|
3-37 斜楔自锁条件的应用分析连克难 某压铸罐的罐体和罐盖之间由图 1所示的夹紧机构夹紧密封，共19个，一次泄爆事故后，发现其中有两个压块的螺牙被拉光，压块脱出，并且从现场种种迹象表明，这里极可能是事故的引发原因，因此，压块螺纹的安全性成为分析事故原因的重点。 压块是一斜楔，楔角a=9°，按斜楔自锁条件，这里的斜楔应该会自锁：钢对钢无润滑状态静摩擦系数为m=0.15；楔角a=arctan0.15+arctan0.15=8.53°+8.53°=17.06°；而斜楔自锁条件是a£arctanm1+arctanm2。
如果斜楔自锁了，螺纹就不会受力，螺杆完全可以撤去。但是这不能解释螺纹被拉脱的现象。另外，在罐内充气的过程中，U形卡有向后倾倒的趋势，U形卡保持力矩平衡才能保证夹具的正常工作。根据力和力矩平衡式计算得：F=90kN。说明螺杆的螺纹受到了拉力，斜楔没有自锁。解剖压块后显示，有一半的压块螺纹被破坏，也证明事故由螺杆多年受力磨损所致。 受以上分析的启示，进一步分析了斜楔自锁条件的推导过程。图2(a)为一翻转式钻模，设斜楔为脱离体，楔角为a，原始力为Fs，斜楔的受力如图2(b)所示，与工件接触的一面受到工件对它的反作用力Fj（夹紧力）和摩擦力FM1，二者合力为FR1；与夹具体接触的斜面受到夹具体对它的反作用力FN和摩擦力FM2，合力为FR2;FR2的水平分力为FRx，垂直分力为FRy。撤除原始力Fs后斜楔受力如图2(b)图所示，斜楔仍不松开工件实现自锁，必须满足条件FM1≥FRx，即Fjtanj1³(a-j2)，即自锁条件为：a£j1+j2，设斜楔与工件和夹具体之间的最大静摩擦系数分别为m1和m2，则j1=arctan(FM1/Fj)=arctanm1,j2=arctan(FM2/FN)=arctanm2，所以自锁条件可表示为a£arctanm1+arctanm2。 这一斜楔自锁条件是以斜楔的平衡式推导的，其中默认夹具和工件处于平衡状态。但是上述事故中，虽然压块（斜楔）的楔角满足自锁条件，但U型块存在向后翻倒的趋势，就必须对U型块作受力分析，考察U形卡与斜楔之间的最大静摩擦力能否使U形卡平衡，计算结果表明螺纹在平衡整个夹紧机构中必须受力，因此，螺纹被破坏后，使整个机构失去平衡，造成事故。所以，在设计斜楔自锁机构时，要全面分析夹具椥毙工件系统的平衡，不能简单套用斜楔自锁条件。 |
