(204)内开设有轴向通孔(201)，所述通孔(201)内放置有电阻感应器，所述电阻感应器与所述警报系统(1)通信连接；

所述螺栓(2)包括依次轴向连接的第一螺纹部(202)、第二螺纹部(203)，所述凸起部(204)设置在所述第一螺纹部(202)的顶端，所述第一螺纹部(202)的直径大于所述第二螺纹部(203)的直径，且所述第一螺纹部(202)与所述第二螺纹部(203)的螺纹方向相反。

2.根据权利要求1所述的防松弛可监测疲劳的高强螺栓，其特征在于，所述警报系统(1)包括控制器(101)以及与所述控制器(101)通信连接的预警灯(102)，所述电阻感应器与所述控制器(101)通信连接。

3.根据权利要求2所述的防松弛可监测疲劳的高强螺栓，其特征在于，所述第一螺纹部(202)上套设有套筒(3)。

4.根据权利要求1所述的防松弛可监测疲劳的高强螺栓，其特征在于，所述第一螺纹部(202)的螺纹间距大于所述第二螺纹部(203)的螺纹间距。

5.根据权利要求4所述的防松弛可监测疲劳的高强螺栓，其特征在于，所述第一螺纹部(202)和所述第二螺纹部(203)上分别套设有防滑垫圈(6)。

6.根据权利要求1至5任一项所述的防松弛可监测疲劳的高强螺栓，其特征在于，所述通孔(201)内设置有防护壳(5)，所述电阻感应器放置在所述防护壳(5)内。

7.根据权利要求6所述的防松弛可监测疲劳的高强螺栓，其特征在于，所述防护壳(5)与所述通孔(201)螺纹连接。

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