【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于紧固螺栓，尤其涉及一种超声定轴力紧固螺栓的系统和方法。
技术介绍
1、螺栓是工业领域横向应用产品，其轴力是螺栓唯一的设计和工作指标；超过80％的螺栓失效是由于初始紧固螺栓轴力，或预紧力不足导致，换言之就是，“螺栓不松不断，一松就断”。所以，螺栓的初次紧固能够准确地达到设计轴力，是螺栓装配的重点。
2、螺栓连接是应用最为广泛的结构连接形式，但是由于螺栓紧固工艺、螺栓个体扭矩系数或摩擦系数的差异等方面出现偏差，会导致实际螺栓轴力值与设计值之间出现较大偏差，进而降低了产品结构的可靠性和安全性。
3、在螺栓紧固时，通常使用扭矩工具，如：液压、电动扳手，对螺栓进行紧固。由于扭矩工具不能直接测量螺栓轴力，往往通过控制扭矩、角度来对待紧固的螺栓进行间接的轴力控制，在很多实际工况下，会导致较大、甚至超出设计裕度的轴力偏差。
4、通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
5、在螺栓紧固时，通常使用扭矩工具，如：液压、电动扳手，对螺栓进行紧固。由于扭矩工具不能直接测量螺栓轴力，往往通过控制扭矩、角度来对待紧固的螺栓进行间接的轴力控制，在很多实际工况下，会导致较大、甚至超出设计裕度的轴力偏差。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种超声定轴力紧固螺栓的系统和方法。
2、本专利技术是这样实现的，一种超声定轴力紧固螺栓的系统，包括：
3、超声探头及微型超声测量单元、手持终端、云端数据库、施拧工具及
4、螺栓在紧固的时，施拧工具在螺母端紧固螺母，微型超声测量单元及探头，在另外一端实时测量螺栓伸长量，通过存储在超声探头及微型超声测量单元内的声时差与螺栓轴力之间关系的曲线，同步计算螺栓轴力，并将轴力值通过无线方式传输给手持终端为智能手机；在用户确认的情况下，手持终端，将螺栓轴力测量值通过4g网络存储在云端数据库上。
5、本专利技术提供的一种超声定轴力紧固螺栓方法如下：
6、步骤一，在螺栓连接中，大量螺栓连接是穿孔型，即：在空间上螺栓的两端均测量可达；
7、步骤二，超声定轴力紧固测量系统，与紧固工具的螺栓施拧端不在同一端，可以实时测量螺栓轴力，其基本原理为通过测量螺栓的伸长量来精确获取螺栓轴力；
8、步骤三，螺栓在自由状态下，螺栓内部不存在预紧力，而螺栓在紧固状态下，由于预紧力的作用，螺栓将发生形变，因此此时螺栓的变形量为δl，超声定轴力紧固测量系统依据δl与预紧力f之间的数学关系，计算得到预紧力f。
9、进一步，所述计算得到预紧力f：
10、该数学关系如下：
11、
12、其中，f为螺栓的预紧力；e为螺栓材质的弹性模量；s为螺栓截面积；δl为螺栓的变形量；l为螺栓副的装夹长度；
13、依据公式(1)，超声定轴力紧固测量系统依据δl计算得到当前螺栓的预紧力f；超声定轴力紧固测量系统在螺栓端面发射和接收超声波脉冲电信号、测量并计算发射和回波电信号之间时间差；螺栓在自由状态下，发射和接收电信号之间的时间差为t0，螺栓在紧固状态下，螺栓发射和接收电信号之间的时间差为t1，由此依据电信号收发时间差与螺栓的变形量的关系，得到螺栓的变形量式中v为机械纵波在螺栓内的传播速度，最终由智能套筒系统依据δl并结合公式(1)可得到当前状态下的螺栓轴力；
14、由公式(1)可见，螺栓预紧力和螺栓伸长量为线性关系，在螺栓的弹性区间内，此关系由胡克定律决定。
15、结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
16、第一、使用超声定轴力紧固测量系统可以精确控制螺栓轴力(±3％)，会最大限度地接近螺栓连接的设计轴力，对于产品结构和产业链有如下好处：
17、满足了螺栓连接的设计轴力，提高产品结构的可靠性、安全性；
18、精确地接近设计轴力，通过压缩螺栓轴力的设计裕度，可以降低结构重量和成本；
19、螺栓紧固时实时测量螺栓轴力，摆脱了对扭矩系数或摩擦系数的影响，可以降低螺栓本身、螺栓紧固工具、紧固工艺，如：施加润滑等方面的成本。
20、满足了螺栓设计轴力，可以使得螺栓连接的全生命周期免维护有了，降低了产品结构的维护成本。
21、本专利技术提供的超声定轴力紧固螺栓的系统可以在螺栓紧固时，实时测量螺栓轴力，在螺栓额定轴力到达后向螺栓拧紧工具提供信号以停止紧固，从而保证了紧固螺栓时达到设计螺栓轴力。
22、第二，使用超声定轴力紧固测量系统可以精确控制螺栓轴力(±3％)，会最大限度地接近螺栓连接的设计轴力，对于产品结构和产业链有如下好处：
23、满足了螺栓连接的设计轴力，提高产品结构的可靠性、安全性；
24、精确地接近设计轴力，通过压缩螺栓轴力的设计裕度，可以降低结构重量和成本；
25、螺栓紧固时实时测量螺栓轴力，摆脱了对扭矩系数或摩擦系数的影响，可以降低螺栓本身、螺栓紧固工具、紧固工艺，如：施加润滑等方面的成本。
26、满足了螺栓设计轴力，可以使得螺栓连接的全生命周期免维护有了，降低了产品结构的维护成本。
27、本专利技术提供的超声定轴力紧固螺栓的系统可以在螺栓紧固时，实时测量螺栓轴力，在螺栓额定轴力到达后向螺栓拧紧工具提供信号以停止紧固，从而保证了紧固螺栓时达到设计螺栓轴力。
28、第三，本专利技术的技术方案转化后的预期收益和商业价值为：
29、提高螺栓连接的设计轴力满足度：使用超声定轴力紧固测量系统可以精确控制螺栓轴力至±3％的范围内，从而最大限度地接近螺栓连接的设计轴力。这样的精确度对于提高产品结构的可靠性和安全性非常关键。
30、降低结构重量和成本：由于能够更精确地接近设计轴力，这项技术使得可以通过压缩螺栓轴力的设计裕度来降低结构重量和成本。
31、降低成本和提高效率：该系统实时测量螺栓轴力，从而减少了对螺栓个体扭矩系数或摩擦系数的依赖，这不仅可以降低螺栓本身、螺栓紧固工具和紧固工艺(如润滑)的成本，还能提高整体的工作效率。
32、减少维护成本：由于螺栓设计轴力的满足度高，螺栓连接的全生命周期几乎可以做到免维护，从而显著降低了产品结构的维护成本。
33、提供实时测量和反馈：本专利技术提供的系统在螺栓紧固时能实时测量螺栓轴力，并在螺栓额定轴力到达后向螺栓拧紧工具提供信号以停止紧固，确保了紧固螺栓时达到设计螺栓轴力。
34、该专利技术的技术方案在提高产品结构的可靠性、安全性，降低成本，提高效率以及减少维护成本等方面具有显著的商业价值和应用前景。
35、第四，本专利技术的技术方案填补了国内外业内技术空白：
36、本专利技术提出了一种超声定轴力紧固螺栓的系统和方法，这个系统在螺栓紧固的过程中起到了创新性的作用。在螺栓紧固时，施拧工具用于在螺母端紧固螺母。与此同时，系统的关键本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种超声定轴力紧固螺栓的系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的超声定轴力紧固螺栓的系统，其特征在于，所述系统进一步包括一手持终端，用于接收超声测量单元无线传输的螺栓轴力数据；
3.如权利要求1所述的超声定轴力紧固螺栓的系统，其特征在于，所述系统还包括一云端数据库，与手持终端通过4G网络连接；
4.如权利要求1所述的超声定轴力紧固螺栓的系统，其特征在于，所述系统还包括一施拧工具，用于在螺母端紧固螺母，施拧工具包括一个通讯模块，与手持终端同步或记录紧固过程中的数据；
5.一种如权利要求1所述超声定轴力紧固螺栓的系统的超声定轴力紧固螺栓方法，其特征在于，所述超声定轴力紧固螺栓方法如下：
6.如权利要求5所述的超声定轴力紧固螺栓方法，其特征在于，所述预紧力F的计算基于公式F＝(E*S*ΔL)/L，其中E为螺栓材料的弹性模量，S为螺栓的横截面积，ΔL为螺栓的形变量，L为螺栓副的装夹长度。
7.如权利要求6所述的超声定轴力紧固螺栓方法，其特征在于，所述超声定轴力紧固测量系统通过发射和接收超声波脉冲电信号，测
8.如权利要求5所述的超声定轴力紧固螺栓方法，其特征在于，所述智能套筒系统根据螺栓的形变量ΔL和通过公式F＝(E*S*ΔL)/L计算得到的预紧力F，以调整螺栓紧固过程，确保螺栓的预紧力达到精确的设计要求。
9.如权利要求5所述超声定轴力紧固螺栓的系统和方法，其特征在于，所述计算得到预紧力F：
...【技术特征摘要】
1.一种超声定轴力紧固螺栓的系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的超声定轴力紧固螺栓的系统，其特征在于，所述系统进一步包括一手持终端，用于接收超声测量单元无线传输的螺栓轴力数据；
3.如权利要求1所述的超声定轴力紧固螺栓的系统，其特征在于，所述系统还包括一云端数据库，与手持终端通过4g网络连接；
4.如权利要求1所述的超声定轴力紧固螺栓的系统，其特征在于，所述系统还包括一施拧工具，用于在螺母端紧固螺母，施拧工具包括一个通讯模块，与手持终端同步或记录紧固过程中的数据；
5.一种如权利要求1所述超声定轴力紧固螺栓的系统的超声定轴力紧固螺栓方法，其特征在于，所述超声定轴力紧固螺栓方法如下：
6.如权利要求5所述的超声定轴力紧...
【专利技术属性】
技术研发人员：李崇仕，李贤明，肖启志，首建威，罗立军，刘小云，谭文胜，刘强，王小君，马鑫，杨丹丹，王卫玉，莫凡，袁世铎，刘亚明，龚利恒，姚佳轩，余宏宇，张金华，王友，罗阳东，魏加达，王思嘉，赵瑞洋，
申请(专利权)人：五凌电力有限公司，
类型：发明
国别省市：
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