[发明专利]指示负载的方法和设备

说明书

发明领域

本发明总地涉及负载指示紧固件，更具体地涉及从视觉上表示紧固件中的 拉伸应变的设备和方法。

背景技术

紧固件用于很宽泛的应用场合，例如电动机、铁轨、法兰组件、石化生产 线、地基、工厂、拉铲挖掘机、动力涡轮机以及起重机和拖拉机上的螺柱。在 许多应用场合下，获得正当的紧固件张紧度(张力)且一旦系统投入使用时保 持该张紧度是一个问题。在安装和维护时监测紧固件上的负载同样是个问题。 如使用这类紧固件所知的那样，随着力施加于紧固件的一部分——例如螺栓头 部等——紧固件拉长。随着紧固件被张紧，负载增加至最大断裂点，即紧固件 屈服、断裂或其健全性受到危害。

紧固件一般会在投入使用时经历张力损失，因为例如会发生多种使用状 况，包括：松脱(螺纹嵌入)、振动松弛、接头或凸缘的挤压变形、热胀冷缩 等。这些状况所引发的张力损失会造成组件中的失配或过早磨损、渗漏(在紧 固件用于密封的场合下)或由于组件其它部分上负载过高造成的毁灭性接头失 效。在某些情形下，要求知道紧固件负载(张紧度)、开始时间和经过时间以 避免紧固件松脱的潜在危险事件，例如滑移、磨损、渗漏和/或可能的失效。 在其它场合下，例如在与密封组件的凸缘周围的一组螺栓配合工作时，均匀地 拧紧这组螺栓是很重要的。通过均匀地拧紧一组螺栓或螺柱至一适当的负载并 随着时间推移而维持该负载，就不大可能遇到潜在的失效。

因此需要一种设备和方法来准确地监测在紧固件拧紧过程中的负载并随 之确定当前的夹持负载状态。由于当前紧固件无法可靠地指示紧固件中的张力 状态，用户必需经常使用麻烦的方法来检查每个螺栓的张紧度，或仅再次拧紧 所有紧固件而不管这些拧紧是否需要。然而，紧固件的扭矩重置(即拧紧)导 致紧固件系统中的磨损和应变，这些情况源自侵蚀、摩擦、螺母条件和扭矩值 等的变化。

已提出各种机械装置以提供出现在紧固件中的应力的视觉指示。1997年9 月16日公布的属于Cory.S.Waxman并援引于此以供参考的No.5,668,323美国 专利记载了一种已知的负载指示紧固件，该紧固件包括一个定位在紧固件头部 的孔中的枢轴杠杆，该枢轴杠杆的致动端与坐落在或形成于孔端部内的基准柱 或支座接触，该枢轴杠杆的指示端于紧固件的头部可见。杠杆的枢轴点被定位 以在对紧固件施加负载时造成杠杆足够增幅的移动，以使负载可从视觉上予以 确定。例如，为了获得30倍增幅，杠杆必须使枢轴至指示端的距离比枢轴至 致动端的距离大出30倍。同样，指示端的移动范围也是紧固件孔的移动范围 成正比地大于杠杆致动端的移动范围。因此，视觉负载指示所需的枢轴杠杆的 长度和枢轴杠杆指示端的移动范围具有事先确定的所要求最小孔深和孔径并 因此具有负载指示器可使用的紧固件尺寸。

例如，No.5,668,323美国专利披露一种分层孔，它包括位于紧固件头部 内以为杠杆的指示端提供增大的移动范围的第一宽孔以及位于紧固件轴部内 以接纳杠杆的支座和下端的较小孔。在各种应用场合下，紧固件的头部需要放 大或伸长以充分加强紧固件因孔造成的任何弱化。例如，可增大紧固件头部的 直径以使指示器充分移动，而也可增大头部的厚度以提供适当的孔深而不影响 紧固件头部和轴部的强度。因此，这类视觉负载指示器一般仅在较大紧固件或 具有增大头部的紧固件中可用。因此，需要可用于更小和更传统的紧固件结构 中的视觉负载指示器。

分析和/或利用拧紧的紧固件的伸长来确定当前夹持负载状态的各种其它 负载指示紧固件是已知的，而这些紧固件在结构上和它们所使用的方法和设备 上具有很大的区别。例如，可使用机械、电气、光学机械、超声波方法等实现 紧固件中存在的应变(伸长)的分析。例如参见Wallace的1987年6月30日 公布的No.4,676,109美国专利、Scott的1995年2月14日公布的No5,388,463 美国专利以及Stone的1952年6月10日公布的2,600,029美国专利，这些专 利分别披露了包括各种电子测量装置的紧固件；Kibblewhite的1990年2月 13日公布的No.4,899,591美国专利披露了超声波负载指示部件，而Milecki 的1989年4月25日公布的4,823,606美国专利则披露了感测负载的薄膜传感 器。