一种螺栓轴向力检测及自动补偿装置

1.本发明涉及一种螺栓与固定件之间的补偿垫片，具体涉及一种螺栓轴向力检测及自动补偿装置，属于螺栓紧固技术领域。


背景技术：

2.由于螺栓加工简单、使用和拆卸方便，并且制造成本低，在众多固定件连接上，螺栓连接方式就成为了人们的最佳选择，在各行各业中，螺栓的连接方式经常存在。
3.但当固定件受到震动的时候，螺栓的连接方式就很容易发生松动，给一些加工设备以及人生安全造成了许多安全隐患。因此在设备运行时对螺栓的松紧进行检测并及时补偿就显得尤为重要，能够及时发现问题避免事故的发生。


技术实现要素：

4.本发明的目的是：解决现有螺栓连接方式中当固定件受到震动时容易出现松动易造成安全事故的问题，提供一种螺栓轴向力检测及自动补偿装置，安装在螺栓和固定件之间，利用形状记忆合金垫片的温变效应并采用薄膜式压强传感器和加热电阻丝的检测、加热协同作用，在发现螺栓松动时及时进行间隙补偿，使较松的螺栓自动加紧增大其轴向力，使螺栓与固定件的连接更加安全牢固。
5.为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种螺栓轴向力检测及自动补偿装置，包括相互配合连接的加热垫片载盘和端盖，并通过加热垫片载盘和端盖上的中心孔贯穿设置在螺栓与连接件之间；所述加热垫片载盘的下端中部设置有贯穿螺栓的载盘中心孔，位于载盘中心孔外缘的上端面内设置加热电阻丝和形状记忆合金垫片，位于载盘中心孔外缘的下端面上贴合连接薄膜式压强传感器；所述加热垫片载盘的上端设置有方形槽，方形槽内设置与薄膜式压强传感器连接的压强显示装置；所述端盖配合连接在加热垫片载盘的上端面上；所述端盖的下端中部对应载盘中心孔处设置有端盖中心孔，上端对应压强显示装置处设置有压强显示屏。
6.所述加热垫片载盘和所述端盖之间通过c字形卡扣固定连接，c字形卡扣开口处的上下两内端面上均设置有倾斜向内的卡钩；所述加热垫片载盘的下端面和所述端盖的上端面的边缘上均设置有卡扣槽，卡钩配合连接在卡扣槽内。
7.所述c字形卡扣的材质选用弹性材料，并采用弹性材料一体式制作成型。
8.所述加热垫片载盘的下端与载盘中心孔同圆心的上端面上设置有圆柱槽，沿圆柱槽的内端面向下设置有圆环槽；所述加热电阻丝配合连接在圆环槽内，所述形状记忆合金垫片配合连接在圆柱槽内，且形状记忆合金垫片位于加热电阻丝的上端。
9.所述加热垫片载盘的下端平行于端面方向设置有与加热电阻丝连通的导线槽，导线槽内连接有导线；所述加热电阻丝通过导线与装置外部的无线充电线圈连接。
10.所述方形槽的内端面上设置有贯穿加热垫片载盘下端面的连接口，所述薄膜式压强传感器通过连接口连接压强显示装置。
11.所述形状记忆合金垫片为内部中空的圆台状垫片，且圆台的上端面中心设置有贯穿螺栓的垫片中心孔；所述端盖中心孔的内径大于圆台上端的外缘最小径，形状记忆合金垫片的圆台上端凸出端盖中心孔连接在所述端盖的上端面外侧。
12.所述形状记忆合金垫片的材质采用低温形变高温恢复的特殊记忆合金材料；形状记忆合金垫片通过轴向挤压平整后为圆环形垫片，加热后为圆台状垫片。
13.所述形状记忆合金垫片作为轴向力控制单元，所述压强传感器和所述压强显示单元作为轴向力监测单元，通过配制摄像头、外部无线充电线圈、超声波探头以及信号接收单元和信号处理器一起组成能够自动检测并进行间隙补偿的螺栓轴向力检测补偿系统。
14.本发明的有益效果是：1）本发明装置通过下端中部的中心孔连接在螺栓与固定件之间，利用形状记忆合金垫片的低温变形并采用薄膜式压强传感器和加热电阻丝的检测、加热协同作用，使得形状记忆合金垫片高温恢复形变，在发现螺栓松动时及时进行间隙补偿，使较松的螺栓自动加紧增大其轴向力，使螺栓与固定件的连接更加安全牢固。
15.2）本发明装置中的形状记忆合金垫片设计为内部中空的圆台状垫片，在便于贯穿安装螺栓的同时还便于安装时的挤压平整；且材质为低温形变高温恢复的特殊记忆合金材料，在轴向挤压平整安装后为圆环形垫片，加热后恢复为圆台状垫片，达到螺栓松动时及时进行间隙自动补偿的目的。
16.3）本发明装置中加热垫片载盘与端盖之间的固定方式采用c字形卡扣固定连接，且c字形卡扣选用弹性材料，安装后卡扣的卡钩恢复原来的形状，使上下端牢固的结合在一起，并且在必要时可破坏卡扣拆解装置，不会发生对整个装置破坏，有利用装置零部件的更换，便于装置的安装与拆卸。
17.4）本发明装置中的形状记忆合金垫片作为轴向力控制单元，压强传感器和压强显示单元作为轴向力监测单元，并结合摄像头、无线充电线圈、超声波探头以及信号接收单元和信号处理器一起组成能够自动检测并进行间隙补偿的螺栓轴向力检测补偿系统，实现装置的自动化，提高补偿的工作效率。
附图说明
18.图1为本发明装置的爆炸结构示意图；图2为本发明装置的正面结构示意图；图3为本发明装置的反面结构示意图；图4为图1中加热垫片载盘的下端中部半剖示意图；图5为图1中c字形卡扣的结构示意图；图6为图1中形状记忆合金垫片在螺栓拧紧前的结构示意图；图7为图1中形状记忆合金垫片在螺栓拧紧后的结构示意图；图8为图1中加热电阻丝工作前后螺栓所受轴向力大小的变化图；图9为本发明装置与信号传输处理单元组成螺栓轴向力检测补偿系统的结构作用分析图。
19.图中，1
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加热垫片载盘，101
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载盘中心孔，102
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方形槽，103
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圆柱槽，104
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圆环槽，105
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导线槽，106
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连接口，2
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端盖，201
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端盖中心孔，3
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加热电阻丝，4
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形状记忆合金垫片，
401
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垫片中心孔，5
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薄膜式压强传感器，6
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压强显示装置，7
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压强显示屏，8
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c字形卡扣，801
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卡钩，9
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卡扣槽，10
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导线，11
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无线充电线圈。
20.图8中f1为电压5v、电流1.3a状态下；f2为电压8v、电流2a状态下。
具体实施方式
21.下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的解释说明。
22.实施例：如图1
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7所示，本发明所述的一种螺栓轴向力检测及自动补偿装置，包括相互配合连接的加热垫片载盘1和端盖2，并通过加热垫片载盘1和端盖2上的中心孔贯穿安装在螺栓与连接件之间；加热垫片载盘1的下端中部开设有贯穿螺栓的载盘中心孔101，位于载盘中心孔101外缘的上端面内安装加热电阻丝3和形状记忆合金垫片4，位于载盘中心孔101外缘的下端面上贴合连接薄膜式压强传感器5；加热垫片载盘1的上端开设有方形槽102，方形槽102内安装与薄膜式压强传感器5连接的压强显示装置6；端盖2配合连接在加热垫片载盘1的上端面上；端盖2的下端中部对应载盘中心孔101处开设有端盖中心孔201，上端对应压强显示装置6处连接有压强显示屏7。
23.加热垫片载盘1和端盖2之间通过c字形卡扣8固定连接，c字形卡扣8的材质选用弹性材料，并采用弹性材料一体式制作成型；c字形卡扣8开口处的上下两内端面上均设置有倾斜向内的卡钩801；加热垫片载盘1的下端面和端盖2的上端面的边缘上均开设有卡扣槽9，卡钩801配合连接在卡扣槽9内。
24.加热垫片载盘1的下端与载盘中心孔101同圆心的上端面上开设有圆柱槽103，沿圆柱槽103的内端面向下设有圆环槽104；加热电阻丝3配合连接在圆环槽104内，形状记忆合金垫片4配合连接在圆柱槽103内，且形状记忆合金垫片4位于加热电阻丝3的上端。
25.加热垫片载盘1的下端平行于端面方向设置有与加热电阻丝3连通的导线槽105，导线槽105内连接有导线10；加热电阻丝3通过导线10与装置外部的无线充电线圈11连接。
26.方形槽102的内端面上设有贯穿加热垫片载盘1下端面的连接口106，薄膜式压强传感器5通过连接口106连接压强显示装置6。
27.形状记忆合金垫片4为内部中空的圆台状垫片，且圆台的上端面中心设置有贯穿螺栓的垫片中心孔401；端盖中心孔201的内径大于圆台上端的外缘最小径，形状记忆合金垫片4的圆台上端凸出端盖中心孔201连接在端盖2的上端面外侧。
28.形状记忆合金垫片4的材质采用低温形变高温恢复的特殊记忆合金材料；形状记忆合金垫片4通过轴向挤压平整后为圆环形垫片，加热后为圆台状垫片。
29.工作原理及安装步骤：首先将加热电阻丝3加入到加热垫片载盘1的凹槽中，加热电阻丝3与导线10连接好，接着放入形状记忆合金垫片4。然后端盖2与加热垫片载盘1配合好，插入c字形卡扣8，由于卡扣由弹性材料做成，插入卡扣后，卡扣的卡钩801恢复原来的形状，由此上下端牢固的结合在一起；并且在必要时破坏卡扣，即可拆解装置，不会发生对整个装置破坏。再将导线10与外界的无线充电线圈11相连，无线充电线圈11粘贴到需要固定的连接件上。
30.装置中间的中心孔内放入螺栓，当螺栓拧紧时，由于螺栓对形状记忆合金垫片4的压力，使露出外面的形状记忆合金垫片4的圆台上端部分完全压入端盖2中发生形变。当薄膜式压强传感器5发现压强变小，也就是螺栓发生松动时，外加一个变化的电磁场使无线充
电线圈11能够为加热电阻丝3供电（例如：可以使用无人机送入无线充电信号），加热电阻丝3的温度升高，形状记忆合金垫片4有着恢复原来形状的趋势，由于初始为圆台状，向上挤压拧入的螺栓，使得螺栓的轴向力加大，由此螺栓就实现了自动补偿。
31.形状记忆合金垫片设计为内部中空的圆台状垫片，在便于贯穿安装螺栓的同时还便于安装时的挤压平整；且材质为低温形变高温恢复的特殊记忆合金材料，在轴向挤压平整安装后为圆环形垫片，加热后恢复为圆台状垫片，达到螺栓松动时及时进行间隙自动补偿的目的。
32.图8为加热电阻丝工作前后，螺栓所受轴向力大小的变化图。图中在15s后通电，f1为电压5v、电流1.3a状态下；f2为电压8v、电流2a状态下。结果看出装置工作后螺栓的轴向力明显增大，这也符合我们预期结果。
33.图9为为整套螺栓检测补偿系统的结构作用分析图，形状记忆合金垫片作为轴向力控制单元，压强传感器和压强显示单元作为轴向力监测单元，并通过摄像头、无线充电线圈、超声波探头以及信号接收单元和信号处理器一起组成能够自动检测并进行间隙补偿的螺栓轴向力检测补偿系统，实现装置的自动化，提高补偿的工作效率。
34.本发明装置通过下端中部的中心孔连接在螺栓与固定件之间，利用形状记忆合金垫片的低温变形并采用薄膜式压强传感器和加热电阻丝的检测、加热协同作用，使得形状记忆合金垫片高温恢复形变，在发现螺栓松动时及时进行间隙补偿，使较松的螺栓自动加紧增大其轴向力，使螺栓与固定件的连接更加安全牢固。
35.以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。