CN216717666U - 垫圈、压力检测装置及设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及压力检测技术领域，特别涉及一种垫圈、压力检测装置及设备，其中，所述的垫圈包括本体，所述本体包括第一侧壁、第二侧壁及相对设置的第一端面和第二端面，所述第一侧壁与所述第二侧壁位于所述第一端面和所述第二端面之间；在所述第一端面和/或第二端面上设置有至少一个凹陷部；在所述凹陷部的内部设置有敏感元件；所述敏感元件连接信号传输装置，所述信号传输装置用于向外部传输信号。本实用新型能够实现在不增加垫圈本体的重量及不改变垫圈整体的结构模态，在极其恶劣的工作环境中对螺栓的预紧力进行实时测量。

Description

垫圈、压力检测装置及设备

技术领域

本实用新型属于压力检测技术领域，特别涉及一种垫圈、压力检测装置及设备。

背景技术

现有技术中，采用螺栓杆上贴应变片、直接测量螺栓拧紧前后的长度或是通过超声波检测法依据在不同应力状态的螺栓内部传播速度不同的原理实现螺栓预紧力的检测。

但在实现本公开的过程中，实用新型人发现现有技术中至少存在以下问题：

现有技术中，有的会通过在垫圈本体外搭建一些其他的结构，并在结构的变形处黏贴应变片，以测量某一时刻的预紧力。这种方式，首先在垫圈的本体以外搭建其他结构的技术方案，会增加垫圈整体结构模态也会增加垫圈的重量。

尤其在应于航空航天飞行器中，由于环境及其恶劣，会导致结构的解体。且，由于航空航天飞行器的工作环境温度很高，有的甚至达到上千度。这会导致黏贴的应变片的胶剂被融化。这种方法也无法实现对螺栓预紧力的实时监测功能。另外，普通应变片的反应不灵敏，检测预紧力范围小等诸多弊端。

因此，针对现有技术存在的不足，申请人提供了一种垫圈、压力检测装置及设备。

发明内容

针对上述问题，本实用新型提供了一种垫圈、压力检测装置及设备，以解决对螺栓的预紧力进行实时测量的技术问题。

第一方面，本申请提供了一种垫圈，所述垫圈包括本体，所述本体包括第一侧壁、第二侧壁及相对设置的第一端面和第二端面，所述第一侧壁与所述第二侧壁位于所述第一端面和所述第二端面之间；在所述第一端面和/或第二端面上设置有至少一个凹陷部；在所述凹陷部的内部设置有敏感元件；所述敏感元件连接有信号传输装置，所述信号传输装置用于向外部传输信号。

可选地，所述凹陷部包括第三侧壁，从所述第三侧壁起始，沿着所述垫圈的中心向所述第二侧壁方向设置有至少一个缺口。

可选地，围绕所述第一侧壁的表面和/或所述第二侧壁的表面至少设置一个环形或螺旋状的凹陷结构。

可选地，围绕所述第二侧壁至少设置一个环状或螺旋状的凸出结构。

可选地，所述敏感元件位于所述凹陷部的底部的表面，所述信号传输装置的一端位于所述凹陷部内并与所述敏感元件连接，所述信号传输装置的另一端自所述缺口伸出。

可选地，所述敏感元件为微米级薄膜传感器，与所述凹陷部的表面形成一体结构。

可选地，所述敏感元件为微机电系统传感器。

可选地，所述敏感元件上覆盖有封装层。

第二方面，本公开提供了一种压力检测装置，包括第一方面的垫圈。

第三方面，本公开提供了一种设备，包括第二方面的压力检测装置，所述压力检测装置用于连接所述设备，所述压力检测装置用于检测螺栓的预紧力。

在本公开的实施例中，能够实现在不增加垫圈本体的重量及不改变垫圈整体的结构模态，在极其恶劣的工作环境中对螺栓的预紧力进行实时测量。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本公开一个实施例的垫圈结构比例示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是本公开一个实施例的垫圈结构比例示意图；

图4是本公开另一实施例的垫圈结构比例示意图。

附图标记：

10-本体；11-第一侧壁；12-第二侧壁；13-凹陷部；14-敏感元件；15-缺口；16-凹陷结构；17-封装层；18-第一端面；19-第二端面；20-第三侧壁。

具体实施方式

以下详细说明本公开。在以下段落中，更为详细地限定了实施例的不同方面。如此限定的各方面可与任何其他的一个方面或多个方面组合，除非明确指出不可组合。尤其是，被认为是优选的或有利的任何特征可与其他一个或多个被认为是优选的或有利的特征组合。

本公开中出现的“第一”、“第二”等用语仅是为了方便描述，以区分具有相同名称的不同组成部件，并不表示先后或主次关系。

此外，当元件被称作“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在所述另一元件上，或者可以间接地在所述另一元件上并且在它们之间插入有一个或更多个中间元件。另外，当元件被称作“连接到”另一元件时，该元件可以直接连接到所述另一元件，或者可以间接地连接到所述另一元件并且在它们之间插入有一个或更多个中间元件。在下文中，同样的附图标记表示同样的元件。

本公开中出现的“多个”指的是两个以上(包括两个)，同理，“多组”指的是两组以上(包括两组)。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本公开的一个实施例中，提供了一种垫圈，所述垫圈包括本体10，所述本体包括第一侧壁11、第二侧壁12及相对设置的第一端面18和第二端面19，所述第一侧壁11与所述第二侧壁12位于所述第一端面18和所述第二端面19之间；

垫圈是垫在被连接件与螺母之间的零件。一般为扁平形的金属环，用来保护被连接件的表面不受螺母擦伤，分散螺母对被连接件的压力。

参见图1-图4所示，垫圈包括本体10，本体10为中空的圆环状结构。本体10包括两个端面，分别为第一端面18和第二端面19。

本体10为中空结构，本体10具有第一侧壁11与第二侧壁12。第一侧壁11为垫圈的内圈侧壁，第二侧壁12为垫圈的外圈侧壁，第一侧壁11和第二侧壁12在垫圈本体10的上下两个端面之间，并与垫圈本体的第一端面18与第二端面19连接。

在所述第一端面18和/或第二端面19上设置有至少一个凹陷部13。在所述凹陷部13的内部，设置有敏感元件14。所述敏感元件14连接有信号传输装置，所述信号传输装置用于向外部传输信号。

在所述第一端面18和第二端面19上设置有至少一个凹陷部13。或是在所述第一端面18或第二端面19上设置有至少一个凹陷部13。凹陷部13可以为一个，也可以为多个。凹陷部13的截面形状可以为环形、弧形、四边形或不规则形状。当凹陷部13为多个时，凹陷部13呈阵列排布。

在凹陷部13的内部设置有敏感元件14。通过在第一端面18或第二端面19或是在第一端面18和第二端面19两个端面上设置有敏感元件14，能够有效地避免敏感元件14与被连接件表面接触摩擦将敏感元件14损坏。

同时，通过将敏感元件14设置在凹陷部13内，能够有效避免对敏感元件14另外设置的保护结构，额外的保护结构会破坏垫圈整体的模状，会增加垫圈的重量。

可选地，所述敏感元件14上设置有封装层17，所述封装层17覆盖所述敏感元件14。例如，可以通过灌胶或是涂覆的方式设置所述封装层17。封装的材料为环氧树脂灌封胶，硅橡胶灌封胶，聚氨酯灌封胶等。

通过在敏感元件14的表面设置有覆盖敏感元件14的封装层17，进一步保护敏感元件，起到防尘的作用。

敏感元件14连接有信号传输装置，信号传输装置与信号采集装置连接。敏感元件14与信号传输装置能够通过有线或无线的方式，将感测到的信息向信号采集装置发送。

在本公开的一个实施例中，凹陷部13包括第三侧壁20，沿着所述垫圈的中心向所述第二侧壁12方向设置有至少一个缺口15。

在凹陷部13的第三侧壁20上设置有至少一个缺口15。例如，缺口15至少部分贯穿第二侧壁12与凹陷部13的连接处。或是缺口15全部贯穿第二侧壁12与凹陷部13的连接处。与敏感元件14连接的信号传输装置的信号线通过缺口15伸出所述凹陷部13。缺口15的个数可以为1个，3个，4个等，可以无规则排列或是对称排列。

例如，信号线为铜线，铜线一端与敏感元件14连接，另一端自缺口15伸出凹陷部13。通过这样的方式有效地避免了信号线自凹陷部13的顶部伸出时，待连接件或螺栓与信号线接触，对信号线的压力过大，损坏铜线的弊端。

在本公开的一些实施例中，敏感元件14位于所述凹陷部13的底部的表面，所述信号传输装置的一端位于所述凹陷部13内并与所述敏感元件14连接，所述信号传输装置的另一端自所述凹陷部13伸出。

敏感元件14可以位于凹陷部13的部分底面，也可以将敏感元件14覆盖于全部凹陷部13底面。信号传输装置的一部分位于凹陷部13内，信号传输装置的一端与敏感元件14导通，另一端所在的另一部分信号传输装置自凹陷部13伸出与垫圈外部的信号采集，信号处理装置导通。

例如，信号传输装置为无线传输装置。

在本公开的一个实施例中，所述敏感元件14为微机电系统传感器。微机电系统传感器也就是MEMS传感器。通过在垫圈的本体10的凹槽内设置有MEMS传感器，有效的保护了MEMS传感器，使得能够将MEMS传感器设置于垫圈的第一端面18或第二端面19。避免了MEMS传感器位于垫圈的第一端面18或第二端面19造成的与待连接件、螺栓或是螺母的接触导致MEMS传感器的损坏。

在连接待连接件时，垫圈放置于待连接件与螺母之间，或者垫圈位于螺栓与螺母之间。当与螺母施加扭力时，垫圈受到沿螺杆轴向方向的预紧力挤压而变形。MEMS传感器感测到垫圈的形变所导致垫圈电压的变化，并将电信号通过信号传输装置向外传输。通过这种方式实现了对预紧力的实时测量。

在本公开的一个实施例中，敏感元件14为薄膜传感器。薄膜传感器具有绝缘层与由金属合金组成的感测层。绝缘层用于敏感元件14与垫圈本体10之间的绝缘，避免垫圈的本体10对薄膜传感器的干扰。

绝缘层通过镀膜、沉积的方式形成在垫圈的本体10的表面。再将薄膜状的感测层，也就是合金金属层，通过镀膜、沉积、离子注入等方式设置于绝缘层的上表面。合金金属层组成的感测层的材料为铜、铂、钯、镍等合金。

薄膜传感器与凹陷部13的表面形成一体结构。进而与垫圈的本体10的表面形成一体结构。

通过这样的方式，能够在垫圈因受到预紧力产生形变时，薄膜传感器感测到垫圈形变量所导致的垫圈电信号值的变化，并将垫圈的电信号值的变化变为传输出去。

例如，在本公开中的敏感元件14为微米级薄膜传感器。本公开中的薄膜传感器为微米级。

同时，通过在凹槽内设置敏感元件14的技术方案，实现了对敏感元件14的有效保护，大大提高了可检测预紧力的范围。本公开中的垫圈能够实现预紧力检测范围为1000N-10000N。

在本公开中的一个实施例中，围绕所述第一侧壁11的表面和/或所述第二侧壁12的表面至少设置一个的凹陷结构。凹陷结构16为环形或螺旋状。

围绕第一侧壁11的表面或第二侧壁12的表面设置有一个环形的凹陷结构16，或者设置有多个环形的凹陷结构16。凹陷结构16的数量可以为1个、2个或3个等。

通过这样的方式，增加了垫圈的本体10受预紧力变形的形变量，增加了所述垫圈所能检测到的预紧力变化的灵敏度。

围绕第一侧壁11的表面和第二侧壁12的表面设置有一个环形的凹陷结构16，或者设置有多个环形凹陷结构16，凹陷结构16的数量为2个，4个或5个等。

通过在第一侧壁11与第二侧壁12的表面均设置有凹陷结构16，进一步的增加了垫圈的本体10受预紧力变形的形变量，进一步地增加了所述垫圈所能检测到预紧力变化的灵敏度。实现了是对螺栓预紧力更加精准地监测。

例如，围绕所述第一侧壁11的表面和/或所述第二侧壁12的表面至少设置一个螺旋状的凹陷结构16。

围绕所述第一侧壁11的表面和第二侧壁12的表面各设置有一个螺旋状的凹陷结构16，螺旋状的凹陷结构16的个数为2个、4个或5个等等。

围绕所述第一侧壁11的表面或第二侧壁12的表面设置一个螺旋状的凹陷结构16。螺旋状的凹陷结构16的数量为1个，2个或3个等等。

在本公开中的一个实施例中，围绕所述第二侧壁12至少设置一个凸出结构。

在本公开的一个实施例中，围绕所述第二侧壁12至少设置一个环状的凸出结构。凸出结构为环状或螺旋状。凸出结构围绕垫圈的中空部设置。

凸出结构凸出与垫圈的本体10，与垫圈本体10内的凹陷结构16相对设置。通过这样的方式，提高了垫圈的形变量，从而提高了预紧力检测装置的灵敏度

通过这种方式，将垫圈本体10作为形变地载体，将敏感元件14设置在垫圈本体10上，实现了对垫圈所受的来自螺栓的预紧力的检测。

通过在垫圈的内圈侧壁和外圈侧壁设置有凹陷的结构，进一步地提高了垫圈的形变量，从而增加了垫圈的敏感元件14检测预紧力的灵敏度。

本公开中的垫圈是通过挤压或注塑一体成型，大大提高了生产效率。

在本公开的另一个方面，提供了一种压力检测装置，包括垫圈。

压力检测装置用于检测螺栓的预紧力。压力检测装置包括垫圈、信号传输装置、信号采集装置与信号处理装置。

在工作中，将本公开中的垫圈设置于待连接件的上表面或是下表面，或是将本公开中的垫圈设置于螺栓与螺母之间。将带有螺纹的螺杆自待连接件及垫圈的通孔中穿出，将螺母旋接于螺杆上，并对螺母施加扭力。螺母的扭力通过螺母及螺杆转换为沿螺杆轴向的预紧力施加于垫圈表面。垫圈因受到预紧力而产生变形。垫圈变形导致垫圈本身的电阻发生变化。

将垫圈与信号传输装置连接，在垫圈受到预紧力时，信号传输装置将垫圈此时的电压值变为电信号传输给信号采集装置，信号采集装置将收集到的信号发送给信号处理装置，信号处理装置实施将所接受的信号值与标定的值进行对比。若不满足合格状态，则向外部发出警告。

在本公开的另一个方面，提供了一种设备，所述压力检测装置用于连接所述设备，所述压力检测装置用于检测螺栓的预紧力。设备具体比如

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种垫圈，其特征在于，所述垫圈包括本体(10)，所述本体(10)包括第一侧壁(11)、第二侧壁(12)及相对设置的第一端面(18)和第二端面(19)，所述第一侧壁(11)与所述第二侧壁(12)位于所述第一端面(18)和所述第二端面(19)之间；

在所述第一端面(18)和/或第二端面(19)上设置有至少一个凹陷部(13)；在所述凹陷部(13)的内部设置有敏感元件(14)；

所述敏感元件(14)连接信号传输装置，所述信号传输装置用于向外部传输信号。

2.根据权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述凹陷部(13)包括第三侧壁(20)，从所述第三侧壁(20)起始，沿所述垫圈的中心向所述第二侧壁(12)方向设置有至少一个缺口(15)。

3.根据权利要求2所述的垫圈，其特征在于，围绕所述第一侧壁(11)的表面和/或所述第二侧壁(12)的表面至少设置一个环形或螺旋状的凹陷结构(16)。

4.根据权利要求1-3任一所述的垫圈，其特征在于，围绕所述第二侧壁(12)至少设置一个环状或螺旋状的凸出结构。

5.根据权利要求2所述的垫圈，其特征在于，所述敏感元件(14)位于所述凹陷部(13)的底部的表面，所述信号传输装置的一端位于所述凹陷部(13)内并与所述敏感元件(14)连接，所述信号传输装置的另一端自所述缺口(15)伸出。

6.根据权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述敏感元件(14)为微米级薄膜传感器，与所述凹陷部(13)的表面形成一体结构。

7.根据权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述敏感元件(14)为微机电系统传感器。

8.根据权利要求1所述的垫圈，其特征在于，所述敏感元件(14)上覆盖有封装层。

9.一种压力检测装置，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述垫圈。

10.一种设备，其特征在于，包括权利要求9所述的压力检测装置，所述压力检测装置用于连接所述设备，所述压力检测装置用于检测螺栓的预紧力。

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