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

2、章. 结构及机构的分级 分级的应用范围： 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) U0nmax 16 000 U1 16 000nmax32 000 U2 32 000nmax63 000 U3 63 000nmax125 000 U4 125 000nmax250 000 U5 250 000nmax500 000 U6 500 000nmax1 000 000 U7 1 000 000nmax2 000

3、 000 U8 2 000 000nmax4 000 000 U9 4 000 000nmax 载荷谱级Q (Spectrum) 标志频谱系数 kp Q1kp0.125 Q20.125 kp0.250 Q30.250 kp0.500 Q40.500 kp1.000 F.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 U0U1U2U3U4U5U6U7U8U9 Q1A1A1A1A2A3A4A5A6A7A8 Q2A1A1A2A3A4A5A6A7A8A8 Q3A1A2A3A4A5A6A7A8A8A8 Q4A2A3A4A5A6A7A8A8A8A8 F.

4、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) T0T200 T1200T400 T2400T800 T3800T1 600 T41 600T3 200 T53 200T6 300 T66 300T12 500 T712 500T25 000 T825 000T50 000 T950 000T 载荷谱级L(Spectrum) 标志频谱系数 km L1Kp0.125 L20.125 Kp0.250 L30.250 Kp0.500 L40.500 Kp1.000 F.E.M第二章. 结构及机构的分级 2. 机构 机构组别M(Mechani

5、sm Groups) 载荷谱级 利用等级 T0T1T2T3T4T5T6T7T8T9 L1M1M1M1M2M3M4M5M6M7M8 L2M1M1M2M3M4M5M6M7M8M8 L3M1M2M3M4M5M6M7M8M8M8 L4M2M3M4M5M6M7M8M8M8M8 F.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) B0n 16 000 B1 16 000n32 000 B2 32 000n63 000 B3 63 000n125 000 B4 125 000n250 000 B5 250 000n500 000

6、 B6 500 000n1 000 000 B7 1 000 000n2 000 000 B8 2 000 000n4 000 000 B9 4 000 000n8 000 000 B10 8 000 000n 应力谱级P (Spectrum) 标志频谱系数 ksp P1ksp0.125 P20.125 ksp0.250 P30.250 ksp0.500 P40.500 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 B0B1B2B3B4B5B6B7B8B9

7、B10 P1E1E1E1E1E2E3E4E5E6E7E8 P2E1E1E1E2E3E4E5E6E7E8E8 P3E1E1E2E3E4E5E6E7E8E8E8 P4E1E2E3E4E5E6E7E8E8E8E8 F.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

8、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A1A2A3A4A5A6A7A8 c1.001.021.051.081.111.141.171.20 机构组别M1M2M3M4M5M6M7M8 m1.001.041.081.121.161.201.251.30 放大系数 m F.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

9、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

10、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 83 164 F.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 R148 Nm/cm2 试验温度 （） 钢材牌号标准 1- St 37 2 St 44 2 DIN 17100 235+20 R St 37 2 St 44 2 DIN 17100 3350 St 37 3U St 44 3U St 52 3U DIN 17

11、100 43520 St 37 3N St 44 3N St 52 3N DIN 17100 F.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 1.5 II 类工况 1.33 III 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 稳定安全系数 V 板构件 I II III 1.70 + 0.175 ( 1 ) 1.50 + 0.125 (

12、 1 ) 1.35 + 0.075 ( 1 ) 曲线构件，圆管 I II III 1.70 1.50 1.35 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 无焊接件 W0W1W2 Fe 360 St 37 St 44 St 52 Fe 510 Fe 360 St 37 St 44 St 52 Fe 510 Fe 360 St 37 St 44 St 52 Fe 510 E1249.1298.0211.7253.3174.4208.6 E2224.4261.7190.7222.4157.1183.2 E3202.2229.8171.8195.3141.51

13、60.8 E4182.1201.8154.8171.5127.5141.2 E5164.1177.2139.5150.6114.9124.0 E6147.8155.6125.7132.3103.5108.9 E7133.2136.6113.2116.293.295.7 E8120.0120.0102.0102.084.084.0 F.E.M第三章. 结构计算 3. 依据疲劳极限的结构校核 W0 W1 W2 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 510 K0K1K2K3K4 E

14、1(361.9)(323.1)(271.4)193.9116.3 E2(293.8)262.3220.3157.494.4 E3238.4212.9178.8127.776.6 E4193.5172.8154.1103.762.2 E5157.1140.3117.884.250.5 E6127.5113.895.668.341.0 E7103.592.477.655.433.3 E884.075.063.045.027.0 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

15、章. 结构计算 3. 依据疲劳极限的结构校核(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

16、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 M13.152.50 M23.352.50 M33.553.00 M44.003.50 M54.504.00 M65.604.50 M77.105.00 M8