[發(fā)明專(zhuān)利]智能螺栓及其使用方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201780048422.8
• 申請(qǐng)日: 2017-07-17
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109563866B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-10-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬鮑·馬德魯;馬茨·利爾加
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 應(yīng)變實(shí)驗(yàn)室有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): F16B31/02
• 分類(lèi)號(hào): F16B31/02
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11204
• 代理人: 王達(dá)佐;王艷春

智能螺栓(10)包括頭部區(qū)域(40)和螺紋區(qū)域(20)。頭部區(qū)域包括螺栓腔(60)。頭部區(qū)域與腔的底端之間的距離在操作中根據(jù)施加在螺紋區(qū)域與頭部區(qū)域之間的縱向應(yīng)力而變化，以及螺栓包括用于測(cè)量該距離的變化的傳感器裝置(100)。傳感器裝置的遠(yuǎn)端設(shè)置成鄰近于底端，其中，底端相對(duì)于遠(yuǎn)端的空間位置的變化根據(jù)施加至螺栓的應(yīng)力的變化而發(fā)生，從而限定其尺寸根據(jù)應(yīng)力變化的間隙(G)。在操作中經(jīng)由間隙從源到裝置的相應(yīng)輻射傳感器的查詢(xún)輻射傳輸生成應(yīng)力測(cè)量信號(hào)，處理該應(yīng)力測(cè)量信號(hào)以進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開(kāi)涉及具有內(nèi)置感測(cè)功能以測(cè)量在操作中對(duì)智能螺栓施加的應(yīng)變的智能螺栓；智能螺栓可操作成用作智能緊固件。此外，本公開(kāi)涉及測(cè)量在操作中施加至上述智能螺栓的應(yīng)變的方法。此外，本公開(kāi)涉及制造上述智能螺栓的方法。

背景技術(shù)

已經(jīng)采用鉚釘和螺栓連接將部件連接在一起超過(guò)一個(gè)世紀(jì)。然而，與鉚釘相比，螺栓連接提供的優(yōu)點(diǎn)在于：它們可比鉚釘更加迅速地應(yīng)用，當(dāng)將部件連接在一起時(shí)它們比鉚釘需要更少的施加到部件上的應(yīng)力，并且易于隨后的移除。然而，螺栓連接需要對(duì)其施加預(yù)載荷，即導(dǎo)致相應(yīng)的靜態(tài)應(yīng)變的靜態(tài)應(yīng)力，以避免例如由于螺栓連接暴露于振動(dòng)而導(dǎo)致的螺栓連接在操作中變得松動(dòng)。當(dāng)螺栓連接由于工作松動(dòng)而失效時(shí)，如果需要通過(guò)螺栓連接固定在一起的相應(yīng)部件變得相互分離，則可能出現(xiàn)潛在的危險(xiǎn)情形。

如上所述，在擰緊給定螺栓期間，向給定螺栓施加被稱(chēng)為“預(yù)載荷”的軸向力。換言之，“預(yù)載荷”是使給定螺栓保持連接至其相應(yīng)的螺母或螺紋孔的力。如果預(yù)載荷的大小不足，則給定螺栓及其相應(yīng)的非螺紋孔或螺紋孔將松動(dòng)，并且其緊固功能將失去，即給定螺栓將在操作中失效。

這種預(yù)載荷的損失是螺栓連接經(jīng)常遇到的現(xiàn)象。預(yù)載荷的永久性損失的原因包括由于給定螺栓與其相應(yīng)的螺母或螺紋孔的接觸表面之間的沉淀物導(dǎo)致的松勁，由給定螺栓及其相應(yīng)的螺母或螺紋孔夾緊的部件的材料松弛，當(dāng)給定螺栓及其相應(yīng)的螺母或螺紋孔在升高的溫度下操作時(shí)出現(xiàn)的材料蠕變。預(yù)載荷的永久性損失的另一原因可包括例如由于振動(dòng)和/或動(dòng)態(tài)載荷引起的自松動(dòng)，這導(dǎo)致給定螺栓及其相應(yīng)的螺母或螺紋孔在非擰緊的旋轉(zhuǎn)方向上相對(duì)于彼此旋轉(zhuǎn)。熱膨脹和收縮也是上述預(yù)載荷變化的原因，但通常不是永久性的，例如當(dāng)給定螺栓及其相應(yīng)的螺母恢復(fù)其通常的操作溫度時(shí)。

由于上述原因，在許多現(xiàn)代工業(yè)中通常的做法是定期檢查包括螺栓和螺母、或螺栓和相應(yīng)的螺紋孔的緊固件，以確保它們沒(méi)有松動(dòng)。此外，采用次要特征也是已知的，例如施加至螺栓螺紋或尼龍?zhí)篆h(huán)的聚合物膠，以防止螺母或相應(yīng)的螺紋孔與其相應(yīng)的螺栓變得完全分離，但是這種方法不能令人滿(mǎn)意地確保由螺栓及其螺母或螺紋孔夾緊的部分不再緊緊地夾在一起，特別是在聚合物膠或尼龍?zhí)篆h(huán)在高溫下熔化或分解的情況。

解決檢查螺栓連接以檢測(cè)預(yù)載荷的任何損失的問(wèn)題的現(xiàn)代方法并不令人滿(mǎn)意。有兩種已知的方法用于檢查給定的螺栓連接。第一種方法包括執(zhí)行扭矩檢查，其中，扭矩扳手用于在擰緊的旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)給定螺栓連接的螺栓和/或螺母。然而，關(guān)于如何執(zhí)行這種扭矩檢查沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)或書(shū)面接受的做法。此外，扭矩與預(yù)載荷之間的關(guān)系取決于螺栓螺紋中的摩擦系數(shù)以及螺栓頭部下方的表面與螺母或螺紋孔的摩擦系數(shù)。在安裝給定的螺栓連接之后，上述摩擦系數(shù)實(shí)際上是未知的，因此不可能以任何精度確定螺栓預(yù)載荷。第二種方法包括錘擊螺栓，并且通過(guò)監(jiān)聽(tīng)相應(yīng)的聲音反饋，試圖確定螺栓連接是否松動(dòng)，例如通過(guò)對(duì)相應(yīng)的聲音反饋執(zhí)行傅里葉光譜分析并與傅里葉光譜模板進(jìn)行比較。

因而，螺栓連接中的預(yù)載荷的損失是眾所周知的問(wèn)題，并且目前在大多數(shù)行業(yè)中通過(guò)執(zhí)行定期檢查該問(wèn)題來(lái)解決。這些定期檢查通常很昂貴，有導(dǎo)致停機(jī)的潛在危險(xiǎn)，并且不易生成可量化的檢查結(jié)果。此外，由于需要專(zhuān)業(yè)工具來(lái)實(shí)施這種檢查，因此必須將專(zhuān)業(yè)人員和儀器運(yùn)送到檢查地點(diǎn)。