吊環螺釘的強度校核及正確使用

2013-03-17 01:16:22李瑞敏張健李安國

機床與液壓 2013年16期

李瑞敏，張健，李安國

(沈陽機床(集團)有限責任公司設計研究院，遼寧沈陽110142)

機加工車間和庫房中常用如圖1所示的吊環螺釘起吊重物，它的使用非常方便，但若使用不當，將存在嚴重的安全隱患。下面就其在不同使用方式下的受力情況進行分析，以說明其正確使用的重要性。

圖1 吊環螺釘

1 吊環螺釘強度的校核方法

無論如何使用吊環螺釘，吊環所受的繩索拉力均可以分解成平行于吊環支承面的切向力Ft和垂直于吊環支承面的法向力Fn，如圖2(a)所示。

圖2 吊環螺釘受力分析

分析吊環螺釘的結構易知螺桿與支承面交接處是其薄弱部位，此處受力情況如圖2(b)所示，其中點P 為危險點。為使計算更趨安全，假設吊裝過程中支承面沒有與物體很好貼合，由Ft產生的彎矩Mt=H·Ft完全由螺桿與支承交截面承擔，則知Mt在點P 產生的彎曲正應力，其中d為該橫截面的直徑［1－2］。分析易知危險點P 處于如圖2(c)所示的平面應力狀態。其中:

一般車間用起重機吊裝過程平穩，動載系數φ較小(在1 ～2 之間)［3－6］，所以此處作者采用古典靜載強度理論對吊環螺釘的屈服強度進行校核。吊環螺釘的材料為20 號或25 號低碳鋼［7］，所以選用第三或第四強度理論［1］。由圖2所示的平面應力狀態，可推得三向主應力為:

繼而得到該應力狀態下第三及第四強度理論的強度條件公式分別為:

為安全起見，選用第三強度理論對吊環螺釘進行屈服強度校核。由式(6)可見切應力τ 要比正應力σ 對吊環螺釘屈服強度的影響大得多，或者說切向力Ft要比法向力Fn對吊環螺釘使用的安全性影響大得多，所以在吊環螺釘使用過程中，要盡量避免產生太大的切向力Ft。

2 國標規定的使用方法及受力分析

GB 825-88 中只列出了單螺釘起吊和雙螺釘起吊兩種使用方式，如圖3所示。并給出了這兩種起吊方式下平穩起吊時的最大起吊重力。附錄中還規定了:(1)給出的最大起吊重力值僅適用于將吊環螺釘安裝于鋼、鑄鋼或灰鑄鐵件的情況;(2)吊環螺釘必須旋進至使支承面緊密貼合，但不準使用工具扳緊;(3)不允許有垂直于吊環平面的載荷;(4)雙螺釘起吊時，應保證兩支承面在同一平面內;(5)鋼纜繩的夾角不應大于90°五項吊裝要求［7－8］。

圖3 吊環螺釘的標準使用方式

易知如圖3(a)所示單螺釘起吊時Fnmax= φG，Ftmax=0;如圖3(b)所示雙螺釘起吊時，其中G 為物體重力，φ 為動載系數。

3 典型的不當使用方法及受力分析

3.1 不當的使用方法一及受力分析

若吊裝螺孔位置預留不當，使得吊裝過程中物體重心嚴重偏離吊環平面，以雙螺釘吊裝為例，起吊以后的懸掛狀態將如圖4(a)所示。其受力情況如圖4(b)所示，圖中虛線所示平面為水平面，實線所示平面是此種吊裝方式下的吊環支承面，此二面夾角為α，吊索與吊環支承面間的夾角為γ。圖中3 個角度α、β、γ 存在關系:sinβcosα=sinγ。

圖4 不當的使用方式一及受力情況

由式(8)及式(9)可知:若這樣吊裝，與國標規定的雙螺釘吊裝方式相比，法向力Fnmax雖有所降低，但切向力Ftmax卻增大了，由第1 節所得的結論可知，這樣吊裝安全性有所下降，并且α 越大，安全系數越低。具體地是否安全，可以將Fnmax及Ftmax分別代入式(1)和式(2)，然后將所得結果σ 和τ 代入式(6)校驗吊環螺釘的屈服強度可知，不過應盡量避免這樣使用。