某电梯曳引机高强度螺栓断裂原因分析

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  摘要:某无齿轮曳引机在使用两年以后12根固定曳引轮的强度等级为8.8的高强度螺栓有10根断裂。从宏观对断裂螺栓断面进行分析,结合计算得出的结果逐步分析表明:工厂在组装曳引机时,对高强螺栓的拧紧力矩没有进行严格控制,使高强螺栓的拧紧力矩超出了许用拧紧力矩是造成该曳引机高强螺栓断裂的主要原因。
  关键词:高强螺栓;无齿轮曳引机;螺栓断裂
  Abstract: a gearless traction machine used in two years after twelve fixed tractive sheave strength grade of 8.8 of high strength bolts have 10 root fracture. From the macro to fracture bolt section was analyzed, and then calculated by gradually analysis shows that the factory in the assembly traction machine, high strength bolts to tighten the moment not strict control, so that the high strength bolts on the torque beyond the allowable tighten the torque is caused the traction machine high strength bolt the main causes of fracture.
  Keywords: high strength bolts; Gearless traction machine; Bolt fracture
  
  
  中图分类号:TH131.3 文献标识码:A 文章编号:
  
  前言:曳引机高强螺栓是电梯曳引机上极为重要的紧固件,曳引机高强螺栓的失效,将导致电梯曳引轮与电机的分离,从而导致严重的电梯安全事故。某小区无齿轮曳引机,额定扭矩额定载重量为800kg,在使用两年以后12根固定曳引轮的强度等级为8.8的高强度螺栓有10根断裂,文章从螺栓断面宏观形貌、受力状况计算等方面进行全面的检查分析。
  1、 螺栓断口宏观分析
  从螺栓断裂部位和断口宏观形貌可以看到:断裂部位位于螺栓中部,该部位在曳引轮与电机结合面。一般而言,该部位螺纹根部往往应力集中偏大,受力情况复杂,是断裂失效的首选区域。断口延螺纹呈弧形弯曲状,最后在断口存在少量的纤维条纹。根据上述特征可初步断定,螺栓断裂时承受了较大的拉应力和扭力。
  2、 曳引机高强度螺栓受力情况的分析
  2.1、分析曳引机高强度螺栓预紧力是否不足
  如果该曳引机高强螺栓已经承受了最大许用预紧力时预紧力仍不足以满足曳引机额定扭矩的要求,,则将导致曳引轮与电机出现相对滑移。
  现场扭力扳手测得剩余两个高强螺栓拧紧力矩最大 ,最小 。
  根据曳引机参数计算,单个螺栓需要的预紧力为
  
  其中防滑系数 ,摩擦系数 ,曳引机额定转矩 ,螺栓安装分度圆半径
  得出
  
  螺栓擰紧力矩:
  
   为螺旋副之间的摩擦力矩
  
   为螺栓与支撑面之间的摩擦力矩
  
  其中,预紧力螺纹中径查表得螺纹升角螺旋副当量摩擦角 (摩擦系数 )
  得出
  
  
  
  其中
  得出
  现场实测 ,
  
  所以,拧紧力矩满足要求,不存在该曳引机高强度螺栓预紧力不足的情况。
  
  2.2、分析曳引机高强度螺栓预紧力是否过大
  如果该曳引机高强螺栓预紧力超过高强螺栓强度,高强螺栓所受应力超过了最大许用应力,高强螺栓将失去预紧能力,导致曳引轮和电机预紧力不足,使曳引轮与电机出现相对滑移。
  
  根据曳引机参数,校核螺栓强度:
  现场实测拧紧力矩 ,
  单个高强度螺栓所受最大预紧力为:
  单个高强度螺栓所受最小预紧力为:
  
  
  单个螺栓所受切应力:
  得出 ,
  根据第四强度理论
  
  得出
  
  
  
  螺纹联结件许用应力
  S为安全系数取1.5
  得出
  
  所以,经计算得出结论: ,不满足使用条件。
  
  
  3、结论与解决方案:
  由现场留下的已损坏的螺栓可以判断(如图),工厂在组装曳引机时,对高强螺栓的拧紧力矩没有进行控制,使其中某几个的高强螺栓的拧紧力矩超出了许用拧紧力矩,使得高强螺栓受拉超过其材料的屈服极限,造成部分螺栓丧失预紧力。在这种情况下,曳引轮整体预紧力不足。当电梯运行或制动时,曳引轮与电机出现相对滑动,使得剩余螺栓承受交变应力,最终失效损坏。
  解决方案:在曳引机装配的时候,使用力矩扳手严格控制螺栓的拧紧力矩。换用同规格的强度等级为12.9的高强度螺栓。
  
  参考文献:
  [1]濮良贵,纪名刚.机械设计.第七版.北京:高等教育出版社.2001.
  [2]罗邦椿.机械设计手册.第五版.北京:机械工业出版社.2010.
  [3]陈宏钧.实用钳工手册.第一版. 北京:机械工业出版社.2009.
  [4]毛怀新.电梯与自动扶梯技术检验.第一版.北京:学苑出版社.2001
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