一种防松预警垫片

本发明涉及机电一体化，具体而言，涉及一种防松预警垫片。

背景技术：

1、在车辆船舶等交通运输工具中，需要使用较多的螺纹紧固件，在安装过程中紧固可以通过液压扭矩扳手等工具来保障。但是，设备运行过程中产生的震动会造成紧固件松动，对设备运行安全造成威胁，同时，数量庞大的紧固件在日常维护上需要较大的成本。

2、以垫片式传感器直接检测螺母作用在垫片上力的变化，可以实现对紧固件松动的检测，也可使得相关装备常规运行中对紧固力的组网监测成为可能。

3、当前较为成熟垫片式传感器有电阻式，电感式和超声式，其中，采用电阻应变片的垫片传感器因在结构力学、方案成本、应用可靠性、可维护及耐久性等方面，都更具优势，成为垫片式传感器的主流选择。电阻应变片压力传感器的工作原理是：将应变片贴在受压变形的结构处，并将应变片与标准电阻并联组成平衡电桥，当贴有应变片的结构处受压变形，应变随之被拉伸或压缩，电桥失去平衡，电桥电路输出与压力成一定关系的电压。但电阻式传感器会随着时间和环境的变化，构成传感器的材料和器件性能会发生变化。因此不适用于长期监测。

4、综上所述，现有螺纹紧固件存在长期使用容易出现松动的情况，且难以及时发现的技术问题。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是现有螺纹紧固件存在长期使用容易出现松动的情况，且难以及时发现的技术问题。

2、为解决上述问题，本发明提供一种防松预警垫片，包括垫片主体以及设置于所述垫片主体的主摩擦力端面上的力敏预警组件，所述垫片主体的主摩擦力端面上设置有安装凹槽，所述力敏预警组件设置于所述安装凹槽内，所述力敏预警组件包括端面与所述主摩擦力端面平行的力敏单元，所述力敏单元的电极位置用于外接频率测定装置，用于通过测量力敏单元的频率变化判断垫片主体的主摩擦面受力情况变化，以判断垫片主体所配合的紧固件是否出现松动情况。

3、本发明所提供的这种防松预警垫片设置采用力敏预警设计取代较为成熟的电阻检测式设计，通过在垫片的主摩擦力端面上设置安装凹槽，在安装凹槽内植入力敏单元，其中力敏单元的原理是，力敏单元根据其不同的几何形状以及不同的电极设置，可以产生多种不同的振动形式，其中常用的振动形式有伸缩振动、弯曲振动和厚度剪切振动，不同振动形式除去频率最低的基频振动外，还有不同次数的谐波振动。本申请中将力敏单元的端面方向与垫片的主摩擦力设置于平行的两平面内，使得力敏单元在最佳振动模态来发出适合的频率，当其受到外载荷转化的剪切力作用时，即力敏单元受压力大小发生变化时，相应的产生模态震动，造成所发信号变化，该变化情况可通过外接频率测定装置获得准确的测量，该测定原理利用力敏单元本身的物质特性，不容易受到垫片结构或材质在长期使用中的变化影响，对垫片及其所在的螺纹安装组件的松动总是能够做到准确反馈，有效解决了现有螺纹紧固件存在长期使用容易出现松动的情况，且难以及时发现的技术问题。

4、作为优选的方案，所述力敏预警组件还包括设置于所述安装凹槽内的承载体，所述承载体的底部端面与所述安装凹槽的内侧壁支撑配合，所述承载体的中部设置有插槽，所述插槽侧壁与所述力敏单元的底面之间形成支撑，用于承载所述力敏单元。优化了力敏预警组件的内部结构设计，通过承载体结构保证实施的有效性，降低设计的组合难度。

5、作为优选的方案，所述力敏单元为长方体状压电材料晶片；所述力敏单元表面设置有有源体波电极，所述有源体波电极连接有导线结构，用于外接频率测定装置，所述导线结构通过胶连结构与所述有源体波电极粘接；所述力敏单元通过所述导线结构连接有提示信号发射单元，用于向外发出其频率应变信号。优化了力敏单元的信号输出结构设计，保证了信号输出的连贯准确。

6、作为优选的方案，所述安装凹槽呈底部具有台阶面凸起的方形槽状，所述承载体为与所述安装凹槽形状配合的方体状，所述承载体的插槽呈六边形通孔状，所述插槽中相对的两内侧壁设置有凸起台阶面结构，通过台阶面结构将所述力敏单元固定于承载体内的预设高度位置。优化了力敏单元与其承载体之间的相互配合结构，获得稳定的安装以及准确的反馈信号。

7、作为优选的方案，所述力敏单元几何中心与所述垫片主体几何中心之间的连线与所述力敏单元的长轴线，二者在垫片主体的主摩擦力端面上的投影之间的呈夹角的范围是60°-90°。根据力敏单元的工作原理优化了其结构设计，以获得更加明显的受压应变信号。

8、作为优选的方案，所述力敏单元为压电薄膜片，所述力敏单元表面贴合设置有声表面波电极，所述声表面波电极用于向外接频率测定装置发送频率信号。提供了另一种形式的力敏单元设置，主要针对无源声表面波的测量。

9、作为优选的方案，所述压电薄膜片呈长方体片状，所述安装凹槽呈与所述压电薄膜片形状配合的方形槽，所述安装凹槽内侧面设置有台阶面结构，所述台阶面结构与所述压电薄膜片相对两侧的底面支撑相抵。

10、作为优选的方案，所述安装凹槽设置有与所述垫片主体的外缘侧面连通的凹口结构，用于辅助所述压电薄膜片的安装。

11、作为优选的方案，所述安装凹槽将所述垫片主体的外缘侧面和内缘连通，所述安装凹槽的两侧端面设置有台阶面结构，所述台阶面结构与所述压电薄膜片相对两侧的底面支撑相抵。

技术特征：

1.一种防松预警垫片，其特征在于，包括垫片主体(1)以及设置于所述垫片主体(1)的主摩擦力端面上的力敏预警组件(2)，所述垫片主体(1)的主摩擦力端面上设置有安装凹槽(1-1)，所述力敏预警组件(2)设置于所述安装凹槽(1-1)内，所述力敏预警组件(2)包括端面与所述主摩擦力端面平行的力敏单元(2-1)，所述力敏单元(2-1)的电极位置用于外接频率测定装置，用于通过测量力敏单元的频率变化判断垫片主体(1)的主摩擦面受力情况变化，以判断垫片主体(1)所配合的紧固件是否出现松动情况。

2.根据权利要求1所述的防松预警垫片，其特征在于，所述力敏预警组件(2)还包括设置于所述安装凹槽(1-1)内的承载体(2-2)，所述承载体(2-2)的底部端面与所述安装凹槽(1-1)的内侧壁支撑配合，所述承载体(2-2)的中部设置有插槽，所述插槽(2-6)侧壁与所述力敏单元(2-1)的底面之间形成支撑，用于承载所述力敏单元(2-1)。

3.根据权利要求2所述的防松预警垫片，其特征在于，所述力敏单元(2-1)为长方体状压电材料晶片；所述力敏单元(2-1)表面设置有有源体波电极(2-4)，所述有源体波电极(2-4)连接有导线结构(2-3)，用于外接频率测定装置，所述导线结构(2-3)通过胶连结构与所述有源体波电极(2-4)粘接；所述力敏单元(2-1)通过所述导线结构(2-3)连接有提示信号发射单元，用于向外发出其频率应变信号。

4.根据权利要求3所述的防松预警垫片，其特征在于，所述安装凹槽(1-1)呈底部具有台阶面凸起的方形槽状，所述承载体(2-2)为与所述安装凹槽(1-1)形状配合的方体状，所述承载体(2-2)的插槽(2-6)呈六边形通孔状，所述插槽(2-6)中相对的两内侧壁设置有凸起台阶面结构，通过台阶面结构将所述力敏单元(2-1)固定于承载体(2-2)内的预设高度位置。

5.根据权利要求4所述的防松预警垫片，其特征在于，所述力敏单元(2-1)几何中心与所述垫片主体(1)几何中心之间的连线与所述力敏单元(2-1)的长轴线，二者在垫片主体(1)的主摩擦力端面上的投影之间的呈夹角的范围是60°-90°。

6.根据权利要求1所述的防松预警垫片，其特征在于，所述力敏单元(2-1)为压电薄膜片，所述力敏单元(2-1)表面贴合设置有声表面波电极(2-5)，所述声表面波电极(2-5)用于向外接频率测定装置发送频率信号。

7.根据权利要求6所述的防松预警垫片，其特征在于，所述压电薄膜片呈长方体片状，所述安装凹槽(1-1)呈与所述压电薄膜片形状配合的方形槽，所述安装凹槽(1-1)内侧面设置有台阶面结构，所述台阶面结构与所述压电薄膜片相对两侧的底面支撑相抵。

8.根据权利要求7所述的防松预警垫片，其特征在于，所述安装凹槽(1-1)设置有与所述垫片主体(1)的外缘侧面连通的凹口结构(1-2)，用于辅助所述压电薄膜片的安装。

9.根据权利要求8所述的防松预警垫片，其特征在于，所述安装凹槽(1-1)将所述垫片主体(1)的外缘侧面和内缘连通，所述安装凹槽(1-1)的两侧端面设置有台阶面结构，所述台阶面结构与所述压电薄膜片相对两侧的底面支撑相抵。

技术总结
本发明提供了一种防松预警垫片，包括垫片主体以及设置于垫片主体的主摩擦力端面上的力敏预警组件，垫片主体的主摩擦力端面上设置有安装凹槽，力敏预警组件设置于安装凹槽内，力敏预警组件包括端面与主摩擦力端面平行的力敏单元，力敏单元的电极位置用于外接频率测定装置，用于通过测量力敏单元的频率变化判断垫片主体的主摩擦面受力情况变化，以判断垫片主体所配合的紧固件是否出现松动情况，当力敏单元受压力大小发生变化时，相应的产生振动频率的变化，可通过外接设备准确测量，利用力敏单元本身的物质特性，不易受到垫片结构或材质在长期使用中的变化影响，对垫片及其所在的螺纹安装组件的松动总是能够做到准确反馈。

技术研发人员：陈庆盈,张李诚,周永辉
受保护的技术使用者：中国科学院宁波材料技术与工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15