欧洲机械搬运协会标准(FEM)的分级标准和设计理念

1、欧洲机械搬运协会标准(F.E.M)分级标准和设计理念 F.E.M简介：全称为 “FEDERATION EUROPEENNE DE LA MANUTENTION”，（欧洲机械搬运协会），是一家代表欧洲设备制造商的非盈利性组织。于1953年成立，目前有13个国家加入和组成。适用产品范围：F.E.M以总则性的 FEM 1.001 起重应用 为例，章节组成如下：第一章. 范围及目标第二章. 结构及机构的分级第三章. 结构计算第四章. 机构疲劳校核和选型第五章. 电气设备第六章. 防风稳定性和安全 第七章. 安全规章第八章. 试验载荷和公差第九章. 附录F.E.M第二章. 结构及机构的分级分级的应用范围

2、：1. 应用2. 机构3. 零件分级的依据：1. 时长（周期和时间）2. 载荷频谱F.E.M第二章. 结构及机构的分级1.应用利用等级U (Utilization)标志总使用次数(nmax代表提升总循环数量)U0nmax16 000U116 000nmax32 000U232 000nmax63 000U363 000nmax125 000U4125 000nmax250 000U5250 000nmax500 000U6500 000nmax1 000 000U71 000 000nmax2 000 000U82 000 000nmax4 000 000U94 000 000nmax载荷谱级

3、Q (Spectrum)标志频谱系数 kpQ1kp0.125Q20.125 kp0.250Q30.250 kp0.500Q40.500 kp1.000F.E.M第二章. 结构及机构的分级1.应用应用组别A (Appliance)载荷谱级利用等级U0U1U2U3U4U5U6U7U8U9Q1A1A1A1A2A3A4A5A6A7A8Q2A1A1A2A3A4A5A6A7A8A8Q3A1A2A3A4A5A6A7A8A8A8Q4A2A3A4A5A6A7A8A8A8A8F.E.M第二章. 结构及机构的分级2. 机构利用等级T(Utilization)标志总使用时间(小时)T0T200T1200T400T24

4、00T800T3800T1 600T41 600T3 200T53 200T6 300T66 300T12 500T712 500T25 000T825 000T50 000T950 000T载荷谱级L(Spectrum)标志频谱系数 kmL1Kp0.125L20.125 Kp0.250L30.250 Kp0.500L40.500 Kp1.000F.E.M第二章. 结构及机构的分级2. 机构机构组别M(Mechanism Groups)载荷谱级利用等级T0T1T2T3T4T5T6T7T8T9L1M1M1M1M2M3M4M5M6M7M8L2M1M1M2M3M4M5M6M7M8M8L3M1M2M3

5、M4M5M6M7M8M8M8L4M2M3M4M5M6M7M8M8M8M8F.E.M第二章. 结构及机构的分级3. 零件利用等级B (Utilization)标志总使用次数(n代表应力循环次数)B0n16 000B116 000n32 000B232 000n63 000B363 000n125 000B4125 000n250 000B5250 000n500 000B6500 000n1 000 000B71 000 000n2 000 000B82 000 000n4 000 000B94 000 000n8 000 000B108 000 000n应力谱级P (Spectrum)标志频谱

6、系数 kspP1ksp0.125P20.125 ksp0.250P30.250 ksp0.500P40.500 ksp1.000注：机构最小应力一般取零，结构按实际情况分析F.E.M第二章. 结构及机构的分级3. 零件零件组别E（Component groups）应力谱级利用等级B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9B10P1E1E1E1E1E2E3E4E5E6E7E8P2E1E1E1E2E3E4E5E6E7E8E8P3E1E1E2E3E4E5E6E7E8E8E8P4E1E2E3E4E5E6E7E8E8E8E8F.E.M第二章. 结构及机构的分级用于结构计算的载荷分类：a)主要载荷，假设始终

7、作用，并按最恶劣情况加载b)由于竖直运动导致的载荷c)由于水平运动导致的载荷d)由于环境作用的载荷风载荷（工作风，暴风）雪载荷温度变化载荷（一般按 -20 至 +45 ）上述载荷一般依据以下两种定义进一步分类：工作载荷：起吊载荷及其附属件(吊钩，滑轮，吊梁，抓斗等)静载荷：除去工作载荷以外的设备部件自重F.E.M第二章. 结构及机构的分级按载荷的工况分类：I 类： 无风正常工作II 类： 有风正常工作III 类： 极端工况（地震和飓风等）放大系数 c应用组别A1A2A3A4A5A6A7A8c1.001.021.051.081.111.141.171.20机构组别M1M2M3M4M5M6M7M8

8、m1.001.041.081.121.161.201.251.30放大系数 mF.E.M第三章. 结构计算控制许用应力时，主要考虑以下三种失效形式：1. 超过弹性极限2. 超过临界稳定载荷3. 超过疲劳极限注：F.E.M中的失稳和翘曲来自于以下标准德国DIN 4114比利时NBN 1法国 CM 1966英国 BS 2573运用应力极限理论进行校核前，必须首先排除脆性断裂的风险。因此必须正确地选择钢材质量组别。F.E.M第三章. 结构计算钢材质量组别的选取1.评估脆性断裂的影响因素A. 纵向残余应力和静载荷导致的拉应力B. 构件厚度C. 低温 F.E.M第三章. 结构计算A. 纵向残余应力和静载

9、荷导致的拉应力a - I类工况下，依弹性极限得出的许用应力G - 因永久载荷产生的拉应力（如自重）ZA - 因素A的评估系数线1 无焊接或仅横向焊接线2 纵向焊接线3 堆积焊F.E.M第三章. 结构计算B. 构件厚度t - 构件厚度ZB - 因素B的评估系数F.E.M第三章. 结构计算C. 低温T - 温度ZC - 因素C的评估系数F.E.M第三章. 结构计算钢材质量组别的选取评估系数之和Z=ZA+ZB+ZC对应质量组别 21 42 83 164F.E.M第三章. 结构计算钢材质量组别的选取质量等级冲击试验ISO R148Nm/cm2试验温度（）钢材牌号标准1-St 37 2St 44 2DI

10、N 17100235+20 R St 37 2St 44 2DIN 171003350 St 37 3USt 44 3USt 52 3UDIN 1710043520 St 37 3NSt 44 3NSt 52 3NDIN 17100F.E.M第三章. 结构计算1. 依据弹性极限的结构校核a. 材料屈服应力/极限应力 0.7 E 值I 类工况1.5II 类工况1.33III 类工况1.1许用应力 aE / 1.5E / 1.33E / 1.1对于高屈强比材料(E / R 0.7)，系数 E 不足以确保安全余量，需依据以下公式进行复核。F.E.M第三章. 结构计算2. 依据稳定极限的结构校核工况稳

11、定安全系数V板构件IIIIII1.70 + 0.175 ( 1 )1.50 + 0.125 ( 1 )1.35 + 0.075 ( 1 )曲线构件，圆管IIIIII1.701.501.35F.E.M第三章. 结构计算3. 依据疲劳极限的结构校核交变应力W部件组别无焊接件W0W1W2Fe 360St 37St 44St 52Fe 510Fe 360St 37St 44St 52Fe 510Fe 360St 37St 44St 52Fe 510E1249.1298.0211.7253.3174.4208.6E2224.4261.7190.7222.4157.1183.2E3202.2229.817

12、1.8195.3141.5160.8E4182.1201.8154.8171.5127.5141.2E5164.1177.2139.5150.6114.9124.0E6147.8155.6125.7132.3103.5108.9E7133.2136.6113.2116.293.295.7E8120.0120.0102.0102.084.084.0F.E.M第三章. 结构计算3. 依据疲劳极限的结构校核W0W1W2无焊接件分级F.E.M第三章. 结构计算3. 依据疲劳极限的结构校核交变应力W部件组别焊接件St 37 到 St 52， Fe360 到 Fe 510K0K1K2K3K4E1(361.

13、9)(323.1)(271.4)193.9116.3E2(293.8)262.3220.3157.494.4E3238.4212.9178.8127.776.6E4193.5172.8154.1103.762.2E5157.1140.3117.884.250.5E6127.5113.895.668.341.0E7103.592.477.655.433.3E884.075.063.045.027.0注：括号内数值为理论值，任何情况下交变应力不超过极限应力75%F.E.M第三章. 结构计算3. 依据疲劳极限的结构校核(焊接件分级)K0轻微应力集中F.E.M第三章. 结构计算3. 依据疲劳极限的结构

14、校核(焊接件分级)K1温和应力集中F.E.M第三章. 结构计算3. 依据疲劳极限的结构校核(焊接件分级)K2中度应力集中F.E.M第三章. 结构计算3. 依据疲劳极限的结构校核(焊接件分级)K3严重应力集中F.E.M第三章. 结构计算3. 依据疲劳极限的结构校核(焊接件分级)K4极严重应力集中F.E.M第四章.机构疲劳校核和选型计算步骤1.校核极限强度2.校核失稳3.校核疲劳强度4.校核磨损F.E.M第四章.机构疲劳校核和选型1. 校核极限强度a = R / R 其中：R 材料破断应力R 根据工况确定的安全系数许用应力 a 按以下公式确定工况I类，II类III类安全系数 R2.21.8注：似乎

15、从逻辑上来说，在此处应当和结构计算的方法一样，采用弹性极限更为合理。原则上，设计校核的目的在于不超过材料的使用极限。然而，结构件所用的钢材，一般为低屈强比材料，即在弹性极限和破断极限之间有一个较大的区间。而机构所采用的材料，大多为高屈强比材料。若以弹性极限为设计依据，则任何意外的过载情况将导致突然的失效。因此，出于安全考虑，机构采用强度极限作为设计校核依据。F.E.M第四章.机构疲劳校核和选型3. 疲劳强度校核一般来说，对于给定的部件，它的疲劳强度主要由以下因素决定：部件的材料形状、表面状况、腐蚀情况、大小以及其他产生应力集中的因素在各种应力周期下，最大和最小应力的比值k应力谱应力周期总数F.E.M第四章.机构疲劳校核和选型3. 疲劳强度校核Whler曲线（S-N曲线）：F.E.M第四章.机构疲劳校核和选型特殊部件的选型滚动轴承选型绳选型滑轮，卷筒及绳具选型轨道轮选型齿轮设计F.E.M第四章.机构疲劳校核和选型 绳选型机构组别最小安全系数 Zp动绳静绳M13.152.50M23.352.50M33.553.00M44.003.50M54.