一种螺栓预紧力控制垫圈及应用其的螺栓预紧力控制装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及飞机结构试验中试验装置的结构设计技术领域，具体而言，涉及 一种螺栓预紧力控制垫圈及应用其的螺栓预紧力控制装置。
【背景技术】
[0002] 垫圈是机械结构设计中常用的紧固件，主要用于隔离螺母与结构件，避免划伤结 构件，并可用于调节螺栓长度等。在国标及航标等标准中都有常用的普通垫圈。但是，在一 些特殊连接结构中需要控制预紧力，如复合材料连接等。目前常用的垫圈一般为圆环形，不 具备控制预紧力功能，只是实现避免划伤结构件的目的。螺栓的刚度大于复合材料结构件 的刚度，若不控制预紧力的大小，则会在螺栓拧紧的过程中破坏复合材料结构件，造成不必 要的损失。
[0003] 现在亟需解决的技术问题是如何设计一种预紧力控制装置，该装置能够控制螺栓 预紧力的上限，减少螺栓在拧紧的过程中对复合材料结构件的损伤。 【实用新型内容】
[0004] 本实用新型的第一目的在于解决上述现有技术中的不足，提供一种结构简单合理 的螺栓预紧力控制垫圈。
[0005] 本实用新型的目的通过如下技术方案实现:一种预紧力控制垫圈，用于螺栓紧固 连接过程中预紧力的控制，包括垫圈本体，垫圈本体设置有螺栓孔，在垫圈本体的边缘向外 延伸周向均匀设置有断裂键。
[0006] 上述方案中优选的是，断裂键的数量至少为两个，目的是使断裂键的受力均匀，保 障测试结果的准确性。
[0007] 上述任一方案中优选的是，垫圈本体与断裂键为一体成型结构，且材料相同，保障 测试结果的准确性，焊接或者其它连接方式导致断裂键。不能准确计算出预紧力的大小。
[0008] 上述任一方案中优选的是，断裂键的上檐与垫圈本体的上表面齐平。
[0009]上述任一方案中优选的是，断裂键沿垫圈本体的厚度方向上的长度大于断裂键的 厚度。
[0010] 本实用新型的第二目的在于提供一种螺栓预紧力控制装置，用于测定螺栓的预紧 力。
[0011] 本实用新型的第二目的通过如下方案实现:一种螺栓预紧力控制装置，包括螺栓、 螺母，螺栓与螺栓螺纹配合，还包括结构件、预紧力控制垫圈，其中，预紧力控制垫圈为上述 预紧力控制垫圈任一方案中的预紧力控制垫圈，结构件上设置有与预紧力控制垫圈直径相 同的通孔，结构件与所述预紧力控制垫圈叠放，螺栓穿过结构件的通孔与预紧力控制垫圈 的螺栓孔并通过螺母紧固。通过拧紧螺母的过程给螺栓施加预紧力，过程中通过预紧力控 制垫圈的断裂键是否断裂判断螺栓的预紧力是否达到设计要求。
[0012] 本实用新型所提供的螺栓预紧力控制垫圈及应用其的螺栓预紧力控制装置的有 益效果在于，结构简单，制造方便，由于垫圈的断裂带在达到预紧力后自动断裂，操作者收 到操作结束标志，停止安装作业。相对于现有技术中的控制拧紧力矩来控制预紧力，本实用 新型提供的技术方案可以直接控制预紧力，避免了拧紧力矩向预紧力转化过程中不可控因 素造成的预紧力不可控。装置稳定性高，安全可靠。
【附图说明】
[0013] 图1是按照本实用新型的螺栓预紧力控制垫圈的一优选实施例的俯视结构示意 图；
[0014] 图2是按照本实用新型的螺栓预紧力控制垫圈的图1所示实施例的侧视结构示意 图；
[0015] 图3是按照本实用新型的螺栓预紧力控制装置的一优选实施例的结构示意图，其 中，螺栓预紧力控制垫圈未断裂；
[0016] 图4是按照本实用新型的螺栓预紧力控制装置的图3所示实施例的结构示意图，其 中，螺栓预紧力控制垫圈断裂。
[0017]附图标记：
[0018] 1 -垫圈本体、2-断裂键、3-螺母、4-结构件、5-螺栓。
【具体实施方式】
[0019] 本实用新型提供的螺栓预紧力控制垫圈及应用其的螺栓预紧力控制装置的目的 是:不依靠其它工具进行预紧力控制，使紧固件在安装时能够指示特定的预紧力大小，避免 连接结构受力过大，造成损伤。
[0020] 为使本实用新型实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型 实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始 至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实 施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例 是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。基于本实用新 型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。下面结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明。
[0021] 在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"前"、"后"、 "左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底" "内"、"外"等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 新型保护枢围的限制。
[0022] 如图1-图2所示，本实用新型提供的螺栓预紧力控制垫圈，用于螺栓紧固连接过程 中预紧力的控制，包括垫圈本体1，垫圈本体1设置有螺栓孔，在垫圈本体1的边缘向外延伸 周向均匀设置有断裂键2。
[0023] 上述本实用新型提供的螺栓预紧力控制垫圈中断裂键2的数量至少为两个。垫圈 本体1与断裂键2为一体成型结构。断裂键2的上檐与垫圈本体1的上表面齐平。断裂键2沿垫 圈本体1的厚度方向上的长度大于断裂键2的厚度。
[0024]如图1-图4所示，本实用新型还提供一种螺栓预紧力控制装置，包括螺栓5、螺母3， 螺栓5与螺栓3螺纹配合，还包括结构件4、预紧力控制垫圈，其中，预紧力控制垫圈为上述方 案所涉及的预紧力控制垫圈，结构件4上设置有与预紧力控制垫圈直径相同的通孔，结构件 4与预紧力控制垫圈叠放，螺栓5穿过结构件4的通孔与预紧力控制垫圈的螺栓孔并通过螺 母3紧固。
[0025]本实用新型提供的一种螺栓预紧力控制装置利用预紧力将断裂键2压断，达到控 制预紧力的目的。在螺母拧紧时产生的预紧力下压垫圈本体1，由于断裂键2与螺母3产生挤 压，产生向上的支反力，该支反力达到设定值时将断裂键2折断。
[0026]本实用新型提供的螺栓预紧力控制装置通过设计螺栓预紧力控制垫圈的断裂键2 所能承受的最大应力与结构件能够承受的最大预紧力相等，将结构件能承受的最大预紧力 通过断裂键2是否断裂来直观体现出来。
[0027]按照图3所示的螺栓预紧力控制装置组装，当螺栓预紧力垫圈的断裂键2的最大应 力达到允许的最大盈利后，断裂键2断开，操作结束。
[0028]
[0029]其中：[0]为某材料螺栓预紧力控制垫圈断裂键2允许的最大应力，〇为操作者施加 的预紧力，
[0030] M=F · L (2)
[0031]
[0032] (2)(3)代入(1)，求得：
[0033]
[0034] 例如选用某材料许用应力为[0] = 235MPa，断裂键宽度b = 2mm，断裂键最薄处t = 1.5mm，断裂键接触点距断裂键最薄处距离L = 0.8mm，则F 2 220N时发生断裂。因为断裂键有 η个，则总预紧力为:η · F = 2X220 = 440N
[0035]由于垫圈的断裂键2在达到预紧力后自动折断，操作者得到操作结束标志，停止安 装。相对于现有技术中控制拧紧力矩来控制预紧力，本实用新型提供的技术方案可以直接 控制预紧力，避免了拧紧力矩向预紧力转化过程中不可控因素造成的预紧力不可控。
[0036]以上结合本实用新型的螺栓预紧力控制垫圈及应用其的螺栓预紧力控制装置具 体实施例做了详细描述，但并非是对本实用新型的限制，凡是依据本实用新型的技术实质 对以上实施例所做的任何简单修改均属于本实用新型的技术范围，还需要说明的是，按照 本实用新型的螺栓预紧力控制垫圈及应用其的螺栓预紧力控制装置技术方案的范畴包括 上述各部分之间的任意组合。
【主权项】
1. 一种预紧力控制垫圈，用于螺栓紧固连接过程中预紧力的控制，包括垫圈本体（1)， 所述垫圈本体（1)设置有螺栓孔，其特征在于，在所述垫圈本体（1)的边缘向外延伸周向均 匀设置有断裂键(2)。2. 如权利要求1所述的预紧力控制垫圈，其特征在于，所述断裂键(2)的数量至少为两 个。3. 如权利要求1所述的预紧力控制垫圈，其特征在于，所述垫圈本体（1)与所述断裂键 (2)为一体成型结构。4. 如权利要求1所述的预紧力控制垫圈，其特征在于，所述断裂键(2)的上檐与所述垫 圈本体(1)的上表面齐平。5. 如权利要求4所述的预紧力控制垫圈，其特征在于，所述断裂键(2)沿所述垫圈本体 (1)的厚度方向上的长度大于所述断裂键(2)的厚度。6. -种螺栓预紧力控制装置，包括螺栓(5 )、螺母(3 )，所述螺栓(5)与所述螺栓(3)螺纹 配合，其特征在于，还包括结构件(4)、预紧力控制垫圈，其中，所述预紧力控制垫圈为权利 要求1-4任意一项所述的预紧力控制垫圈，所述结构件(4)上设置有与所述预紧力控制垫圈 直径相同的通孔，所述结构件(4)与所述预紧力控制垫圈叠放，螺栓(5)穿过所述结构件(4) 的通孔与所述预紧力控制垫圈的螺栓孔并通过螺母(3)紧固。
【专利摘要】一种螺栓预紧力控制垫圈及应用其的螺栓预紧力控制装置，涉及飞机结构试验中试验装置的结构设计技术领域，用于判断螺栓预紧力是否达到结构件所能承受的最大应力，利用预紧力将断裂键压断，达到控制预紧力的目的。在螺母拧紧时产生的预紧力下压垫圈本体，由于断裂键与顶圈产生挤压，产生向上的支反力，该支反力达到设定值时将断裂带折断。采用本实用新型提供的螺栓预紧力控制垫圈及应用其的螺栓预紧力控制装置控制结构件能够承受的螺栓最大应力，可直接控制预紧力，避免了拧紧力矩向预紧力转化过程中不可控因素造成的预紧力不可控。
【IPC分类】F16B43/00
【公开号】CN205207401
【申请号】CN201521000182
【发明人】戚岩, 张明俊
【申请人】中国航空工业集团公司沈阳飞机设计研究所
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2015年12月4日