旋轉(zhuǎn)支撐系統(tǒng)設(shè)計要求

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

2、滾動體排數(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)計題目，采用單排四點接觸球式回轉(zhuǎn)支承便可以滿足設(shè)計要求，具體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式如圖4-7所示。查表4-4確定型號為013，014型0安裝型孔（圖4-8），初步設(shè)計選用013.25.400型號尺寸，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體上的負(fù)荷，驗算滾動體與滾道的接觸強度?；剞D(zhuǎn)支承的座圈是一個以滾動體為支點的多支點環(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)臺固定，外座圈與底架固定，力的傳遞路線是轉(zhuǎn)臺經(jīng)內(nèi)座圈、滾動體、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、滾動體和滾道加工有關(guān)，為簡化計算，假定：（1）內(nèi)外座圈為絕對剛體，受力后變形只發(fā)生在滾動體與滾道接觸處。（2）滾動體與滾道接觸良好，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，計算結(jié)果能滿足要求，因此仍采用載荷疊加法計算內(nèi)力，即上述三種載荷在滾道上引起的正壓力分別計算后再疊加。4.4.3.1 單排球式回轉(zhuǎn)支承受力分析1.計算在作用下，根據(jù)上述假定每一個滾動體對滾道的正壓

5、力為 （4-7）式中 滾動體總數(shù)；帶隔離塊時 （4-8） 不帶隔離塊時 （4-9）式中為滾道中心直徑（），為隔離塊有效寬度（），當(dāng) 時=，當(dāng)時=。算出的值對交叉滾柱式應(yīng)圓整到最接近的較小偶數(shù)；對四點接觸式應(yīng)圓整到最接近的較小數(shù)。由上述可知，本設(shè)計采用隔離塊，且，所以取=，按式3-8計算可得：46.52取=46，即滾動體個數(shù)為46個。 滾動體與滾道的接觸角。圖 4-9單排球式回轉(zhuǎn)支承受力分析2.計算（圖4-10）在傾復(fù)力矩作用下，按照上述假定滾動體與滾道之間的彈性接觸變形與橫坐標(biāo)成比例。令受載最大的滾動體其變形量為，則有 （4-10）為簡化計算，暫時忽略接觸角的影響。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）由于滾動體數(shù)量很多，可認(rèn)為其變形式連續(xù)的，令表示滾動體的角節(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)的滾動體受力，滾動體沿坐標(biāo)方向的移動量相等，用表示，滾動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體對滾道的正壓力為 （4-22）由于間隙的存在，使受載滾動體的數(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體對滾道的正壓力為：4.5 滾動軸承式回轉(zhuǎn)支承的校核4.5.1 當(dāng)量軸向負(fù)荷的計算對交叉滾柱式： （4-24）對單排四點接觸球式： （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)計采用單排四點接觸式回轉(zhuǎn)支承，把數(shù)據(jù)代入4-25可得：4.5.2 負(fù)荷能力的計算回轉(zhuǎn)支承的負(fù)荷能力一般用凈容量和動容量表示。凈容量是指回轉(zhuǎn)支承在靜負(fù)荷作用下滾動體和滾道接觸處的永久變形量之和達到滾動體直徑萬分之一而不影響回轉(zhuǎn)支承正常運轉(zhuǎn)的負(fù)荷能力。動容量是指回轉(zhuǎn)支承回轉(zhuǎn)達到100萬轉(zhuǎn)后不出現(xiàn)疲勞裂紋的負(fù)荷能力，挖掘機回轉(zhuǎn)支承的轉(zhuǎn)速較低，一般進行靜容量計算即可。回轉(zhuǎn)支承的靜容量計算如下：對單排四點接觸球式 （4-26）對單排交叉滾柱式 （4-27）式中分別為滾柱和滾球的靜容量系數(shù)，一般； 滾動體直徑； 滾柱有效

9、長度，； 滾動體和滾道的接觸角，在系列標(biāo)準(zhǔn)中??； 滾動體總數(shù)，由上可知為46。本設(shè)計采用單排四點接觸式回轉(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，并帶隔離塊時算出的，若情況改變，應(yīng)重新按上式計算。本設(shè)計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其額定靜容量影響較大，如以HRC55時額定靜容量為標(biāo)準(zhǔn)1，則滾道硬度與額定靜容量有下列對應(yīng)關(guān)系（表4-7）：表4-7滾道硬度與額定靜容量的對應(yīng)關(guān)系滾道硬度HRC6059585756555350靜容量對比系數(shù)1.531.391.291.161.0510.820.58標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的最

11、低硬度為HRC55，通常實際平均淬火硬度在HRC57左右，因此絕大多數(shù)回轉(zhuǎn)支承實際承載能力均高于按HRC55計算的理論值。從上表也可看出當(dāng)硬度低于HRC53時，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，1.7倍的安全系數(shù)也形同虛設(shè)，非常危險。硬度不夠極易造成回轉(zhuǎn)支承失效，從滾道表面點蝕開始到坍塌結(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，鋼球與滾道的點接觸就變成了面接觸，是一個長半軸為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容量（壽命Lh），設(shè)t=1.04時為額定靜容量和壽命均為1，則有下表4-8對比關(guān)系：表4-8額定靜容量與壽命的對比關(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不到標(biāo)準(zhǔn)值，而這一點往往被忽視，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。回轉(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)計計算和測量的角度，在回轉(zhuǎn)支承軸、徑向間隙為0時，原始接觸角和裝配后的實際接觸角一致，當(dāng)回轉(zhuǎn)支承有間隙時，實際接觸角大于原始接觸角，間隙越大，實際接觸角越大，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的間隙范圍內(nèi)一般將增

14、加2º 10º,即實際接觸角將達到55º這是一個對承載能力有利的變化，如果原始接觸角和間隙都較大，實際接觸角超過隨著滾道的磨損間隙將進一步加大，實際接觸角也將增大，也就是鋼球的落點向滾道邊緣靠近，這時將出現(xiàn)接觸橢圓面超出滾道邊緣，滾道實際受力將高于理論計算應(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，同樣的滾道半徑和上、下弧偏心距誤差對原

15、始接觸角誤差大小的影響程度不同。同樣，裝配間隙對實際接觸角的影響也與曲率比有關(guān)，曲率比越小，實際接觸角越大，換言之曲率比越小，原始接觸角越難控制，間隙對實際接觸角影響越大。4.7 連接螺栓的校核本設(shè)計回轉(zhuǎn)支承連接螺栓采用的是的螺栓，等級為8.8級?；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行計算。單個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.工作載荷計算 （4-29）式中 系數(shù)，對滾球取4.37，對滾柱取4.1； 內(nèi)圈螺栓數(shù)； 工作載荷，為。圖4-13 單個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)力達到材料屈服限的，按螺栓強度等級和規(guī)格查同濟大學(xué)版單斗挖掘機表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)，取； 螺栓中的殘余預(yù)緊力，由表34-13查得為； 螺栓相對剛度，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，其值按下式計算： （4-32）式中 全部被連接件彈性變形之和，為，其值按下式計算：= （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.螺栓疲勞強度校核 （4-34）式中 螺栓的允許疲勞應(yīng)力幅，為，對滾壓、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40 （4-35）式中 螺栓芯部最小截面積查同濟大學(xué)版單斗挖掘機表3-5可得為。括號前的系數(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)計只進行靜載荷計算，不進行整機穩(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度條件。表4-15 回轉(zhuǎn)液壓油路型式驅(qū)動方式定量泵分功率變量泵全功率變量泵傳動方式代號參見圖

18、號回轉(zhuǎn)制動方式液壓液壓+機械機械液壓液壓+機械機械液壓液壓+機械機械轉(zhuǎn)臺可否自由轉(zhuǎn)動不可可不可可不可可 圖4-18 回轉(zhuǎn)機構(gòu)的傳動和制動方式1-定量泵 2-高壓管路 3-安全閥 4-換向閥 5-回轉(zhuǎn)馬達 6-過載閥 7-單向閥 8-制動器 9-分功率變量泵 10、11-全功率變量泵本設(shè)計所采用的驅(qū)動方式是全功率變量泵，采用高速方案，用高速液壓馬達經(jīng)齒輪減速器帶動小齒輪繞回轉(zhuǎn)支承上的固定齒圈滾動。4.9 回轉(zhuǎn)阻力矩計算挖掘機回轉(zhuǎn)時回轉(zhuǎn)機構(gòu)的回轉(zhuǎn)阻力矩按下式計算： （4-36）式中 回轉(zhuǎn)摩擦阻力矩； 回轉(zhuǎn)起動時的回轉(zhuǎn)慣性阻力矩。4.9.1 回轉(zhuǎn)慣性阻力矩計算回轉(zhuǎn)慣性阻力矩可按下式計算： （4-37）式中