吊环螺钉的强度校核及正确使用

2013-03-17李瑞敏张健李安国

机床与液压 2013年16期

关键词：法向力吊环校核

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)

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。

图1 吊环螺钉

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，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:

一般车间用起重机吊装过程平稳，动载系数φ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:

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:

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τ 要比正应力σ 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= φG，Ftmax=0;如图3(b)所示双螺钉起吊时，其中G 为物体重力，φ 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α，吊索与吊环支承面间的夹角为γ。图中3 个角度α、β、γ 存在关系:sinβcosα=sinγ。

图4 不当的使用方式一及受力情况

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α 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σ 和τ 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。