吊环螺钉的强度校核及正确使用

2013 年 8 月 第 41 卷 第 16 期 机床与液压 MACHINE TOOL HYDRAULICS Aug 2013 Vol 41 No 16 DOI 10 3969 j issn 1001 3881 2013 16 051 收稿日期 2012 08 09 基金项目 国家高档数控机床与基础制造装备科技重大专项资助项目 2010ZX04140 014 作者简介 李瑞敏 1984 男 硕士 工程师 主要从事数控机床等机电一体化系统设计与研究工作 E mail lrm2002 163 com 吊环螺钉的强度校核及正确使用 李瑞敏 张健 李安国 沈阳机床 集团 有限责任公司设计研究院 辽宁沈阳 110142 摘要 介绍了吊环螺钉强度的校核方法 并指出切向力对吊环螺钉的使用安全性影响比法向力大得多 将两种典型的 不当使用方法的受力情况与国标给出的使用方法的受力情况进行了对比分析 说明了使用不当的原因 关键词 吊环螺钉 强度校核 使用方法 中图分类号 TH131 3 TB301文献标识码 B文章编号 1001 3881 2013 16 172 2 图 1吊环螺钉 机加工车间和库房中常用如图 1 所示的吊环螺钉起吊重物 它的 使用非常方便 但若使用不当 将存在严重的安全隐患 下面就 其在不同使用方式下的受力情况 进行分析 以说明其正确使用的 重要性 1吊环螺钉强度的校核方法 无论如何使用吊环螺钉 吊环所受的绳索拉力均 可以分解成平行于吊环支承面的切向力 Ft和垂直于 吊环支承面的法向力 Fn 如图 2 a 所示 图 2吊环螺钉受力分析 分析吊环螺钉的结构易知螺杆与支承面交接处是 其薄弱部位 此处受力情况如图 2 b 所示 其中 点 P 为危险点 为使计算更趋安全 假设吊装过程 中支承面没有与物体很好贴合 由 Ft产生的弯矩 Mt H Ft完全由螺杆与支承交截面承担 则知 Mt 在点 P 产生的弯曲正应力 M 32Mt d 3 32HFt d 3 其中 d 为该横截面的直径 1 2 分析易知危险点 P 处于如图 2 c 所示的平面应力状态 其中 n M 4Fn d 2 32HFt d 3 1 4Ft d 2 2 一般车间用起重机吊装过程平稳 动载系数 较小 在 1 2 之间 3 6 所以此处作者采用古典静 载强度理论对吊环螺钉的屈服强度进行校核 吊环螺 钉的材料为 20 号或 25 号低碳钢 7 所以选用第三或 第四强度理论 1 由图 2 所示的平面应力状态 可推 得三向主应力为 1 2 2 2 槡 2 3 2 0 4 3 2 2 2 槡 2 5 继而得到该应力状态下第三及第四强度理论的强 度条件公式分别为 2 4 槡 2 6 2 3 槡 2 7 为安全起见 选用第三强度理论对吊环螺钉进行 屈服强度校核 由式 6 可见切应力 要比正应力 对吊环螺钉屈服强度的影响大得多 或者说切向力 Ft要比法向力 Fn对吊环螺钉使用的安全性影响大得 多 所以在吊环螺钉使用过程中 要尽量避免产生太 大的切向力 Ft 2国标规定的使用方法及受力分析 GB 825 88 中只列出了单螺钉起吊和双螺钉起吊 两种使用方式 如图 3 所示 并给出了这两种起吊方 式下平稳起吊时的最大起吊重力 附录中还规定了 1 给出的最大起吊重力值仅适用于将吊环螺钉安 装于钢 铸钢或灰铸铁件的情况 2 吊环螺钉必 须旋进至使支承面紧密贴合 但不准使用工具扳紧 3 不允许有垂直于吊环平面的载荷 4 双螺钉 起吊时 应保证两支承面在同一平面内 5 钢缆 绳的夹角不应大于 90 五项吊装要求 7 8 图 3吊环螺钉的标准使用方式 易知如图 3 a 所示单螺钉起吊时 Fnmax G Ftmax 0 如图 3 b 所示双螺钉起吊时 Fnmax G 2 Ftmax G 2tan 其中 G 为物体重力 为动载系数 3典型的不当使用方法及受力分析 3 1不当的使用方法一及受力分析 若吊装螺孔位置预留不当 使得吊装过程中物体 重心严重偏离吊环平面 以双螺钉吊装为例 起吊以 后的悬挂状态将如图 4 a 所示 其受力情况如图 4 b 所示 图中虚线所示平面为水平面 实线所示 平面是此种吊装方式下的吊环支承面 此二面夹角为 吊索与吊环支承面间的夹角为 图中 3 个角度 存在关系 sin cos sin 图 4不当的使用方式一及受力情况 绳中的最大拉力 Fmax G 2sin 则有 Fnmax Fmaxsin Gcos 2 8 Ftmax Fmaxcos G 1 sin2 cos2 槡 2sin 9 由式 8 及式 9 可知 若这样吊装 与国标规 定的双螺钉吊装方式相比 法向力 Fnmax虽有所降低 但切向力 Ftmax却增大了 由第 1 节所得的结论可知 这样吊装安全性有所下降 并且 越大 安全系数 越低 具体地是否安全 可以将 Fnmax及 Ftmax分别代 入式 1 和式 2 然后将所得结果 和 代入式 6 校验吊环螺钉的屈服强度可知 不过应尽量避 免这样使用 3 2不当的使用方法二及受力分析 若采用如图 5 a 所示的方法进行吊装 每个 吊环螺钉的受力情况如图 5 b 所示 绳中的拉力 Fmax G 2sin 则有 Fnmax Fmaxsin G 2 10 Ftmax Ftmax Fmaxcos G 1 cos 2sin 11 图 5不当的使用方式二及受力情况 可见 若这样吊装 与国标规定的双螺钉吊装方 式相比 法向力一样 但切向力变为 1 cos 1 倍 由 第 1 节所得的结论可知 这样吊装安全性大大下降 具体地是否安全 可以将 Fnmax及 Ftmax分别代入式 1 和式 2 然后将所得结果 和 代入式 6 校验吊环螺钉的屈服强度可知 不过应杜绝这样使 用 4结论 1 可以利用第三强度理论对吊环螺钉进行屈 服强度校核 由强度条件公式可知切向力 Ft要比法 向力 Fn对其使用安全性影响大得多 所以在吊环使 用过程中 要尽量避免产生太大的切向力 Ft 2 应尽量避免因吊装螺孔位置预留不当而使 物体重心严重偏离吊环平面 如图4 a 的吊装方 式 3 应杜绝采用一根绳索穿过两吊环螺钉环孔 起吊重物 如图 5 a 的吊装方式 参考文献 1 张少实 新编材料力学 M 北京 机械工业出版社 2002 116 159 2 濮良贵 纪名刚 机械设计 M 北京 高等教育出版社 2001 69 76 3 国家标准局 GB 3811 83 起重机设计规范 S 北京 中 国标准出版社 1983 4 胡宗武 阎以诵 起重机动力学 M 北京 机械工业出 版社 1988 43 47 5 张玉琴 冯山岭 张淑红 桥式起重机的动力学模型与仿 真计算 J 重型机械科技 2005 3 1 4 43 6 高继勇 王金诺 来新民 桥式起重机动态分析与