第六章 回转机构

第六章回转机构2008.7大连理工大学机械学院苗明131901622420411-8479830§6-1概述定义使起重机回转部分在水平面内绕回转中心线转动的机构称为回转机构。作用使物品在水平面内沿弧线运移，扩大工作范围。回转起重机的结构类型1.简单固定柱式起重机2.带运行小车的固定柱式起重机3.墙上回转运行起重机4.建筑起重机5.流动性起重机：汽车吊，轮胎吊，履带吊6.门座起重机：浮吊，铁路吊等。回转机构的特点支承装置较简单阻力小，（滚珠）回转速度小，（港口2r/min，塔吊0.5r/min）传动机构较复杂i大，可高达9000回转轴线垂直，传动方式布置较难。圆锥传动有润滑问题，蜗轮传动有效率问题。摩擦力矩限制器工作范围有限。组成部分两大部分：①回转支承装置②回转驱动装置§6-2回转支承装置的形式与构造回转支承装置的作用：保证回转部分有确定的运动。（回转）要能承受起重机回转部分的各种载荷垂直力（自重、吊重）水平力（风力、移动惯性力、离心力）倾覆力矩结构类型滚动轴承式滚子式轮式转盘式定柱式悬臂梁式简支梁式转柱式柱式回转支撑装置（一）柱式回转支承装置1．定柱式特点：上支承——承受水平力，垂直力下支承——承受水平力滚轮放在旋转部分。止推轴承放在上面。2．转柱式回转支承装置如门座特点：上支承——支承水平力下支承——支承水平力，垂直力止推轴承放在下面（与定柱式相反）滚轮装在转柱上。因为滚轮是在圆轨道的里面滚动，接触点的曲率比较有利，使滚轮能承受较大的支承力。总的来说，柱式回转支承装置，主要由一个柱子，两个水平支承及一个垂直推力轴承组成，只是根据柱式固定和转动分为定柱式和转柱式。其共同点是承受倾覆力矩的能力较好。（二）转盘式回转支承装置特点：设有很长的柱子，所占的空间高度较小，所以转盘式回转支承装置主要用在高度受一定限制的地方。如汽车吊，轮胎吊，装卸桥上的回转机构。回转部分装在一个大转盘上，转盘通过滚动体（滚轮，滚子，滚珠等），支承于固定部分上。转盘式有：轮式，滚子式及滚动轴承三种。1．轮式回转支承装置回转部分支承在车轮装置构成的支点上，轮子支承在非回转的部分上。主要用于大直径的回转机构上。轮子的数目：一般为四个，稳定性好，超静定，抗倾覆大。三个，静定，稳定性差，安装要求低，抗倾覆小。同样的M倾，三支点的轨道直径会很大。载荷不大时，每个支点一个轮子，载荷大时用（均衡梁）两个轮子。轮子踏面：无磨损圆柱形踏面鼓形踏面上述轮子承受垂直载荷，水平和弯矩靠中心轴；或水平轮轴线倾斜轴线水平圆锥形踏面回转直径大磨损比上好磨损严重轴有两种：一种是旋转，一种是固定的作用：ⅰ承受水平力和倾覆力矩ⅱ保持一定的回转位置ⅲ中心轴需是空的，以便安装电缆。2．滚子式回转支承装置结构形式是将许多圆锥式圆柱滚子装在上下两个环形轨道之间，下轨道为固定部分，上轨道为转动部分。滚子通过拉杆或保持架组合在一起。转动部分的环形轨道常制成前后两段圆弧。目的是提高支承抗倾翻能力。特点：①滚子多，承载能力大。②抗倾翻能力比轮式大，相同，结构可以小。③高度低。④工作条件差，磨损严重。⑤由于磨损不均，工作不平稳，冲击大由于④⑤的原因，已被回转支承所取代。3．滚动轴承式（回转支承装置）作用：①保持回转运动②承受:垂直力PV、水平力PH、和倾覆力矩M结构形式根据形状：滚珠，滚子①四点接触——单排滚珠②双排滚珠式——结构复杂③双排滚子式④交叉滚子式——单排滚子⑤三排滚子式四点球交叉滚三排滚滚珠的承载能力低于滚柱。大载荷一般选用滚柱，小载荷一般选用滚珠。滚动轴承是目前国内外广泛采用的一种转盘式回转支承装置。汽车、轮胎、履带、门座、塔式与浮式起重机上都采用。（徐州回转轴承厂）。国内常用的滚动轴承是单列滚珠式与交叉滚子式。特点：①结构紧凑；②装配与维护简单，密封与润滑条件好。③轴向间隙小，工作平稳。④轴承中央可以作为通道，布置起来方便。⑤旋转阻力小，磨损小，寿命长。⑥对于材料与加工工艺要求高。⑦成本较高。⑧损坏后修理不便。⑨对与它连接的金属结构的刚度有较高的要求。§6-3回转支承装置的计算一、计算载荷：回转起重机的外载荷绝大部分都作用在起重机的回转件上。按第二章进行计算。实际上《规范》规定的计算载荷的确定方法是将起重机机构传动零部件和支承零部件分开考虑的。机构传动件的计算载荷取决于电动机工作时发出的载荷。支承装置的计算载荷只取决于支承的最大压力和最小压力，主要是计算简便而又符合实际。一般按三类载荷情况进行计算：A类载荷（无风工作情况）包括：ⅰ、回转部分的自重ⅱ、等效载荷起吊额定起重量GP效QPmaxR8.00.7R）（等效ⅲ、（Ⅰ类）正常风载荷（支承装置不计，仅用于计算功率）ⅳ、（Ⅰ类）正常偏摆载荷（水平移动，风力）ⅴ、回转部分离心载荷r-----回转中心距回转部分重心的距离。IqIQtgP90rmnr)30n(mrmP222Hlⅵ、回转机构制动时作用于回转部分重心的水平计算力——回转线速度m/sⅶ、小齿轮的啮合力通常——回转阻力矩——大齿轮的节圆半径——齿轮压力角wzhwHWtVmPwVzIPcosrMPzzIzIzIMzr20有风工作情况载荷（工作状态最大载荷）——进行强度计算的载荷。ⅰ、回转部分的自重ⅱ、最大起升载荷——从地面满速起升物品的动力系数（静力超载：为额定起重量125%，其余机构不工作，无风。）GPQ2P2ⅲ、工作最大风载荷沿臂架由后向前ⅳ、起重机倾斜引起的水平力wIIPsin)PP(QG（Ⅲ类）受特殊的工作情况和非工作情况载荷（非工作状态最大载荷）（验算载荷——起重机不吊载、不工作，臂架处于最小幅度。）ⅰ、自重ⅱ、非工作状态风载荷，臂架处于，风沿臂架由前向后吹ⅲ、坡度引起的水平力GPIIIqminRsinPPG回转支承装置的计算载荷组合如下表：载荷名称载荷组合和计算类别第Ⅰ类第Ⅱ类第Ⅲ类起重机回转部分自重载荷PGPGPG由额定起重量PQ引起的载荷PQXφ2PQ钢丝绳偏斜引起的水平力PQtgαⅠPQtgαⅡ作用于回转部分上的风力PWⅡPWⅢ由坡度引起作用于回转部分上的水平力(PG+PQx)sinγ(PG+PQ)sinγPGsinγ回转部分的水平惯性力（不包括物品）变幅机构制动PHb回转机构制动PHWPHW回转时的离心力PLPL回转驱动机构最后一级齿轮的啮合力PZⅠPZⅡ总之，不管作用在起重机回转部分的外载荷有多少，可以简化成3个力：垂直力水平力总的力矩iVVPP2Hy2HxHPPP2y2xMMM为了减少倾覆力矩，在回转部分上一般装有配重原则：最大幅度满载时的前倾力矩等于最小幅度空载时后倾力矩。方法：前倾力矩后倾力矩cPbPR)PP(MGcG1QmaxGQ1bPRPcPMG1minG0minGc2由求得：为了减轻自重，有的不用对重或用较轻的对重。21MM2cb2P)RR(PRPPG1minmaxG0max,QQGc二、柱式旋转支承装置计算以转柱式为例：ⅰ推力轴承的支力：ⅱ径向轴承的支承力：ⅲ水平轮的轮压：对下支承取矩，和VzPPhMMhMP2y2xR0My下0Mx下0My下0Mh]Pcos)PP[(yHxl2l10Mx下0Mh]Psin)PP[(xHyl2l1sin|hM||P|cos|hM||P|[21PxHyyHxl1sin|hM||P|cos|hM||P|[21PxHyyHxl2通常：a.轮子是在同一平面b.载荷主要是臂架平面内c．，，通常d．上述轮压要换成计算轮压方可。0Hy0Mx2cos|hM||P|PPyHxl2l1cosl2l1PP、30水平轮接触强度的计算：疲劳计算载荷同运行机构一样，参阅3811-83规范分别按轴承系列选用3P2PPminmaxczPVP三、转盘式支承装置的计算（一）滚轮式回转支承装置的计算三个内容：ⅰ确定轨道直径ⅱ中心枢轴计算ⅲ轮压计算I根据倾覆力矩计算。（保证不需中心轴参与工作）回转部分在最大工作载荷下不倾翻。xbyaMPMP)(1.1一般回转部分稳定系数—VyminPMaVxminPMb22minba2Dⅱ根据水平力（Ⅲ类）中心枢轴弯矩拉力两者取大值lHM中VyPaMPVxPbMPⅲ轮压计算强度计算同前。)bMaMP(41PxyVBmax0)bMaMP(41PxyVcmin（二）滚子式支承装置的计算1．结构：回转部分的轨道不足，而是圆弧形，通常2．计算的内容ⅰ轨道直径Dⅱ中心枢轴计算ⅲ轮压计算100360①.求D（根据稳定条件，工作状态最大载荷）侧向稳定②.求中心轴与支承滚轮式中心轴计算基本相同（Ⅲ类）VPD2mPVxPMbVminPm2D③．滚子压力（假定只在臂架平面内受弯矩）假定：多支点滚子排列较稀，局部滚子受力，支承环承受由滚子产生的许多集中力的作用，载荷对称于中心面。支承环刚度较大，滚动体与环面之间的变形与载荷是线性关系。起重机工作状态为，满载处于，具有最大前倾力矩，工作状态最大风载沿臂架从后向前吹，前面滚子轮压最大。maxQmaxR——承载滚子数，——滚子总数——圆弧轨道的圆心角——承载滚子中心到轴线的距离0r2MDnPPr2MDnPPn1i2iVmaxn1i2iVmax0n180nn0nirzy2n2322212irrrrr或：式中：K——依而定的系数0nDKMnPPnDKMnPPVminVmax推导：在滑轨单位长度上引起的比压力cosppmax20maxd2Dcosp4M202022max2max2dcosDpdcosp4D44sinDp2max每一个滚子上的压力可看作是节距t一段滑轨上的压力总和。通常sin4DMp2maxDnKMsin4DnMnDptpPmaxmaxmaxsin4K557.2K100三、滚动轴承式回转装置的计算计算内容：1.根据结构和载荷大小定轴承的总体尺寸；2.求滚动体的最大作用力；3.验算滚动体与滚道的接触强度。1．总体尺寸主要指中心圆直径D和滚动体直径d，（先选定形式，和D，d，然后进行验算）。有了D，d后，一列滚动体数目无隔离体有隔离体式中:D——滚动体中心圆直径（303页表）d——滚动体直径k——用以考虑放置隔离圈在滚动体间的空隙系数计算时可取k=1.2~1.45.0dDnkdDn2.求滚动体上所受的最大作用力假定：①不考虑加工误差。②内外座圆为刚体。③滚动体大小相同。④滚道无高低不平。⑤滚道之间无间隙。⑥受力后仅滚动体变形。载荷分配：（一）垂直力PV均匀分布在滚动体上。M的作用：ⅰ滚动体的变形与坐标成正比。(不是线性关系)nPPVcosZZmax1cosZZRxmaxcosZZRxZmaxmaxⅱ假想滚动体是连续的，其反力线密度为：式中：C——常数r——指数滚柱：r＝1滚珠：r＝1.5ⅲPV和M可分别考虑，最后相加。（有误差）rZCprmaxmrrmaxmcospcosZCpDnKMpm对于滚子式：对于滚珠式：2020rmmaximRcosRdcosp4xRdp4M201r2mmaxdcosR4p1r2mmaxRpM5.1r2mmaxR88p.2M每个滚珠相当弧长，最大滚子压力为考虑到有轴向间隙存在时，K——系数滚珠轴承K＝4～4.5滚珠轴承K＝4.5～5轨道刚性大时取小值，小时取大值时时5.1r1rnD37M.4pnD4MnR2RMPmax2maxnR2nDKMpmmaxP