双精度预紧力控制螺栓的制作方法

1.本实用新型涉及预紧螺栓，具体涉及一种双精度预紧力控制螺栓。

背景技术：

2.螺栓的失效如果按照预紧力划分包括两种情况：一种是预紧力不足，导致密封力不够或者螺栓松动；另一种是预紧力过大，导致螺栓发生塑性变形，严重的甚至断裂。预紧力不足或者过大引起的螺栓失效都会影响设备的正常运行，常见的有介质特别是有毒有害介质的泄漏，设备的倒塌等。
3.对密封效果而言，螺栓提供给密封件的预紧力越大则密封的效果越好，设备的泄漏量越低；但对配合的设备而言，预紧力越大对设备的强度要求越高，以法兰为例，螺栓的预紧力越大对法兰的强度要求越高，需要更厚的法兰或更高强度的材料，增加设备的成本。在一些重要的密封应用场合，常常为了提高设备的密封性能，从而将螺栓拧到“足够紧”，但在预紧螺栓的过程中，常常无法判断螺栓是否已发生塑性变形，一旦螺栓发生塑性变形，螺栓将失效；另一方面，当螺栓预紧力增加，对设备的压力也随之增大，可能会超过设备的抗压强度，从而导致设备变形失效。
4.对于螺栓安装来说，一方面，需要保证螺栓有足够的预紧力，确保密封的性能；另一方面，需要确保螺栓在预紧的过程中处于其弹性变形范围内，也不会因为过大的预紧力而损坏设备。传统的螺栓安装通常是通过间接的方式确认螺栓预紧力，比如人工敲打(平均误差为 50％)、扭矩扳手(平均误差为30％)和液压螺栓拉伸器(平均误差为 20％)，无法做到精确的预紧力控制。另外，现有技术中有公开一种精确预紧螺栓，其能够精确的控制螺栓的预紧力在一个固定值。然而，在某些应用场合，预紧力的控制需求常常不是唯一的，不仅需要一个保证密封性能的预紧力的较低值，也需要一个确保螺栓在弹性形变范围内同时不损坏设备的较高值，此时，这种只有一个固定值预紧力的精确预紧螺栓已不能满足双精度预紧力控制的要求。

技术实现要素：

5.本实用新型是为了解决上述问题而进行的，本实用新型旨在提供一种双精度螺栓预紧力控制螺栓，能够设置两个预紧力控制值，将螺栓的预紧力控制在需要的低值和高值之间。
6.本实用新型提供了一种双精度预紧力控制螺栓，具有这样的特征，包括：螺栓主体，第一芯轴，第二芯轴，第一指示轮以及第二指示轮，其中，螺栓主体的顶端面的中心向下开设有螺栓盲孔；第一指示轮位于螺栓主体的顶端面的上方，第一指示轮的中心开设有第一通孔；第一芯轴插入第一通孔，且第一芯轴的下端部插接在螺栓盲孔中，第一芯轴的顶端面的中心向下开设有芯轴盲孔；第二指示轮位于第一指示轮的上方，第二指示轮的中心开设有第二通孔；第二芯轴插入第二通孔，且第二芯轴的下端部插接在芯轴盲孔中；第一指示轮的下端面与螺栓主体的顶端面之间的间隙距离s1为双精度预紧力控制螺栓安装后达到
要求预紧力f1时螺栓盲孔拉伸所增加的尺寸；第二指示轮的下端面与第一指示轮的上端面之间的间隙距离为s2，s1+s2为双精度预紧力控制螺栓安装后达到要求预紧力f2时螺栓盲孔拉伸所增加的尺寸。
7.进一步，在本实用新型提供的双精度预紧力控制螺栓中，还可以具有这样的特征：其中，螺栓盲孔的末端设有内螺纹，第一芯轴的末端设有外螺纹，第一芯轴的末端与螺栓盲孔螺纹连接。
8.进一步，在本实用新型提供的双精度预紧力控制螺栓中，还可以具有这样的特征：其中，芯轴盲孔的末端设有内螺纹，第二芯轴的末端设有外螺纹，第二芯轴的末端与芯轴盲孔螺纹连接。
9.进一步，在本实用新型提供的双精度预紧力控制螺栓中，还可以具有这样的特征：其中，螺栓盲孔、芯轴盲孔中分别填充有润滑脂。
10.进一步，在本实用新型提供的双精度预紧力控制螺栓中，还可以具有这样的特征：其中，第一芯轴包括第一芯轴头部以及第一芯轴杆部；芯轴盲孔从第一芯轴头部延伸至第一芯轴杆部；第一芯轴头部的径向截面为圆形，第一芯轴头部的直径大于第一芯轴杆部的直径；第一通孔的孔径小于第一芯轴头部的直径，且大于第一芯轴杆部的直径。
11.进一步，在本实用新型提供的双精度预紧力控制螺栓中，还可以具有这样的特征：其中，第一指示轮的外周套设有第一指示帽；第一指示轮的外周壁开设有若干凹槽；第一指示帽的内周壁开设有若干凸棱，第一指示帽的凸棱与第一指示轮的凹槽插接啮合。
12.进一步，在本实用新型提供的双精度预紧力控制螺栓中，还可以具有这样的特征：其中，第二芯轴包括第二芯轴头部以及第二芯轴杆部；第二芯轴头部的径向截面为圆形，第二芯轴头部的直径大于第二芯轴杆部的直径；第二通孔从上至下分为孔径不同的孔上段、孔中段、孔下段，第二芯轴头部位于孔上段内，第二芯轴杆部穿过孔中段，第一芯轴头部位于孔下段内。
13.进一步，在本实用新型提供的双精度预紧力控制螺栓中，还可以具有这样的特征：其中，第二指示轮的外周套设有第二指示帽；第二指示轮的外周壁开设有若干凹槽；第二指示帽的内周壁开设有若干凸棱，第二指示帽的凸棱与第二指示轮的凹槽插接啮合。
14.进一步，在本实用新型提供的双精度预紧力控制螺栓中，还可以具有这样的特征：其中，螺栓主体包括螺栓头部和螺栓杆部；螺栓盲孔从螺栓头部延伸至螺栓杆部；螺栓头部的径向截面为圆形或正六边形；螺栓杆部的末端设有用于与螺母配合的外螺纹。
15.与现有技术相比，本实用新型具有如下有益效果：
16.1)可实现双精度控制螺栓预紧力，即可以精确设置两个不同的预紧力值，满足不同的应用要求。
17.2)预紧力精度高可控制在
±
0.5％。
18.3)安装简单，不受安装条件的限制，操作空间小。
19.4)维护简单，可凭目测判断螺栓是否松弛。
附图说明
20.图1是本实用新型的实施例中双精度预紧力控制螺栓的结构示意图；
21.图2是本实用新型的实施例中双精度预紧力控制螺栓的应用示意图；
22.图3是本实用新型的实施例中双精度预紧力控制螺栓的工作原理图；
23.图4是本实用新型的实施例中双精度预紧力控制螺栓在螺栓紧固前的示意图；
24.图5是本实用新型的实施例中双精度预紧力控制螺栓在螺栓紧固至预紧力为f1的示意图；
25.图6是本实用新型的实施例中双精度预紧力控制螺栓在螺栓紧固至预紧力为f2的示意图。
26.附图标记：双精度预紧力控制螺栓100；螺栓主体1；螺栓盲孔11；第一芯轴2；芯轴盲孔21；第二芯轴3；第一指示轮4；第一通孔41；第二指示轮5；第二通孔51；第一指示帽6；凸缘61；第二指示帽7；图1中a表示螺纹连接；图1中b表示插接啮合；螺母200；密封件的法兰上部分301；密封件的法兰下部分302；垫片400。
具体实施方式
27.为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本实用新型的技术方案作具体阐述。
28.如图1所示，本实施例提供一种双精度预紧力控制螺栓100包括：螺栓主体1、第一芯轴2、第二芯轴3、第一指示轮4、第二指示轮5、第一指示帽6以及第二指示帽7。
29.螺栓主体1的剖面呈如图1所示t字形，包括螺栓头部和连接在螺栓头部下方的螺栓杆部，螺栓头部与螺栓杆部为一体结构。螺栓主体1的顶端面的中心向下开设有螺栓盲孔11，螺栓盲孔11从螺栓头部延伸至螺栓杆部，螺栓盲孔的末端设有内螺纹。螺栓盲孔11填充有润滑脂。螺栓头部的径向截面为圆形或正六边形。螺栓杆部的末端设有用于与螺母配合的外螺纹12。
30.螺栓主体1、第一芯轴2、第二芯轴3、第一指示轮4、第二指示轮5、第一指示帽6以及第二指示帽7均呈同轴设置。
31.第一芯轴2包括第一芯轴头部以及第一芯轴杆部，第一芯轴头部的径向截面为圆形，第一芯轴头部的直径大于第一芯轴杆部的直径。第一芯轴2的顶端面的中心向下开设有芯轴盲孔21，芯轴盲孔21从第一芯轴头部延伸至第一芯轴杆部，芯轴盲孔21的末端设有内螺纹。芯轴盲孔21填充有润滑脂。第一芯轴2在第一芯轴杆部的末端设有外螺纹。
32.参阅图1和图3中(a)，第一指示轮4位于螺栓主体1的顶端面的上方，第一指示轮4的底端面与螺栓主体1的顶端面之间的间隙距离为s1。第一指示轮4的中心开设有第一通孔41，第一通孔41的孔径小于第一芯轴头部的直径，且大于第一芯轴杆部的直径。第一芯轴2 插入第一通孔41，且第一芯轴杆部的插接在螺栓盲孔11中并且其末端与螺栓盲孔11螺纹连接(图1中a所指的下方位置)。
33.第一指示轮4的外周套设有第一指示帽6，第一指示帽6的内腔高度尺寸与第一指示轮4的轴向高度尺寸之差等于s1，第一指示帽6 的上端具有向内延伸的凸缘61，凸缘61的厚度等于s2。第一指示轮 4的外周壁开设有若干轴向延伸的凹槽，优选地，若干凹槽呈环形阵列均布设在第一指示轮4的外周壁，形成外齿轮状。第一指示帽6的内周壁开设有若干凸棱，凸棱为轴向延伸且与第一指示轮4的外周壁凹槽相匹配，形成内齿轮状。第一指示帽6与第一指示轮4插接啮合，两者在径向方向上不可以相对转动，而在轴向方向上第一指示轮4可相对第一指示帽6上下移动。
34.第二芯轴3包括第二芯轴头部以及第二芯轴杆部。第二芯轴头部的径向截面为圆形，第二芯轴头部的直径大于第二芯轴杆部的直径。第二芯轴3的末端设有外螺纹。
35.参阅图1和图3中(a)，第二指示轮5位于第一指示轮4的上方，第二指示轮5的底端面与第一指示轮4的顶端面之间的间隙距离为 s2。第二指示轮5的中心开设有第二通孔51，第二通孔51从上至下分为孔径不同的孔上段、孔中段、孔下段。第二芯轴3插入第二通孔 51，第二芯轴头部位于孔上段内，第二芯轴杆部穿过孔中段。第一芯轴头部位于孔下段内，第二芯轴杆部插接在第一芯轴的芯轴盲孔21 中并且其末端与芯轴盲孔21螺纹连接(图1中a所指上方位置)。
36.第二指示轮5的外周套设有第二指示帽7。第二指示轮5的外周壁开设有若干轴向延伸的凹槽，优选地，若干凹槽呈环形阵列均布设在第二指示轮5的外周壁，形成外齿轮状。第二指示帽7的内周壁开设有若干凸棱，凸棱为轴向延伸且与第二指示轮5的外周壁凹槽相匹配，形成内齿轮状。第二指示帽7与第二指示轮5插接啮合，使两者在径向方向上不可以相对转动，而在轴向方向上第二指示轮5可相对第二指示帽7上下移动。
37.本实施例的双精度预紧力控制螺栓100的工作原理如下：
38.参阅图2，图2示意了将双精度预紧力控制螺栓100应用在法兰密封这一具体应用情况，该应用案例中，双精度预紧力控制螺栓100 插入密封件的法兰上部分301和法兰下部分302的法兰孔内，螺栓主体的螺栓头部位于法兰上部分301上，螺栓主体的螺杆部与螺母200 连接。垫片400安装在法兰上部分301与法兰下部分302之间。垫片需要由螺栓提供足够的预紧力，才能被压缩到一定厚度，从而堵塞泄漏通道起到密封作用。
39.根据胡克定律：拉伸长度与预紧力成线性关系。因此在进行双精度预紧力控制螺栓100设计时，首先根据胡克定律计算出螺栓要达到要求的预紧力f1和f2(f2＞f1)以及螺栓需要拉伸的长度。根据螺栓拉伸所需的长度按比例计算出第一指示轮与螺栓主体的顶端面之间需要设置的间隙距离s1，以及第二指示轮的底端面与第一指示轮的顶端面之间需要设置的间隙距离s2。第一指示帽转动带动第一指示轮转动，调整间隙距离s1，s1为双精度预紧力控制螺栓安装后达到要求预紧力f1时螺栓盲孔拉伸所增加的尺寸。第二指示帽转动带动第二指示轮转动，调整间隙距离s2，s1+s2为双精度预紧力控制螺栓安装后达到要求预紧力f2时螺栓盲孔拉伸所增加的尺寸。
40.本实施例的双精度预紧力控制螺栓100的工作过程如下：
41.1)螺栓未进行紧固前：
42.参阅图3和图4，图3(a)和图4示意了双精度预紧力控制螺栓100 未进行紧固前的状态。此时，螺栓盲孔11的无螺纹段与螺纹段之间的交界线到螺栓头部的下端面之间的距离为l；第一指示轮4的底端面与螺栓主体1的顶端面之间的间隙距离s1；第二指示轮5的底端面、第二指示帽7的底端面、第一指示帽6的凸缘61的上表面三者齐平，第二指示轮5的底端面与第一指示轮4的顶端面之间的间隙距离为s2。
43.2)螺栓紧固至预紧力为f1时：
44.图3(b)和图5示意了双精度预紧力控制螺栓100紧固至预紧力为 f1时的状态。进行螺栓紧固时，通过旋转螺母200来实现拉伸螺栓主体1，随着螺母200的旋转紧固，螺栓主体1被拉伸变长。开始时第一芯轴2和第二芯轴3芯轴头部均为自由状态，然后第一芯轴2随螺栓主体的拉伸而向下移动，第二芯轴3随第一芯轴2的移动而移动。当l伸长至l1，即l1＝l
+s1，间隙s1完全消失，第一指示轮4和螺栓主体的顶部端面紧固贴合，此时第一指示轮4不能旋转，因此与之连接的第一指示帽6也无法旋转。该状态下，间隙s2保持不变，第二指示帽7处于可以自由旋转状态。
45.3)螺栓紧固至预紧力为f2时：
46.图3(c)和图6示意了双精度预紧力控制螺栓100紧固至预紧力为 f2时的状态。进行螺栓继续紧固，通过随着螺母200的旋转，螺栓主体1被继续拉伸变长。第一芯轴2的芯轴头部被卡死，第一芯轴2 随着螺栓主体的拉伸而拉伸，第一芯轴2固定于3固定于第一芯轴2 上，第一芯轴2随着第一芯轴2的拉伸而移动。当l伸长至l2，即 l2＝l+s1+s2，间隙s2完全消失，第二指示轮5的底端面与第一指示轮4的顶端面贴合，此时第二指示轮5不能旋转，因而与之连接的第二指示帽7也无法旋转。
47.本实施例的作用与效果：本实施例的双精度预紧力控制螺栓100 安装时，可以根据应用设备的预紧力需求，紧固螺栓至第一指示轮4 无法旋转，第二指示轮5仍可旋转(也即第一指示帽6无法旋转，第二指示帽7仍可旋转)，此时达到设置的预紧力f1；也可以紧固螺栓至第一指示轮4和第二指示轮5都无法旋转(也即第一指示帽6和第二指示帽7都无法旋转)，此时达到设置的预紧力f2。
48.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对实施例进行变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：

1.一种双精度预紧力控制螺栓，其特征在于，包括：螺栓主体，第一芯轴，第二芯轴，第一指示轮以及第二指示轮，其中，所述螺栓主体的顶端面的中心向下开设有螺栓盲孔；所述第一指示轮位于所述螺栓主体的顶端面的上方，所述第一指示轮的中心开设有第一通孔；所述第一芯轴插入所述第一通孔，且所述第一芯轴的下端部插接在所述螺栓盲孔中，所述第一芯轴的顶端面的中心向下开设有芯轴盲孔；所述第二指示轮位于所述第一指示轮的上方，所述第二指示轮的中心开设有第二通孔；所述第二芯轴插入所述第二通孔，且所述第二芯轴的下端部插接在所述芯轴盲孔中；所述第一指示轮的下端面与所述螺栓主体的顶端面之间的间隙距离s1为所述双精度预紧力控制螺栓安装后达到要求预紧力f1时所述螺栓盲孔拉伸所增加的尺寸；所述第二指示轮的下端面与所述第一指示轮的上端面之间的间隙距离为s2，s1+s2为所述双精度预紧力控制螺栓安装后达到要求预紧力f2时所述螺栓盲孔拉伸所增加的尺寸。2.根据权利要求1所述的双精度预紧力控制螺栓，其特征在于：其中，所述螺栓盲孔的末端设有内螺纹，所述第一芯轴的末端设有外螺纹，所述第一芯轴的末端与所述螺栓盲孔螺纹连接。3.根据权利要求1所述的双精度预紧力控制螺栓，其特征在于：其中，所述芯轴盲孔的末端设有内螺纹，所述第二芯轴的末端设有外螺纹，所述第二芯轴的末端与所述芯轴盲孔螺纹连接。4.根据权利要求1-3中任意一项所述的双精度预紧力控制螺栓，其特征在于：其中，所述螺栓盲孔、所述芯轴盲孔中分别填充有润滑脂。5.根据权利要求1所述的双精度预紧力控制螺栓，其特征在于：其中，所述第一芯轴包括第一芯轴头部以及第一芯轴杆部；所述芯轴盲孔从第一芯轴头部延伸至第一芯轴杆部；所述第一芯轴头部的径向截面为圆形，所述第一芯轴头部的直径大于所述第一芯轴杆部的直径；所述第一通孔的孔径小于所述第一芯轴头部的直径，且大于所述第一芯轴杆部的直径。6.根据权利要求1或5所述的双精度预紧力控制螺栓，其特征在于：其中，所述第一指示轮的外周套设有第一指示帽；所述第一指示轮的外周壁开设有若干凹槽；所述第一指示帽的内周壁开设有若干凸棱，所述第一指示帽的凸棱与所述第一指示轮的凹槽插接啮合。7.根据权利要求1所述的双精度预紧力控制螺栓，其特征在于：其中，所述第二芯轴包括第二芯轴头部以及第二芯轴杆部；所述第二芯轴头部的径向截面为圆形，所述第二芯轴头部的直径大于所述第二芯轴杆部的直径；所述第二通孔从上至下分为孔径不同的孔上段、孔中段、孔下段，所述第二芯轴头部位
于所述孔上段内，所述第二芯轴杆部穿过所述孔中段，所述第一芯轴头部位于所述孔下段内。8.根据权利要求1或7所述的双精度预紧力控制螺栓，其特征在于：其中，所述第二指示轮的外周套设有第二指示帽；所述第二指示轮的外周壁开设有若干凹槽；所述第二指示帽的内周壁开设有若干凸棱，所述第二指示帽的凸棱与所述第二指示轮的凹槽插接啮合。9.根据权利要求1所述的双精度预紧力控制螺栓，其特征在于：其中，所述螺栓主体包括螺栓头部和螺栓杆部；所述螺栓盲孔从螺栓头部延伸至螺栓杆部；所述螺栓头部的径向截面为圆形或正六边形；所述螺栓杆部的末端设有用于与螺母配合的外螺纹。

技术总结

本实用新型公开一种双精度预紧力控制螺栓，其特征在于：螺栓主体的顶端面的中心向下开设有螺栓盲孔；第一指示轮位于螺栓主体的顶端面的上方，第一指示轮的中心开设有第一通孔；第一芯轴插入第一通孔且插接在螺栓盲孔中，第一芯轴的顶端面的中心向下开设有芯轴盲孔；第二指示轮位于第一指示轮的上方，第二指示轮的中心开设有第二通孔；第二芯轴插入第二通孔且插接在芯轴盲孔中；第一指示轮的下端面与螺栓主体的顶端面之间的间隙距离S1为螺栓安装后达到要求预紧力F1时螺栓盲孔拉伸所增加的尺寸；第二指示轮的下端面与第一指示轮的上端面之间的间隙距离为S2，S1+S2为螺栓安装后达到要求预紧力F2时螺栓盲孔拉伸所增加的尺寸。尺寸。尺寸。