螺栓预紧力监测装置

本发明涉及螺栓预紧力监测，特别涉及一种螺栓预紧力监测装置。

背景技术：

1、螺栓连接在工程结构领域中有着广泛、重要的应用。它具有拆卸方便、可靠性强、成本低等优点，广泛用作航空航天及海上风力发电等领域的重要连接部件。为保证螺栓连接质量，需要对螺栓施加预紧力，目前监测螺栓预紧力的方法主要有扭矩紧固法和应变片测试法。

2、扭矩紧固法是利用扭矩扳手施加扭矩，而由于螺纹副之间的摩擦力与螺栓与被连接件间的摩擦力受润滑条件、自身粗糙度等因素的影响，分散性很大，因此，采用扭矩扳手作为螺栓预紧力的测试工具时，会存在较大的测试误差。

3、应变片测试法主要包括基于超声波、声发射及振动传递分析等方式。

4、超声波法是一种无损测量方法，可以根据超声波信号的变化确定螺栓预紧力的变化。超声波的变化是由螺栓连接中的反射、共振等现象产生的，它包含了螺栓预紧力的状态信号，虽然这种方法在实验阶段精度比较好，但它很容易受到环境振动，噪声和其他信号的干扰，使其实际应用具有挑战性。

5、声发射方法是一种无损监测方法，其利用结构处于应力状态下时，其可能会产生初始裂纹或发生裂纹扩展等现象，结构内部会在短时内释放一定的能量，从而在结构中激起瞬态弹性波。其完全依赖于结构自身发射微弱的信号进行检测，因而其不能实现实时检测。同时，由于工程结构的复杂性，其自身的材振动乃至应力释放均会对信号的产生与信号特征带来影响，因此声发射技术尚不能广泛地在实际工程中使用。

6、基于机电阻抗技术通过向粘贴在工件上的压电元件上施加正弦交变电压激励，通过电致伸缩效应，使压电元件产生受迫振动，并通过与结构的耦合作用，将该振动传递到结构上，同时，结构在振动时又会使压电元件产生变形，从而通过正压电效应使电路中的电流产生改变，进而使得压电元件的电阻抗发生改变。基于机电阻抗技术对螺栓预紧力进行监测，难以实现对单螺栓预紧力的精确量化，并且螺栓结构的复杂性，其与压电元件的耦合系统难以通过解析方式描述，需要借助有限元软件进行仿真，并提取不同预紧力下的压电元件电导纳参数进行分析，存在一定的误差。

7、由于螺栓的长时间处于高负载、高温高湿、振动冲击、噪声大、干扰信号强等恶劣工作环境，目前现有的测试方法很难对螺栓预紧力进行精确化的监测。研究表明螺栓头部的正应力与螺栓的预紧力呈线性关系，因此利用材料的压阻性可以实现对压力变化的长期监测是有效的，在一定的外力作用下，其电阻率会发生变化，能够可靠有效地监测工程结构的连接状态，但在面对风电螺栓恶劣的工作环境，普通的压阻材料难以保证其精确度。

8、利用材料的压阻效应对螺栓预紧力进行监测，由于螺栓工作的环境都是处于高负载、高温高湿、振动冲击等恶劣工作环境，对于大型设备的预紧当中，有些螺栓的预紧力高达数百kn。如果利用材料的压阻性对螺栓预紧力进行监测，让材料直接长时间承受高负载的应力和恶劣的工作环境是对材料的极大考验。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种螺栓预紧力监测装置，能够减小在对螺栓的预紧力的监测过程中应变片实际所受的压力，达到借助现有的应变片来实现螺栓大预紧力的监测的目的。

2、根据本发明一些实施例的螺栓预紧力监测装置，包括：底座，所述底座设有第一螺栓孔；多个应变片，多个所述应变片均设置于所述底座上、并沿所述第一螺栓孔的周向排布；应力衰减机构，所述应力衰减机构包括设有第二螺栓孔的连接部、以及一端连接于所述连接部的应力衰减部，所述应力衰减部的数量为多个，多个所述应力衰减部沿所述第二螺栓孔的周向排布，所述连接部设置于所述底座上并使所述第二螺栓孔与所述第一螺栓孔相对、且使多个所述应力衰减部的另一端一一对应地与多个所述应变片相对设置；其中，所述第一螺栓孔和所述第二螺栓孔用于供螺栓穿设，所述螺栓向所述连接部施加的预紧力能够传递至各所述应力衰减部，并使各所述应力衰减部挤压各所述应变片。

3、根据本发明实施例的螺栓预紧力监测装置，至少具有如下有益效果：

4、本发明的螺栓预紧力监测装置中，螺栓依次穿过第二螺栓孔和第一螺栓孔，并使螺栓的螺栓头位于连接部远离底座的一侧，螺栓在拧紧过程中会产生向下的正压力(预紧力)，而压力会传递至连接部上，然后在应力衰减部的衰减作用下传递给各应变片。可以理解的是，在应力衰减部的作用下，能够将连接部受到的压力进行缩减后再传递给应变片，从而使得应变片实际受到的压力缩小，如此，可以降低应变片被损坏的风险，从而达到借助现有的应变片来实现螺栓大预紧力的监测的目的。

5、根据本发明的一些实施例，所述应力衰减部包括一端与所述连接部连接的柔性铰链、以及连接于所述柔性铰链的另一端的压块，所述压块与所述应力片相对设置。

6、根据本发明的一些实施例，所述柔性铰链为直梁型柔性铰链、直圆型柔性铰链、椭圆型柔性铰链、浅切口椭圆型柔性铰链、弓形柔性铰链、三角形柔性铰链、叶状形柔性铰链、簧片式柔性铰链、抛物线切口型柔性铰链、双曲线切口型柔性铰链、圆角抛物线切口型柔性铰链、倒圆角直梁型切口柔性铰链、右圆角抛物线型柔性铰链、波纹柔性铰链、指数正弦形柔性铰链、圆形曲线梁柔性铰链、单轴对称直梁型柔性铰链、单轴柔性铰链、矩形双轴柔性铰链、双轴柔性铰链、多轴柔性铰链、圆弧型柔性铰链或叶型柔性铰链。

7、根据本发明的一些实施例，所述压块靠近所述应变片的一侧为平面结构，所述应变片靠近所述压块的一侧也为平面结构。

8、根据本发明的一些实施例，所述应变片和所述应力衰减部的数量都为四个；

9、四个所述应变片沿所述第一螺栓孔的周向均匀排布；四个所述应力衰减部沿所述第二螺栓孔的周向均匀排布。

10、根据本发明的一些实施例，所述第一螺栓孔为螺纹孔。

11、根据本发明的一些实施例，所述底座用于设置在具有螺纹孔的支撑件上，所述螺纹孔与所述第一螺栓孔相对设置。

12、根据本发明的一些实施例，所述底座设有沿所述第一螺栓孔的周向间隔设置的多个定位槽，多个所述应变片一一对应地设置于多个所述定位槽。

13、根据本发明的一些实施例，每个所述定位槽的两侧还均设有走线槽。

14、根据本发明的一些实施例，所述定位槽的各角落处还设有避让槽。

15、本发明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，或通过本发明的实践了解到。

技术特征：

1.一种螺栓预紧力监测装置，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的螺栓预紧力监测装置，其特征在于，所述应力衰减部包括一端与所述连接部连接的柔性铰链、以及连接于所述柔性铰链的另一端的压块，所述压块与所述应力片相对设置。

3.根据权利要求2所述的螺栓预紧力监测装置，其特征在于，所述柔性铰链为直梁型柔性铰链、直圆型柔性铰链、椭圆型柔性铰链、浅切口椭圆型柔性铰链、弓形柔性铰链、三角形柔性铰链、叶状形柔性铰链、簧片式柔性铰链、抛物线切口型柔性铰链、双曲线切口型柔性铰链、圆角抛物线切口型柔性铰链、倒圆角直梁型切口柔性铰链、右圆角抛物线型柔性铰链、波纹柔性铰链、指数正弦形柔性铰链、圆形曲线梁柔性铰链、单轴对称直梁型柔性铰链、单轴柔性铰链、矩形双轴柔性铰链、双轴柔性铰链、多轴柔性铰链、圆弧型柔性铰链或叶型柔性铰链。

4.根据权利要求2所述的螺栓预紧力监测装置，其特征在于，所述压块靠近所述应变片的一侧为平面结构，所述应变片靠近所述压块的一侧也为平面结构。

5.根据权利要求1所述的螺栓预紧力监测装置，其特征在于，所述应变片和所述应力衰减部的数量都为四个；

6.根据权利要求1所述的螺栓预紧力监测装置，其特征在于，所述第一螺栓孔为螺纹孔。

7.根据权利要求1所述的螺栓预紧力监测装置，其特征在于，所述底座用于设置在具有螺纹孔的支撑件上，所述螺纹孔与所述第一螺栓孔相对设置。

8.根据权利要求1所述的螺栓预紧力监测装置，其特征在于，所述底座设有沿所述第一螺栓孔的周向间隔设置的多个定位槽，多个所述应变片一一对应地设置于多个所述定位槽。

9.根据权利要求8所述的螺栓预紧力监测装置，其特征在于，每个所述定位槽的两侧还均设有走线槽。

10.根据权利要求8所述的螺栓预紧力监测装置，其特征在于，所述定位槽的各角落处还设有避让槽。

技术总结本发明公开了一种螺栓预紧力监测装置，包括：底座，底座设有第一螺栓孔；多个应变片，多个应变片均设置于底座上、并沿第一螺栓孔的周向排布；应力衰减机构，应力衰减机构包括设有第二螺栓孔的连接部、以及一端连接于连接部的应力衰减部，应力衰减部的数量为多个，多个应力衰减部沿第二螺栓孔的周向排布，连接部设置于底座上并使第二螺栓孔与第一螺栓孔相对、且使多个应力衰减部的另一端一一对应地与多个应变片相对设置；其中，第一螺栓孔和第二螺栓孔用于供螺栓穿设，螺栓向连接部施加的预紧力能够传递至各应力衰减部，并使各应力衰减部挤压各应变片。技术研发人员：张春良,柯炳爱,陈洋洲,钟国昌,黎东鹏,谢依林,方展基,叶敏睿,李煌受保护的技术使用者：广州大学技术研发日：技术公布日：2025/1/6