專利名稱：一種螺栓的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種螺紋緊固件，更具體地說，涉及一種螺栓。
技術(shù)背景螺紋聯(lián)接是利用螺紋零件使被聯(lián)接件構(gòu)成一體的可拆聯(lián)接，多為標(biāo)準(zhǔn) 件，螺紋聯(lián)接具有廣泛的應(yīng)用，常用的螺紋緊固件有螺栓、雙頭螺柱、螺釘 等，其中螺栓聯(lián)接應(yīng)用最廣。使用螺栓聯(lián)接時，不需要在被聯(lián)接件上進(jìn)行螺 紋加工，所以沒有被聯(lián)接件材料的限制，構(gòu)造簡單，裝拆方便。根據(jù)受力不同，螺栓聯(lián)接分為受拉螺栓聯(lián)接和受剪螺栓聯(lián)接，螺栓聯(lián)接 的受力狀態(tài)不同，其失效形式也不同。對受拉螺栓聯(lián)接而言，靜載荷螺栓的 損壞多為螺紋部分的塑性變形和斷裂，變載荷螺栓的損壞多為栓桿的疲勞斷 裂；對受剪螺栓聯(lián)接而言，其失效形式為螺栓被剪斷或孔壁被壓潰等。在螺栓聯(lián)接的實(shí)際應(yīng)用中，作為緊固件的螺栓受到剪切、拉伸、彎曲等 不同方式的應(yīng)力作用，幾種應(yīng)力都施加在螺栓上，長時間在各種載荷的作用 下，尤其是超負(fù)載的情況下，螺栓很容易產(chǎn)生斷裂。如果在安裝螺栓的時候， 安裝扭矩太小，使得預(yù)緊力過小，從而容易產(chǎn)生松動，但是如果扭矩過大甚 至超過規(guī)定值，就會使預(yù)緊力過大，而螺紋在超負(fù)載的條件下工作，也容易 造成斷裂。當(dāng)然，螺栓斷裂的原因還包括腐蝕、材料和熱處理等其他因素。制造螺栓的材料，如低碳鋼的拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線一般包括四個階段，即 彈性變形階段、屈服階段、強(qiáng)化階段和頸縮階段。在拉伸試驗(yàn)中，最開始為 彈性變形階段，此時試件的形變遵循虎克定律。當(dāng)試件內(nèi)應(yīng)力達(dá)到屈服極限 《時，進(jìn)入屈服階段，此時材料暫時喪失了抵抗變形的能力，即便是將拉力 去除，試件也不會恢復(fù)到原來的形狀，從而會有較大的塑性變形，因此一般
不允許零件的工作應(yīng)力高于其屈服極限《。隨著試件內(nèi)應(yīng)力的加大，試件內(nèi) 應(yīng)力進(jìn)入強(qiáng)化階段，在強(qiáng)化階段試件又恢復(fù)了抵抗形變的能力。當(dāng)拉力繼續(xù) 增大，材料內(nèi)應(yīng)力達(dá)到強(qiáng)度極限《時，進(jìn)入頸縮階段，此時試件發(fā)生頸縮并 隨時可能斷裂。在一些工作場合中，比如起重設(shè)備，如果螺栓發(fā)生突然斷裂，往往引發(fā) 重大的事故。然而，目前還沒有有效的技術(shù)方法和設(shè)備來檢測螺栓是否過載， 以及螺栓是否將要斷裂。因此，在實(shí)際的工程應(yīng)用中，需要一種能方便判斷 是否處于正常工作狀態(tài)的螺栓。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有螺栓的不能方便判斷工作狀態(tài)的缺點(diǎn)，而提供 一種能夠方便地判斷工作狀態(tài)的螺栓。本發(fā)明提供的螺栓包括螺帽部分和具有螺紋的螺桿部分，其中，螺帽部 分的端面具有沿螺栓的軸向方向延伸的孔，孔內(nèi)有軸，透明體由粘合劑密封 連接在孔的端口處，軸的固定端固定到孔的底部，軸的自由端的端部與透明 體之間相接觸的表面貼合，軸的外表面、孔的內(nèi)壁表面和透明體位于孔內(nèi)的 表面之間限定空腔，空腔內(nèi)填充有染色劑。按照本發(fā)明提供的螺栓，當(dāng)螺栓受到拉應(yīng)力作用時，螺桿部分產(chǎn)生彈性 變形，但在中心孔內(nèi)的軸并不受力，因此軸不會產(chǎn)生任何的彈性變形，這使 得軸的前端和與其配合的透明體之間會產(chǎn)生相對的位移，即軸會向遠(yuǎn)離透明 體的方向移動，這樣染色劑會向透明體觀察范圍的中心侵浸，從而提供了螺 栓受到拉應(yīng)力作用的信息，尤其是當(dāng)螺栓進(jìn)入屈服階段時，透明體觀察范圍 的中心也為染色劑的顏色，從而此時透明體提供了螺栓處于屈服階段的信 息，即螺栓聯(lián)接己經(jīng)失效，應(yīng)予以更換。


下面結(jié)合附圖，更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，以更好地理解本發(fā)明的目的和特征。圖1為根據(jù)本發(fā)明螺栓的截面圖。圖2為表示圖1中根據(jù)本發(fā)明螺栓的透明體和軸配合關(guān)系的局部放大圖。
具體實(shí)施方式
如圖1和圖2所示，本發(fā)明提供的螺栓10包括螺帽部分100和具有螺 紋的螺桿部分101，其中，螺帽部分100的端面103具有沿螺栓10的軸向方 向延伸的孔1，孔1內(nèi)有軸2，透明體3由粘合劑9密封連接在孔1的端口 處，軸2的固定端22固定到孔1的底部，軸2的自由端21與透明體3之間 相接觸的表面彼此配合，軸2的外表面、孔l的內(nèi)壁表面和透明體3位于孔 1內(nèi)的表面之間限定空腔5，空腔5內(nèi)填充有染色劑4。螺帽部分100的作用 為緊固螺栓和定位，螺桿部分101的作用是承受拉應(yīng)力、剪切應(yīng)力等應(yīng)力作 用，螺桿部分101的螺紋用于和對應(yīng)的螺母以及墊圈等元件配合。螺紋可以 分布在螺桿部分101的部分長度或整個長度上。根據(jù)本發(fā)明的螺栓的材料可以是現(xiàn)有螺栓的材料，如低碳鋼、合金鋼。 由圖l可以看出，在螺帽部分100的端面103上加工有孔l，沿螺栓10的軸 線延伸?？譴可以為多種形狀，如方形、圓形，優(yōu)選為圓孔。所述孔1可以在螺帽部分100端面上沿螺栓軸向能延伸至螺桿部分101 且不降低螺栓IO機(jī)械強(qiáng)度的任何位置。優(yōu)選情況下，所述孔1的孔口位于 螺帽部分100端面103的中心位置，孔1與螺栓10共軸，即孔1為中心孔。 孔1為中心孔時，在螺栓10受拉應(yīng)力作用時，處于中心位置的軸2不會受 到作用于螺栓IO上的彎曲應(yīng)力的干擾。
在螺栓受到拉應(yīng)力作用時，承受拉應(yīng)力的部分主要為螺桿部分101，所 以螺栓的形變也主要產(chǎn)生于螺桿部分101。在本發(fā)明中，孔l應(yīng)延伸到螺桿 部分101，所述孔1的孔底位于螺桿部分101長度中間位置兩側(cè)距離該中間 位置為螺桿部分101長度1/4的范圍內(nèi)。優(yōu)選地，孔1的孔底處于螺桿部分的中部。由于螺栓為標(biāo)準(zhǔn)件，因此考慮到螺栓的型號和工況來確定孔1的直徑， 孔1最小必須適于進(jìn)行普通的孔加工，最大不能影響螺桿部分101的機(jī)械強(qiáng) 度?？?的直徑比軸2的直徑稍大，以容納軸2。軸2的固定端22固定到孔1的底部，從而牢固地連接到螺栓10上，并 使軸2與螺栓10結(jié)合為一體。優(yōu)選地，使用粘合劑將軸2粘合到中心孔1 的孔底，所述粘合劑可以是任何粘合劑，如環(huán)氧樹脂。如圖2所示，軸2的自由端21的端面和透明體3在孔1內(nèi)的表面配合， 一般情況下，二者相配合的表面可以為各種能夠使其彼此貼合的形狀，比如 平面、球面，考慮到有利于區(qū)別染色劑4進(jìn)入配合表面之間的空隙的情況， 便于觀察者觀察，優(yōu)選選用球面配合。該兩個配合表面中的一個為內(nèi)凹球面 7，另一個為外凸球面8，內(nèi)凸球面7和外凹球面8相互貼合。例如，軸2 的自由端21的端面為內(nèi)凹球面7，同時透明體3在孔1內(nèi)的表面為外凸球面 8。更優(yōu)選地，內(nèi)凹球面7的曲率半徑稍大于外凸球面8的曲率半徑。這樣 避免二者貼合之后由于對光發(fā)生干涉作用產(chǎn)生摩爾紋。按照本發(fā)明，當(dāng)螺栓IO受拉應(yīng)力作用時，螺桿部分會產(chǎn)生形變，從而 在軸向有微小的位移，而軸2不受力，本身沒有任何形變，因此，軸2會隨 螺栓10在軸向移動。透過透明體3可以觀察到染色劑4在空腔5內(nèi)的填充 狀況，確定當(dāng)前螺栓的受力信息。軸2自由端21端面上的內(nèi)凹球面7和透明體3在孔1內(nèi)的表面上的外
凸球面8相互貼合同時沒有預(yù)緊力的存在。這樣，能夠保證達(dá)到屈服階段時， 軸2和透明體3之間的空隙(即內(nèi)凹球面7和外凸球面8之間的空隙)中有 足夠的染色劑4滲入，顯示螺栓當(dāng)前的受力情況。內(nèi)凹球面7和外凸球面8 之間的貼合關(guān)系通過軸2和透明體3之間的裝配關(guān)系和公差配合來實(shí)現(xiàn)。實(shí) 現(xiàn)內(nèi)凹球面7和外凸球面8之間的貼合關(guān)系為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知， 不再進(jìn)行詳細(xì)描述。優(yōu)選情況下，軸2分為兩段，包括自由端21的一段的直徑大于包括固 定端22的一段的直徑，包括自由端21的一段的半徑與包括固定端22的一 段的半徑之間的比值為1.2-3，優(yōu)選為2，相應(yīng)地，孔l優(yōu)選為階梯孔，以 容納不同直徑的軸2的兩段。這樣，自由端21具有更大的端面，具有較大 的觀察范圍。包括自由端21的一段和包括固定端22的一段的長度比值是任 意的，為節(jié)省材料，優(yōu)選地包括自由端21的一段和包括固定端22的一段的 長度比值為1/12-1/3，優(yōu)選為1/6。軸2不同直徑的兩段之間的過渡可以是圓 錐體，也可以是直接分為直徑不同的兩段，優(yōu)選為直接分為直徑不同的兩段， 以便于加工。軸2的材料可以是任意的固體材料，優(yōu)選情況下，軸2的材料具有和螺 栓IO相同或相近熱膨脹系數(shù)的材料，更為優(yōu)選情況下，軸2的材料與螺栓 10的材料相同，從而消除由于熱膨脹系數(shù)的不同而產(chǎn)生的些微誤差。透明體3可以是任意透明的材料，如玻璃或有機(jī)玻璃。通過透明體3可 以觀察到螺栓內(nèi)染色劑的填充情況，進(jìn)而判斷螺栓所處的狀態(tài)。透明體3可以是各種形狀，優(yōu)選對應(yīng)于孔l形狀，更優(yōu)選地為對應(yīng)圓孔 的圓盤形。透明體3在孔1的端口處的密封連接可以采用各種密封連接，如用粘合 劑密封、密封圈密封。根據(jù)本發(fā)明一個實(shí)施方式，如圖2所示，在孔l的端 口和透明體3之間包括粘合劑，粘合劑將透明體3固定，同時起到密封作用。
在軸2的外表面、中心孔1的內(nèi)壁表面以及透明體3在孔1內(nèi)的表面之 間限定了空腔5，空腔5內(nèi)填充有染色劑4。為了便于通過透明體3觀察染 色劑4的填充情況，優(yōu)選情況下，軸2自由端21的端面和染色劑4具有不 同的顏色，優(yōu)選地，軸2自由端21的端面和染色劑4具有鮮明對比的顏色。 例如，將自由端21的端面為白色，同時染色劑4的顏色為紅色。這樣的顏 色差別可以通過選擇軸2的材料和染色劑達(dá)到，也可以通過在軸2自由端21 的端面染色達(dá)到。所述染色劑4可以是各種染色劑溶液，如溶劑可以是煤油、水、乙醇、 有機(jī)溶劑等，溶質(zhì)可以是各種對應(yīng)于不同溶劑的礦物染料或天然染料，關(guān)于 染色劑溶劑和溶質(zhì)為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。為避免由 于染色劑4的表面張力以及運(yùn)動粘度而影響本發(fā)明的實(shí)施效果，優(yōu)選情況下， 染色劑在2(TC時運(yùn)動粘度的范圍為100X l(T6平方米/秒至300X 10'6平方米/ 秒，染色劑4優(yōu)選為加有染料的氟油溶液，氟油有高度的化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn) 定性，耐溫達(dá)250。C 36(TC，還具有低溫流動性、較好的潤滑性、不燃性等 特點(diǎn)，2(TC時運(yùn)動黏度為200X10"平方米/秒、25r時密度為1.92X103千 克/立方米，因此選擇氟油非常理想。下面對本發(fā)明的預(yù)警螺栓的使用情況做詳細(xì)說明。在初始狀態(tài)，即在螺栓IO不受拉應(yīng)力作用的狀態(tài)下，外凸球面8與內(nèi) 凹球面7緊密貼合。此時，使用者透過透明透明體3觀察到的狀況是染色 劑的顏色僅填充于透明體3觀察范圍的外周環(huán)帶區(qū)域，而中心區(qū)域?yàn)樽杂啥?21所涂成的顏色。換句話說，此時在外面觀察，使用者看到的是中心部分 為自由端21的顏色，而外圍圓周部分是染色劑的顏色。當(dāng)螺栓10開始承受拉應(yīng)力作用時，螺桿部分101受到拉力而產(chǎn)生彈性 形變，但軸2并不受力，因而不會產(chǎn)生任何的彈性形變。隨著拉力的增大， 螺桿部分101的彈性形變也越來越大。由于軸2的固定端22在孔1的底部
通過粘合劑與螺栓10粘合在一起，而結(jié)合為一體，因而軸2會隨著螺桿部 分101的彈性形變而有相應(yīng)的軸向移動，即軸2會有相對于透明體3的遠(yuǎn)離 的微小位移。該位移的大小程度和螺栓10的彈性形變程度是對應(yīng)的，也就 是說，螺栓10的彈性形變越大，該位移也越大，外凸球面8和內(nèi)凹球面7 的貼合程度越來越差，二者之間的空隙也越來越大。這樣，造成位于觀察范 圍內(nèi)自由端21的顏色范圍慢慢變小，而染色劑4的顏色慢慢變大，如同外 周的染色劑顏色正在慢慢侵吞中心的自由端21的顏色。在本發(fā)明的螺栓上作用的拉應(yīng)力沒有超過螺栓材料的屈服極限時，螺栓 IO處于彈性形變階段，螺栓10的形變遵循虎克定律，因此，如果將拉力去 除，那么螺栓10會恢復(fù)到原來初始狀態(tài)下的形狀，也就是說，外凸球面8 和內(nèi)凹球面7之間的貼合程度恢復(fù)到初始狀態(tài)下的程度，二者之間的間隙也 得以恢復(fù)到初始狀態(tài)下的狀況。在根據(jù)本發(fā)明的預(yù)警螺栓中，如果拉力繼續(xù) 增大，增大到拉應(yīng)力等于螺栓材料的屈服強(qiáng)度時，即便是將拉力去除，螺栓 IO也不會恢復(fù)到原來的形狀。換句話說，如果受到拉力作用的螺栓10內(nèi)的 拉應(yīng)力達(dá)到制成螺栓10材料的屈服極限，那么外凸球面8和內(nèi)凹球面7之 間的貼合程度不會恢復(fù)到初始狀況下的程度。此時，從外部觀察到的狀況是: 在透明體3的觀察范圍內(nèi)全部是染色劑4的顏色，而沒有與之對比的軸2自 由端21的顏色。這就是根據(jù)本發(fā)明的預(yù)警螺栓做出的報(bào)警信息，說明螺栓 10已經(jīng)達(dá)到屈服極限，該螺栓聯(lián)接已經(jīng)失效，如果繼續(xù)承受載荷很可能隨時 發(fā)生斷裂。根據(jù)本發(fā)明的安全預(yù)警螺栓還需要與其配合的螺母、墊圈等其他必要零 件，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用中，只有螺栓是不能實(shí)現(xiàn)其緊固作用的。由于這些必要 零件及其與螺栓的配合關(guān)系為本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所熟知，在此不再贅 述。
權(quán)利要求
1.一種螺栓，所述螺栓包括螺帽部分(100)和具有螺紋的螺桿部分(101)，其特征在于，螺帽部分(100)的端面(103)上有沿螺栓(10)的軸向方向延伸的孔(1)，孔(1)內(nèi)有軸(2)，透明體(3)密封連接在孔(1)的端口處，軸(2)的固定端(22)固定到孔(1)的底部，軸(2)的自由端(21)的端部與透明體(3)相接觸，軸(2)的外表面、孔(1)的內(nèi)壁表面和透明體(3)位于孔(1)內(nèi)的表面之間限定空腔(5)，空腔(5)內(nèi)填充有染色劑(4)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓，其中，所述孔(1)為圓孔，且沿所述 螺栓(10)的軸向方向在螺桿部分(101)內(nèi)延伸。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的螺栓，其中，所述孔(1)的孔底的位置與螺 桿部分(101)長度中間位置的距離的范圍為零至螺桿部分(101)長度的 1/4。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓，其中，所述孔(1)的端口位于螺帽部 分(100)的端面(103)的中心。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓，其中，所述軸(2)的固定端(22)位 于孔(1)底部并通過粘合劑固定到孔(1)的底部。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓，其中，所述軸(2)分為具有不同直徑 的兩段，包括自由端(21) —段的直徑大于包括固定端(22) —段的直徑。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的螺栓，其中，包括自由端(21)的一段與包 括固定端(22)的一段的長度比的范圍為1/12-1/3，包括自由端(21)的 一段的半徑與包括固定端(22)的一段的半徑之間的比值范圍為1.2-3。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓，其中，軸(2)與透明體(3)接觸的 自由端(21)的端面以及透明體(3)的在孔(1)內(nèi)的表面中的一個為內(nèi)凹 球面(7)，另一個為外凸球面(8)，內(nèi)凹球面(7)與外凸球面(8)相互貼合。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的螺栓，其中，內(nèi)凹球面(7)的曲率半徑大于 外凸球面(8)的曲率半徑。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓，其中，透明體(3)通過粘合劑周定并密封。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓，其中，染色劑(4)為加有染料的溶 劑制成，該溶劑2(TC時運(yùn)動粘度的范圍為100X10'6平方米/秒至300X10—6 平方米/秒。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓，其中，軸(2)與透明體(3)接觸的 自由端(21)的端面具有與染色劑顏色不同的顏色。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的螺栓，其中，軸(2)的材料與螺栓(10) 的材料相同。
全文摘要
一種螺栓，所述螺栓包括螺帽部分和具有螺紋的螺桿部分，其中，螺帽部分的端面上有沿螺栓的軸向方向延伸的孔，孔內(nèi)有軸，透明體由粘合劑密封連接在孔的端口處，軸的固定端固定到孔的底部，軸的自由端的端部與透明體之間相接觸的表面貼合，軸的外表面、孔的內(nèi)壁表面和透明體位于孔內(nèi)的表面之間限定空腔，空腔內(nèi)填充有染色劑。根據(jù)本發(fā)明的螺栓能明確地發(fā)出信息，從而能方便地判斷該螺栓的工作狀況。
文檔編號F16B35/00GK101126408SQ20061011217
公開日2008年2月20日 申請日期2006年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月15日
發(fā)明者吳志飛, 樂 邱 申請人:比亞迪股份有限公司