[发明专利]负荷指示垫圈

说明书

本申请涉及负荷指示垫圈。公开与紧固件一起使用的负荷指示垫圈。该垫圈由圆形基板、从基板突出的圆顶盖、在圆形基板与圆顶盖之间形成的腔体、以及延伸穿过圆形基板和圆顶盖的紧固件孔组成。该圆顶盖被配置为在施加的力超过阈值时塌缩到腔体中。

技术领域

本公开涉及与紧固件(诸如螺栓)一起使用的垫圈的领域。

背景技术

垫圈是在传统上用于分配螺纹紧固件(诸如螺栓)的负荷的一件硬件。一种特定类型的垫圈可额外用来指示用于连接结构构件的紧固件上的预负荷。紧固件上的预负荷是在紧固件被拧紧时在紧固件中所产生的张力。紧固件上的张力在接头中产生称为夹持力的压缩力。当达到一定的预负荷时，一种类型的预负荷垫圈具有的凸起会变平。当达到一定的预负荷时，另一种类型的预负荷垫圈具有的硅胶会从垫圈的凹槽中喷出。

测量结构构件的接头处存在的负荷在制造领域(诸如航空航天)中是有益的。因此，设计和使用改进的负荷指示垫圈(load-indicating washer)是期望的。

发明内容

这里描述的实施例提供了具有圆顶形状的负荷指示垫圈，该负荷指示垫圈当处于紧固件所施加的特定负荷下时塑性变形。负荷指示垫圈可用在接头(诸如复合材料的层之间的接头)处的紧固件上。当接头处的紧固件施加夹持力时，也将力/负荷施加到负荷指示垫圈。由于负荷指示垫圈的几何形状和特征，如果力/负荷超过阈值，则圆顶部分可塌缩。因此，该负荷指示垫圈可用于指示接头处的负荷。

一个实施例包括用于紧固件的垫圈。该垫圈由圆形基板、从基板突出的圆顶盖、在圆形基板与圆顶盖之间形成的腔体、以及延伸穿过圆形基板和圆顶盖的紧固件孔组成。

在另一个实施例中，垫圈由金属材料形成。

在另一个实施例中，该圆顶盖被配置为在紧固件施加的夹持力超过圆顶盖的屈服强度时塌缩到腔体中。

在另一个实施例中，腔体具有半椭圆形横截面。

在另一个实施例中，圆顶盖的屈服强度基于腔体的半椭圆形横截面的长轴线、腔体的半椭圆形横截面的短轴线、圆顶盖的厚度以及金属材料来确定。

在另一个实施例中，圆形基板的厚度大于圆顶盖的厚度。

在另一个实施例中，圆顶盖的厚度从圆形基板向紧固件孔减小。

在另一个实施例中，紧固件孔的尺寸被设计为在紧固件上滑动。

另一个实施例包括圆顶形垫圈。该圆顶形垫圈包括基板，其沿第一平面为圆形的；凸壁，其从基板的圆周向外突出；腔体，其在基板与凸壁之间，所述腔体沿与第一平面正交的第二平面具有平凸(plano-convex)形状；以及紧固件孔，其通过圆顶形垫圈的中心轴线延伸穿过基板和凸壁。

在另一个实施例中，圆顶形垫圈由金属材料形成。

在另一个实施例中，该凸壁被配置为在紧固件施加的夹持力超过凸壁的屈服强度时塌缩到腔体中且塑性变形。

在另一个实施例中，基板的厚度大于凸壁的厚度。

在另一个实施例中，凸壁的厚度从基板向紧固件孔减小。

在另一个实施例中，紧固件孔的尺寸被设计为在紧固件上滑动。

另一个实施例包括确定结构构件的接头处的夹紧(clamp-up)负荷的方法。该方法包括获取垫圈，该垫圈包括：圆形基板；圆顶盖，其从圆形基板突出并且在圆顶盖与圆形基板之间形成腔体；以及紧固件孔，其延伸穿过圆顶盖和圆形基板。该方法还包括经由紧固件孔将垫圈滑动到紧固件的柄部上，使得圆顶盖与紧固件接合；将紧固件的柄部插入接头处的通孔中；以及用紧固件将增加的夹持力施加到接头。该方法还包括针对结构构件之间的间隙检查接头，以及当间隙闭合且垫圈的圆顶盖尚未塌缩到腔体中时，确定接头处的夹紧负荷不超过阈值。