旋轉(zhuǎn)支撐系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

1、裝訂線安徽工業(yè)大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書4.4 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承4.4.1 構(gòu)造、類型和特點(diǎn)滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承由內(nèi)外座圈、滾動(dòng)體、隔離體、密封裝置、潤滑裝置和連接螺栓等組成。它是在普通滾動(dòng)軸承基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，但又有其特點(diǎn)。普通軸承主要起支承作用而它還要傳遞運(yùn)動(dòng)；普通軸承內(nèi)外座圈的寬度與徑向尺寸之比遠(yuǎn)大于回轉(zhuǎn)支承，其剛度靠軸承座裝配來保證，而回轉(zhuǎn)支承則靠支承它的轉(zhuǎn)臺(tái)與底架來保證，設(shè)計(jì)時(shí)必須注意轉(zhuǎn)臺(tái)與底架的剛度；普通軸承轉(zhuǎn)速高，滾動(dòng)體與滾道接觸的變化次數(shù)也多，失效形式主要是疲勞點(diǎn)蝕，回轉(zhuǎn)支承轉(zhuǎn)速低，載荷大，失效形式主要是塑性變形，故一般進(jìn)行靜容量計(jì)算即可?；剞D(zhuǎn)支承按滾動(dòng)體型式有滾球和滾柱；按

2、滾動(dòng)體排數(shù)有單排、雙排和多排；按滾道型式有圓弧曲面、平面和鋼絲滾道等。常用的有單排滾球式、雙排滾球式、單排交叉滾柱式和組合滾柱式等四種。4.4.2 回轉(zhuǎn)支承的確定結(jié)合設(shè)計(jì)題目，采用單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承便可以滿足設(shè)計(jì)要求，具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式如圖4-7所示。查表4-4確定型號(hào)為013，014型0安裝型孔（圖4-8），初步設(shè)計(jì)選用013.25.400型號(hào)尺寸，具體的參數(shù)如表4-5所示。圖4-7 單排球內(nèi)齒式回轉(zhuǎn)支承1-連接螺栓 2-外座圈 3-密封裝置 4-滾動(dòng)體 5-內(nèi)座圈 6-潤滑裝置 7-隔離體 8-插銷 9堵塞表4-4 單排球式回轉(zhuǎn)軸承Q系列（JG/T66）外齒式QWAQWBQWCQWD

3、內(nèi)齒式QNAQNBQNCQND無齒式QUAQUBQUCQUDHS系列（JG/T66）HSWHSN01系列（JB/T2300）010型0型孔1型孔2型孔3型孔011，012型0型孔1型孔2型孔3型孔013，014型0型孔1型孔2型孔3型孔HS系列（JB/T2300）HSWHSNHSB圖4-8 013，014，0型安裝孔表4-5 回轉(zhuǎn)支承基本參數(shù)基本型號(hào)外形尺寸安裝孔尺寸結(jié)構(gòu)尺寸齒輪參數(shù)內(nèi)齒參數(shù)4.4.3 回轉(zhuǎn)支承的受力分析研究滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承的受力狀態(tài)在于找出受力最大的滾動(dòng)體上的負(fù)荷，驗(yàn)算滾動(dòng)體與滾道的接觸強(qiáng)度?；剞D(zhuǎn)支承的座圈是一個(gè)以滾動(dòng)體為支點(diǎn)的多支點(diǎn)環(huán)形梁，承受著軸向載荷、傾覆力矩和徑向力

4、。設(shè)內(nèi)座圈與轉(zhuǎn)臺(tái)固定，外座圈與底架固定，力的傳遞路線是轉(zhuǎn)臺(tái)經(jīng)內(nèi)座圈、滾動(dòng)體、外座圈到底架，如圖4-9所示。由于內(nèi)力分布與內(nèi)外座圈的剛度、滾動(dòng)體和滾道加工有關(guān)，為簡化計(jì)算，假定：（1）內(nèi)外座圈為絕對(duì)剛體，受力后變形只發(fā)生在滾動(dòng)體與滾道接觸處。（2）滾動(dòng)體與滾道接觸良好，無加工誤差，無軸向間隙和徑向間隙。內(nèi)力計(jì)算有變形疊加法和載荷疊加法，后者僅適用于作用力和變形是線性關(guān)系的情況?？紤]到載荷疊加法比較簡單，計(jì)算結(jié)果能滿足要求，因此仍采用載荷疊加法計(jì)算內(nèi)力，即上述三種載荷在滾道上引起的正壓力分別計(jì)算后再疊加。4.4.3.1 單排球式回轉(zhuǎn)支承受力分析1.計(jì)算在作用下，根據(jù)上述假定每一個(gè)滾動(dòng)體對(duì)滾道的正壓

5、力為 （4-7）式中 滾動(dòng)體總數(shù)；帶隔離塊時(shí) （4-8） 不帶隔離塊時(shí) （4-9）式中為滾道中心直徑（），為隔離塊有效寬度（），當(dāng) 時(shí)=，當(dāng)時(shí)=。算出的值對(duì)交叉滾柱式應(yīng)圓整到最接近的較小偶數(shù)；對(duì)四點(diǎn)接觸式應(yīng)圓整到最接近的較小數(shù)。由上述可知，本設(shè)計(jì)采用隔離塊，且，所以取=，按式3-8計(jì)算可得：46.52取=46，即滾動(dòng)體個(gè)數(shù)為46個(gè)。 滾動(dòng)體與滾道的接觸角。圖 4-9單排球式回轉(zhuǎn)支承受力分析2.計(jì)算（圖4-10）在傾復(fù)力矩作用下，按照上述假定滾動(dòng)體與滾道之間的彈性接觸變形與橫坐標(biāo)成比例。令受載最大的滾動(dòng)體其變形量為，則有 （4-10）為簡化計(jì)算，暫時(shí)忽略接觸角的影響。按照彈性接觸理論，正壓力與變

6、形的關(guān)系為 （4-11）式中比例常數(shù)，與滾動(dòng)體和滾道的幾何尺寸，材料和接觸情況有關(guān)。于是 （4-12）由于滾動(dòng)體數(shù)量很多，可認(rèn)為其變形式連續(xù)的，令表示滾動(dòng)體的角節(jié)距，則單位弧長上的負(fù)荷為 （4-13）在一段微小弧長上的正壓力對(duì)坐標(biāo)的力矩為 （4-14）根據(jù)力矩平衡條件圖 4-10單排球式回轉(zhuǎn)支承受力分析 即 （4-15）式中 圖 4-11單排球式回轉(zhuǎn)支承受力分析引入接觸角，則有： （4-16）3計(jì)算（圖4-11）在徑向載荷作用下，假定回轉(zhuǎn)支承只有坐標(biāo)右側(cè)的滾動(dòng)體受力，滾動(dòng)體沿坐標(biāo)方向的移動(dòng)量相等，用表示，滾動(dòng)體在徑向的變形符合余弦規(guī)律，即=，又，則有： （4-17）設(shè)表示滾動(dòng)體的角節(jié)距，則單位

7、弧長上的徑向力為 （4-18）在1一段微小弧長上投影到2作用方向的分力為 （4-19）根據(jù)力的平衡條件 （4-20）積分符號(hào)內(nèi)的“2”表示單排球在2作用下有兩條滾道（圖4-12）。圖 4-12于是 引入接觸角 （4-21）令，在、共同作用下受載最大一顆滾動(dòng)體對(duì)滾道的正壓力為 （4-22）由于間隙的存在，使受載滾動(dòng)體的數(shù)目減少，因此上式中的系數(shù)應(yīng)酌情增加，即 （4-23）代入數(shù)據(jù)到式4-27可得受力最大的滾動(dòng)體對(duì)滾道的正壓力為：4.5 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承的校核4.5.1 當(dāng)量軸向負(fù)荷的計(jì)算對(duì)交叉滾柱式： （4-24）對(duì)單排四點(diǎn)接觸球式： （4-25）式中 滾道中心直徑（）； 作用在回轉(zhuǎn)支承上的總

8、軸向力（）； 作用在回轉(zhuǎn)支承上的總傾復(fù)力矩（）； 在力矩作用平面內(nèi)的總徑向力（）。本設(shè)計(jì)采用單排四點(diǎn)接觸式回轉(zhuǎn)支承，把數(shù)據(jù)代入4-25可得：4.5.2 負(fù)荷能力的計(jì)算回轉(zhuǎn)支承的負(fù)荷能力一般用凈容量和動(dòng)容量表示。凈容量是指回轉(zhuǎn)支承在靜負(fù)荷作用下滾動(dòng)體和滾道接觸處的永久變形量之和達(dá)到滾動(dòng)體直徑萬分之一而不影響回轉(zhuǎn)支承正常運(yùn)轉(zhuǎn)的負(fù)荷能力。動(dòng)容量是指回轉(zhuǎn)支承回轉(zhuǎn)達(dá)到100萬轉(zhuǎn)后不出現(xiàn)疲勞裂紋的負(fù)荷能力，挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承的轉(zhuǎn)速較低，一般進(jìn)行靜容量計(jì)算即可?；剞D(zhuǎn)支承的靜容量計(jì)算如下：對(duì)單排四點(diǎn)接觸球式 （4-26）對(duì)單排交叉滾柱式 （4-27）式中分別為滾柱和滾球的靜容量系數(shù)，一般； 滾動(dòng)體直徑； 滾柱有效

9、長度，； 滾動(dòng)體和滾道的接觸角，在系列標(biāo)準(zhǔn)中??； 滾動(dòng)體總數(shù)，由上可知為46。本設(shè)計(jì)采用單排四點(diǎn)接觸式回轉(zhuǎn)支承，把數(shù)據(jù)代入4-26可得：系列標(biāo)準(zhǔn)中的額定靜容量是按滾道表面硬度HRC55，并帶隔離塊時(shí)算出的，若情況改變，應(yīng)重新按上式計(jì)算。本設(shè)計(jì)的額定靜容量是按滾道硬度HRC56，帶隔離塊來選取的，靜容量系數(shù)按表4-6選用。表4-6 回轉(zhuǎn)支承靜容量系數(shù)滾道表面硬度HRC45485052535556586061靜容量系數(shù)17222527313436414649回轉(zhuǎn)支承安全性能的校核安全系數(shù) （4-28）從結(jié)果可知，所選回轉(zhuǎn)支承完全能滿足設(shè)計(jì)要求。4.6 影響回轉(zhuǎn)支承承載能力的因素回轉(zhuǎn)支承的失效形式有

10、兩種，一是滾道損壞，二是斷齒，而滾道損壞占的比例達(dá)98%以上，因此可以說，滾道質(zhì)量是回轉(zhuǎn)支承質(zhì)量的核心問題，影響回轉(zhuǎn)支承滾道質(zhì)量的因素較多，其中滾道淬火硬度、淬硬層深度、滾道曲率半徑和接觸角無疑是最重要的四個(gè)影響因素，它們以不同的方式影響著滾道質(zhì)量，并決定了回轉(zhuǎn)支承的承載能力和使用壽命。1、滾道硬度 回轉(zhuǎn)支承滾道淬火硬度對(duì)其額定靜容量影響較大，如以HRC55時(shí)額定靜容量為標(biāo)準(zhǔn)1，則滾道硬度與額定靜容量有下列對(duì)應(yīng)關(guān)系（表4-7）：表4-7滾道硬度與額定靜容量的對(duì)應(yīng)關(guān)系滾道硬度HRC6059585756555350靜容量對(duì)比系數(shù)1.531.391.291.161.0510.820.58標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最

11、低硬度為HRC55，通常實(shí)際平均淬火硬度在HRC57左右，因此絕大多數(shù)回轉(zhuǎn)支承實(shí)際承載能力均高于按HRC55計(jì)算的理論值。從上表也可看出當(dāng)硬度低于HRC53時(shí)，即使留有1.2的安全系數(shù)，使用也不安全了，特別當(dāng)硬度只有HRC50時(shí)，1.7倍的安全系數(shù)也形同虛設(shè)，非常危險(xiǎn)。硬度不夠極易造成回轉(zhuǎn)支承失效，從滾道表面點(diǎn)蝕開始到坍塌結(jié)束。2、滾道淬硬層深度 滾道淬硬層深度目前尚無無損檢測(cè)的方法，主要靠工藝和裝備來保證，必要的淬硬層深度是回轉(zhuǎn)支承滾道不產(chǎn)生剝落的保證。當(dāng)回轉(zhuǎn)支承受外負(fù)荷作用時(shí)，鋼球與滾道的點(diǎn)接觸就變成了面接觸，是一個(gè)長半軸為a，短半軸為b的橢圓面，滾道除受壓應(yīng)力外，還受到剪切應(yīng)力作用，最大

12、剪切應(yīng)力發(fā)生在表面下0.47a深處，因此滾道淬硬層深度須大于0.47a（一般取0.6a），這也是標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)鋼球直徑大小，而不是根據(jù)回轉(zhuǎn)支承直徑大小來規(guī)定淬硬層深度的原因，同時(shí)給出了具體最小保證值。3、滾道曲率半徑 這里的滾道曲率半徑是指滾道在垂直剖面內(nèi)的曲率半徑，它與鋼球半徑的比值t（一般為 1.041.08）的大小也顯著影響著回轉(zhuǎn)支承的額定靜容量和動(dòng)容量（壽命Lh），設(shè)t=1.04時(shí)為額定靜容量和壽命均為1，則有下表4-8對(duì)比關(guān)系：表4-8額定靜容量與壽命的對(duì)比關(guān)系曲率比t1.041.061.081.10CO10.820.720.65Lh10.590.430.33從表中可看出半徑比越大額定靜

13、容量越低，使用壽命越短，即使?jié)L道熱處理硬度和淬硬層深度都符合標(biāo)準(zhǔn)要求，而不能有效控制該半徑比，回轉(zhuǎn)支承的承載能力和使用壽命仍達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值，而這一點(diǎn)往往被忽視，但它卻是影響回轉(zhuǎn)支承性能的重要參數(shù)。4、滾道接觸角 該接觸角是指鋼球在滾道上的接觸點(diǎn)和鋼球球心連線與回轉(zhuǎn)支承徑向剖面（水平面）之間的夾角?；剞D(zhuǎn)支承的額定靜容量CO與sin成線性正比，一般原始接觸角取45º，之所以稱之謂原始接觸角，是因它是滾道設(shè)計(jì)計(jì)算和測(cè)量的角度，在回轉(zhuǎn)支承軸、徑向間隙為0時(shí)，原始接觸角和裝配后的實(shí)際接觸角一致，當(dāng)回轉(zhuǎn)支承有間隙時(shí)，實(shí)際接觸角大于原始接觸角，間隙越大，實(shí)際接觸角越大，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的間隙范圍內(nèi)一般將增

14、加2º 10º,即實(shí)際接觸角將達(dá)到55º這是一個(gè)對(duì)承載能力有利的變化，如果原始接觸角和間隙都較大，實(shí)際接觸角超過隨著滾道的磨損間隙將進(jìn)一步加大，實(shí)際接觸角也將增大，也就是鋼球的落點(diǎn)向滾道邊緣靠近，這時(shí)將出現(xiàn)接觸橢圓面超出滾道邊緣，滾道實(shí)際受力將高于理論計(jì)算應(yīng)力，而造成滾道邊緣壓潰，回轉(zhuǎn)支承失效。因此控制好原始接觸角和裝配間隙已不是一個(gè)簡單的精度問題，而是保證承載能力和使用壽命的大事。 影響原始接觸角的因素是滾道半徑誤差和上、下半弧偏心距的誤差，而實(shí)際接觸角以原始接觸角為最小值，隨著間隙的加大而加大，當(dāng)鋼球與滾道的曲率比不同時(shí)，同樣的滾道半徑和上、下弧偏心距誤差對(duì)原

15、始接觸角誤差大小的影響程度不同。同樣，裝配間隙對(duì)實(shí)際接觸角的影響也與曲率比有關(guān)，曲率比越小，實(shí)際接觸角越大，換言之曲率比越小，原始接觸角越難控制，間隙對(duì)實(shí)際接觸角影響越大。4.7 連接螺栓的校核本設(shè)計(jì)回轉(zhuǎn)支承連接螺栓采用的是的螺栓，等級(jí)為8.8級(jí)?；剞D(zhuǎn)支承的連接螺栓都加有相當(dāng)大的預(yù)緊力以增加連接的可靠性，因此應(yīng)按受有預(yù)緊力和工作拉力的螺栓進(jìn)行計(jì)算。單個(gè)螺栓連接受力變形狀態(tài)如圖4-13所示。表4-12系數(shù)值單排四點(diǎn)接觸球式雙排球式單排交叉滾柱式三排滾柱式1.工作載荷計(jì)算 （4-29）式中 系數(shù)，對(duì)滾球取4.37，對(duì)滾柱取4.1； 內(nèi)圈螺栓數(shù)； 工作載荷，為。圖4-13 單個(gè)螺栓連接受力變形線圖2

16、. 預(yù)緊力的校核 （4-30）式中 施加的預(yù)緊力，其值使螺栓中應(yīng)力達(dá)到材料屈服限的，按螺栓強(qiáng)度等級(jí)和規(guī)格查同濟(jì)大學(xué)版單斗挖掘機(jī)表3-5可得為； 螺栓需要的最大預(yù)緊力，為，由下式求得： （4-31）式中 扭力扳手的扭緊系數(shù)，??； 螺栓中的殘余預(yù)緊力，由表34-13查得為； 螺栓相對(duì)剛度，按由圖4-14查得為； 圖4-14 曲線及圖 考慮外力作用位置差異系數(shù)； 回轉(zhuǎn)支承與支架安裝面接合處變形所引起的預(yù)緊力損失，為，其值按下式計(jì)算： （4-32）式中 全部被連接件彈性變形之和，為，其值按下式計(jì)算：= （4-33） 鋼的彈性系數(shù)，由圖4-15查得為。圖4-15 鋼的彈性系數(shù)把相關(guān)數(shù)據(jù)代入式4-30、4

17、-31、4-32可得：3.螺栓疲勞強(qiáng)度校核 （4-34）式中 螺栓的允許疲勞應(yīng)力幅，為，對(duì)滾壓、車削、淬火回火處理等方法制造的螺栓，查表4-14可得為； 螺栓的疲勞應(yīng)力幅。表4-14 螺栓的允許疲勞應(yīng)力幅（）螺栓規(guī)格螺栓等級(jí)40 （4-35）式中 螺栓芯部最小截面積查同濟(jì)大學(xué)版單斗挖掘機(jī)表3-5可得為。括號(hào)前的系數(shù)2是考慮彎曲應(yīng)力影響； 可能出現(xiàn)的最大載荷，由于本設(shè)計(jì)只進(jìn)行靜載荷計(jì)算，不進(jìn)行整機(jī)穩(wěn)定性的校核，所以大概?。?螺栓疲勞應(yīng)力幅，為。把相關(guān)數(shù)據(jù)代入式4-34、4-35可得： 即所用螺栓完全滿足強(qiáng)度條件。表4-15 回轉(zhuǎn)液壓油路型式驅(qū)動(dòng)方式定量泵分功率變量泵全功率變量泵傳動(dòng)方式代號(hào)參見圖

18、號(hào)回轉(zhuǎn)制動(dòng)方式液壓液壓+機(jī)械機(jī)械液壓液壓+機(jī)械機(jī)械液壓液壓+機(jī)械機(jī)械轉(zhuǎn)臺(tái)可否自由轉(zhuǎn)動(dòng)不可可不可可不可可 圖4-18 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳動(dòng)和制動(dòng)方式1-定量泵 2-高壓管路 3-安全閥 4-換向閥 5-回轉(zhuǎn)馬達(dá) 6-過載閥 7-單向閥 8-制動(dòng)器 9-分功率變量泵 10、11-全功率變量泵本設(shè)計(jì)所采用的驅(qū)動(dòng)方式是全功率變量泵，采用高速方案，用高速液壓馬達(dá)經(jīng)齒輪減速器帶動(dòng)小齒輪繞回轉(zhuǎn)支承上的固定齒圈滾動(dòng)。4.9 回轉(zhuǎn)阻力矩計(jì)算挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)時(shí)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)阻力矩按下式計(jì)算： （4-36）式中 回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩； 回轉(zhuǎn)起動(dòng)時(shí)的回轉(zhuǎn)慣性阻力矩。4.9.1 回轉(zhuǎn)慣性阻力矩計(jì)算回轉(zhuǎn)慣性阻力矩可按下式計(jì)算： （4-37）式中