CN110285913A - 一种可检测螺栓轴力的螺栓及其检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可检测螺栓轴力的螺栓，其特征在于，包括螺栓及标杆，所述螺栓包括螺栓头部及螺杆，所述螺栓头部与螺杆内部对应中心通孔，所述标杆对应设置于中心通孔内部，所述螺栓中心孔的两端分别设置第一内螺纹及第二内螺纹，所述标杆包括标杆头部、过渡部及标杆本体，所述过渡部一端与标杆头部相连，另一端与标杆本体相连，所述过渡部与第一内螺纹对应设置第一外螺纹，所述标杆本体长度大于螺杆，本发明还公开了一种可检测螺栓轴力的螺栓的检测方法，通过对标杆自由端面与螺杆自由端面距离的测量来监测螺栓的轴向力，判断螺栓的拧紧状态。
Description
技术领域
本发明涉及螺栓轴力检测技术领域，特别涉及一种可检测螺栓轴力的螺栓及其检测方法。
背景技术
螺栓连接作为一种方便可靠的连接形式广泛应用于众多行业。对于高强度预紧螺栓在使用过程中通常承受复杂的交变载荷、温度载荷等，加之螺栓的塑性伸长，被连接件的嵌入、内嵌或塌陷，材料的蠕变等因素的影响，螺栓轴向预紧力会出现不同程度的损失，进而引起螺栓连接的破坏。因此，对螺栓轴力检测的需求日益迫切。
然而，对螺栓轴力的测试比较困难。通常需要借助专门的测试***或传感器，如螺栓轴力超声波测试***和环形预紧力传感器等等。该类传感器或测试***通常存在使用不方便的问题，并且属于测试设备，适用于实验室中对螺栓预紧力进行测试，在工程实际中很难对使用中的螺栓轴向力进行监测。此外，一些专利技术涉及可检测螺栓轴力的平垫或弹性垫片，但由于垫片结构较为复杂，需要垫片具有足够的厚度，仅适应大尺寸螺栓连接的场合。与其它专利不同，本发明专利基于螺栓本身长度的变化来检测螺栓轴向力，且结构简单，适用范围广。
发明内容
本发明的目的是提供一种可检测螺栓轴力的螺栓，基于螺栓本体本身长度的变化来检测螺栓轴向力，且结构简单，适用范围广；本发明的另一目的是提供一种可检测螺栓轴力的螺栓的检测方法。
为解决上述问题，本发明所采用的技术方案是：一种可检测螺栓轴力的螺栓，包括螺栓及标杆，所述螺栓包括螺栓头部及螺杆，所述螺栓头部与螺杆内部对应中心通孔，所述标杆对应设置于中心通孔内部，所述螺栓中心孔的两端分别设置第一内螺纹及第二内螺纹，所述标杆包括标杆头部、过渡部及标杆本体，所述过渡部一端与标杆头部相连，另一端与标杆本体相连，所述过渡部与第一内螺纹对应设置第一外螺纹，所述标杆本体长度大于螺杆。
所述中心通孔的孔径不超过螺杆公称直径的一半，所述第一内螺纹与第二内螺纹的长度为螺距的3-5倍。
使用时，将标杆穿入螺栓的中心通孔内，第一内螺纹与过渡部的第一外螺纹啮合，使标杆和螺栓固定在一起。
所述标杆本体的自由端伸出螺杆的自由端面的距离大于5mm，所述标杆本体直径与中心通孔的直径之间的差值设置为0.1-1.5mm。
所述螺杆与标杆的热膨胀系数相同。
一种可检测螺栓轴力的螺栓的检测方法，通过上述的螺栓进行检测，包括如下步骤：
(1)测量并记录初始状态下标杆本体的自由端面与螺栓本体的自由端面之间的距离l0；
(2)对螺栓进行预紧，记录预紧时所施加的预紧力FM及预紧状态下标杆本体的自由端面与螺栓本体的自由端面之间的距离lM；
(3)测量工作状态下标杆本体的自由端面与螺栓本体的自由端面之间的距离lt；
(4)利用螺栓轴力测量公式计算工作状态下螺栓的轴力Ft，并与螺栓临界轴力FM进行比较。
步骤(4)中所述的螺栓轴力测量公式为
本发明的有益效果是：
1.本发明中的检测螺栓轴力的螺栓可直接应用于螺栓连接的工程实际中，螺栓本体在轴向拉伸载荷作用下，产生的弹性伸长，而标杆本体不受此载荷的影响，因此螺栓本体自由端面与标杆本体自由端面之间的距离将发生变化，通过测量两端面之间的距离，可以得到螺栓的轴向力及其拧紧状态。
2.本发明给出检测螺栓轴力的螺栓的轴力的检测方法，通过记录初始状态和螺栓预紧状态下，螺栓本体自由端面和标杆本体相应端面的距离，以及预紧状态下所施加的螺栓预紧力，测量工作状态下两端面的距离，通过计算，可以得到该状态下的螺栓轴力。
附图说明
图1本发明结构示意图；
图2是本发明局部剖面示意图；
图3是螺栓本体结构示意图；
图4是标杆结构示意图；
图5是本发明初始状态示意图；
图6是本发明预紧状态示意图；
图7是本发明工作状态示意图。
图中：
1-螺栓、101-螺栓头部、102-螺杆、121-螺杆自由端、103-中心通孔、131-第一内螺纹、132-第二内螺纹、2-标杆、201-标杆头部、202-过渡部、221-第一外螺纹、203-标杆本体、231-标杆自由端。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本方案进行阐述。
如图1-7所示，一种可检测螺栓轴力的螺栓，包括螺栓1及标杆2，所述螺栓1包括螺栓头部101及螺杆102，所述螺栓头部与101螺杆102内部对应中心通孔103，所述标杆2对应设置于中心通孔103内部，所述中心通孔103的两端分别设置第一内螺纹131及第二内螺纹132，所述标杆2包括标杆头部201、过渡部202及标杆本体203，所述过渡部202一端与标杆头部201相连，另一端与标杆本体203相连，所述过渡部202与第一内螺纹131对应设置第一外螺纹221，所述标杆本体203长度大于螺杆102长度。
所述中心通孔103的孔径不超过螺杆102公称直径的一半，所述第一内螺纹131与第二内螺纹231的长度为螺距的3-5倍，本实施例设置为4倍。
使用时，将标杆2穿入螺栓1的中心通孔103内，第一内螺纹131与过渡部202的第一外螺纹221啮合，使标杆2和螺栓1固定在一起；
本发明的另一种实施方式是，将标杆2穿入螺栓1的中心通孔103内，第二内螺纹132与过渡部202的第一外螺纹221啮合，使标杆2和螺栓1固定在一起
所述标杆本体203的标杆自由端232伸出螺杆102的螺杆自由端121的距离大于5mm，该距离在螺栓不同状态下会发生变化，通过对该距离变化的测量可以得到螺栓的轴向力及螺栓拧紧状态，所述标杆本体203直径与中心通孔103的直径之间的差值设置为1mm，保证标杆本体203和螺杆102之间变形的独立性。
所述螺栓1与标杆2的热膨胀系数相同。
一种可检测螺栓轴力的螺栓的检测方法，通过上述的螺栓进行检测，包括如下步骤：
(1)测量并记录初始状态下标杆本体的标杆自由端232面与螺杆102的自螺杆由端面121之间的距离l0；
(2)对螺栓进行预紧，记录预紧时所施加的预紧力FM及预紧状态下标杆自由端232面与螺杆自由端121面之间的距离lM；
(3)测量工作状态下标杆自由端232面与螺杆自由端121面之间的距离lt；
(4)利用螺栓轴力测量公式计算工作状态下螺栓的轴力Ft，并与螺栓临界轴力FM进行比较。
步骤(4)中所述的螺栓轴力测量公式为
具体地，通过对标杆自由端231面进行机加工，使得初始状态下螺杆自由端121面和标杆自由端232面的距离为螺栓连接轴力对应的端面距离l0，即有，其中为螺栓轴力降低为临界轴力时，螺杆自由端121面与标杆自由端232面的距离lM，在螺栓紧固状态下，标杆自由端232面将凹陷于螺杆自由端121内部，通过红外或接触手段实时监测螺杆自由端121面和标杆自由端232面的状态，若标杆自由端232突出螺杆自由端121端面，表示螺栓轴力已降低至临界状态，则进行报警。
以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种可检测螺栓轴力的螺栓，其特征在于，包括螺栓及标杆，所述螺栓包括螺栓头部及螺杆，所述螺栓头部与螺杆内部对应中心通孔，所述标杆对应设置于中心通孔内部，所述中心通孔的两端分别设置第一内螺纹及第二内螺纹，所述标杆包括标杆头部、过渡部及标杆本体，所述过渡部一端与标杆头部相连，另一端与标杆本体相连，所述过渡部与第一内螺纹对应设置第一外螺纹，第一内螺纹与第一外螺纹啮合，所述标杆本体长度大于螺杆长度。
2.如权利要求1所述的可检测螺栓轴力的螺栓，其特征在于，所述中心通孔的孔径不超过螺杆公称直径的一半，所述第一内螺纹与第二内螺纹的长度为螺距的3-5倍。
3.如权利要求1所述的可检测螺栓轴力的螺栓，其特征在于，所述标杆本体的标杆自由端伸出螺杆的螺杆自由端的端面的距离大于5mm，所述标杆本体直径与中心通孔的直径之间的差值设置为0.5-1.5mm。
4.如权利要求1所述的可检测螺栓轴力的螺栓，其特征在于，所述螺杆与标杆的热膨胀系数相同。
5.一种可检测螺栓轴力的螺栓的检测方法，其特征在于，通过如权利要求1-4任一所述的螺栓进行检测。
6.如权利要求5所述的可检测螺栓轴力的螺栓的检测方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)测量并记录初始状态下标杆本体的自由端面与螺杆的自由端面之间的距离l0；
(2)对螺栓进行预紧，记录预紧时所施加的预紧力FM及预紧状态下标杆本体的自由端面与螺杆的自由端面之间的距离lM；
(3)测量工作状态下标杆本体的自由端面与螺杆的自由端面之间的距离lt；
(4)利用螺栓轴力测量公式计算工作状态下螺栓的轴力Ft，并与螺栓临界轴力FM进行比较。
7.如权利要求6所述的可检测螺栓轴力的螺栓的检测方法，其特征在于，步骤(4)中所述的螺栓轴力测量公式为
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