第六章回轉機構

1、 第六第六 章章 回轉機構回轉機構 2008.7大連理工大學機械學院苗0411-84798306-1 概述概述 n定義定義 使起重機回轉部分在水平面內繞回轉中心線轉動的機構稱為回轉機構。n作用作用 使物品在水平面內沿弧線運移，擴大工作范圍。n回轉起重機的結構類型回轉起重機的結構類型1. 簡單固定柱式起重機2. 帶運行小車的固定柱式起重機3. 墻上回轉運行起重機4. 建筑起重機 5. 流動性起重機：汽車吊，輪胎吊，履帶吊6. 門座起重機： 浮吊， 鐵路吊等。 n回轉機構的特點回轉機構的特點支承裝置較簡單阻力小，（滾珠）回轉速度小，（港口2r/min ，塔吊0.5r/mi

2、n）傳動機構較復雜ni 大，可高達9000n回轉軸線垂直，傳動方式布置較難。圓錐傳動有潤滑問題，蝸輪傳動有效率問題。n摩擦力矩限制器工作范圍有限。n組成部分組成部分 兩大部分： 回轉支承裝置 回轉驅動裝置6-2 回轉支承裝置的形式與構造回轉支承裝置的形式與構造 n回轉支承裝置的作用：回轉支承裝置的作用：保證回轉部分有確定的運動。（回轉）要能承受起重機回轉部分的各種載荷n垂直力 （自重、吊重） n水平力 （風力、移動慣性力、離心力） n傾覆力矩 n結構類型結構類型 滾動軸承式滾子式輪式轉盤式定柱式懸臂梁式簡支梁式轉柱式柱式回轉支撐裝置（一）（一） 柱式回轉支承裝置柱式回轉支承裝置1 定柱式特點：

3、n上支承承受水平力， 垂直力n下支承承受水平力n滾輪放在旋轉部分。n止推軸承放在上面。2轉柱式回轉支承裝置如門座特點： n上支承支承水平力n下支承支承水平力， 垂直力n止推軸承放在下面（與定柱式相反）n滾輪裝在轉柱上。 因為滾輪是在圓軌道的里面滾動，接觸點的曲率比較有利，使?jié)L輪能承受較大的支承力。 總的來說，柱式回轉支承裝置，主要由一個柱子，兩個水平支承及一個垂直推力軸承組成，只是根據柱式固定和轉動分為定柱式和轉柱式。其共同點是承受傾覆力矩的能力較好 。 （二）轉盤式回轉支承裝置（二）轉盤式回轉支承裝置特點： 設有很長的柱子，所占的空間高度較小，所以轉盤式回轉支承裝置主要用在高度受一定限制的地

4、方。如汽車吊，輪胎吊，裝卸橋上的回轉機構?；剞D部分裝在一個大轉盤上，轉盤通過滾動體（滾輪，滾子，滾珠等），支承于固定部分上。轉盤式有：輪式，滾子式及滾動軸承三種。1輪式回轉支承裝置 回轉部分支承在車輪裝置構成的支點上，輪子支承在非回轉的部分上。 主要用于大直徑的回轉機構上。n輪子的數目： 一般為四個，穩(wěn)定性好，超靜定，抗傾覆大。 三個，靜定，穩(wěn)定性差，安裝要求低，抗傾覆小。 同樣的M傾，三支點的軌道直徑會很大。載荷不大時，每個支點一個輪子，載荷大時用（均衡梁）兩個輪子。n輪子踏面： 無磨損 圓柱形踏面 鼓形踏面 上述輪子承受垂直載荷，水平和彎矩靠中心軸；或水平輪軸線傾斜軸線水平圓錐形踏面回轉直

5、徑大磨損比上好磨損嚴重n軸有兩種： 一種是旋轉，一種是固定的作用： 承受水平力和傾覆力矩 保持一定的回轉位置 中心軸需是空的，以便安裝電纜。 2滾子式回轉支承裝置 u結構形式 是將許多圓錐式圓柱滾子裝在上下兩個環(huán)形軌 道之間，下軌道為固定部分，上軌道為轉動部 分。滾子通過拉桿或保持架組合在一起。 轉動部分的環(huán)形軌道常制成前后兩段圓弧。目的是提高支承抗傾翻能力。u特點：n滾子多，承載能力大。n抗傾翻能力比輪式大，相同，結構可以小。n高度低。n工作條件差，磨損嚴重。n由于磨損不均，工作不平穩(wěn)，沖擊大 由于 的原因，已被回轉支承所取代。3滾動軸承式（回轉支承裝置）u作用： 保持回轉運動 承受 :垂直

6、力 PV 、水平力 PH 、和傾覆 力矩 M u結構形式 根據形狀：滾珠，滾子 四點接觸單排滾珠 雙排滾珠式結構復雜 雙排滾子式 交叉滾子式單排滾子 三排滾子式滾珠的承載能力低于滾柱。大載荷一般選用滾柱，小載荷一般選用滾珠。滾動軸承是目前國內外廣泛采用的一種轉盤式回轉支承裝置。汽車、輪胎、履帶、門座、塔式與浮式起重機上都采用。（徐州回轉軸承廠）。國內常用的滾動軸承是單列滾珠式與交叉滾子式。u特點：u結構緊湊； n 裝配與維護簡單，密封與潤滑條件好。n 軸向間隙小，工作平穩(wěn)。n 軸承中央可以作為通道，布置起來方便。n 旋轉阻力小，磨損小，壽命長。n 對于材料與加工工藝要求高。n 成本較高。n 損

7、壞后修理不便。n 對與它連接的金屬結構的剛度有較高的要求。6-3 回轉支承裝置的計算回轉支承裝置的計算 一、一、計算載荷計算載荷： 回轉起重機的外載荷絕大部分都作用在起重機的回轉件上。按第二章進行計算。 實際上規(guī)范規(guī)定的計算載荷的確定方法是將起重機機構傳動零部件和支承零部件分開考慮的。機構傳動件的計算載荷取決于電動機工作時發(fā)出的載荷。支承裝置的計算載荷只取決于支承的最大壓力和最小壓力，主要是計算簡便而又符合實際。 一般按三類載荷情況進行計算：uA類載荷 （無風工作情況）u 包括： 、回轉部分的自重 、等效載荷 起吊額定起重量GP效QPmaxR8 . 00.7R）（等效 、（類）正常風載荷 （支

8、承裝置不計， 僅用于計算功率） 、（類）正常偏擺載荷 （水平移動，風力） 、 回轉部分離心載荷 r- 回轉中心距回轉部分重心的距離。IqIQtgP90rmnr)30n(mrmP222Hl 、 回轉機構制動時作用于回轉部分重心的水平計算力 回轉線速度 m/s 、 小齒輪的嚙合力 通常 回轉阻力矩 大齒輪的節(jié)圓半徑 齒輪壓力角 wzhwHWtVmPwVzIPcosrMPzzIzIzIMzr20u有風工作情況載荷（工作狀態(tài)最大載荷） 進行強度計算的載荷。 、回轉部分的自重 、最大起升載荷 從地面滿速起升物品的動力系數 （靜力超載：為額定起重量125%，其余機構不工作，無風。） GPQ2P2 、 工作

9、最大風載荷 沿臂架由后向前 、 起重機傾斜引起的水平力 wIIPsin)PP(QGu（類）受特殊的工作情況和非工作情況載荷 （非工作狀態(tài)最大載荷）u（驗算載荷起重機不吊載、不工作，臂架處于最小幅度。） 、 自重 、非工作狀態(tài)風載荷 ，臂架處于 ，風沿臂架由前向后吹 、坡度引起的水平力 GPIIIqminRsinPPG回轉支承裝置的計算載荷組合 如下表：載荷名稱載荷組合和計算類別第類第類第類起重機回轉部分自重載荷PGPGPG由額定起重量PQ引起的載荷PQX2PQ鋼絲繩偏斜引起的水平力PQtgPQtg作用于回轉部分上的風力PWPW由坡度引起作用于回轉部分上的水平力(PG+PQx)sin(PG+PQ

10、)sinPGsin回轉部分的水平慣性力（不包括物品）變幅機構制動PHb回轉機構制動PHWPHW回轉時的離心力PLPL回轉驅動機構最后一級齒輪的嚙合力PZPZ總之，不管作用在起重機回轉部分的外載荷有多少，可以簡化成3個力：垂直力水平力總的力矩iVVPP2Hy2HxHPPP2y2xMMM 為了減少傾覆力矩，在回轉部分上一般裝有配重 n原則：最大幅度滿載時的前傾力矩等于最小幅度空載n 時后傾力矩。n方法：前傾力矩 后傾力矩 cPbPR)PP(MGcG1QmaxGQ1bPRPcPMG1minG0minGc2由 求得： 為了減輕自重，有的不用對重或用較輕的對重。21MM 2cb2P)RR(PRPPG1m

11、inmaxG0max,QQGc二、二、 柱式旋轉支承裝置計算柱式旋轉支承裝置計算以轉柱式為例： 推力軸承的支力： 徑向軸承的支承力： 水平輪的輪壓： 對下支承取矩， 和 VzPP hMMhMP2y2xR 0My下 0Mx下 0My下0MhPcos)PP(yHxl2l1 0Mx下0MhPsin)PP(xHyl2l1sin|hM|P|cos|hM|P|21PxHyyHxl1sin|hM|P|cos|hM|P|21PxHyyHxl2通常：a. 輪子是在同一平面 b. 載荷主要是臂架平面內 c ， ， 通常 d 上述輪壓要換成計算輪壓方可。0Hy0Mx2cos|hM|P|PPyHxl2l1cosl2l

12、1PP 、30 水平輪接觸強度的計算： 疲勞計算載荷 同運行機構一樣，參閱3811-83規(guī)范 分別按軸承系列選用3P2PPminmaxczPVP三、轉盤式支承裝置的計算三、轉盤式支承裝置的計算（一）滾輪式回轉支承裝置的計算 三個內容 ：確定軌道直徑 中心樞軸計算 輪壓計算I 根據傾覆力矩計算。（保證不需中心軸參與工作） 回轉部分在最大工作載荷下不傾翻。 xbyaMPMP)( 1 . 1一般回轉部分穩(wěn)定系數VyminPMaVxminPMb22minba2D 根據水平力 （類） 中心樞軸彎矩 拉力 兩者取大值lHM中VyPaMPVxPbMP 輪壓計算 強度計算同前。 )bMaMP(41PxyVBm

13、ax0)bMaMP(41PxyVcmin（二）滾子式支承裝置的計算 1結構：回轉部分的軌道不足 ，而是圓弧 形，通常 2計算的內容 軌道直徑 D 中心樞軸計算 輪壓計算100360.求D （根據穩(wěn)定條件，工作狀態(tài)最大載荷） 側向穩(wěn)定. 求中心軸 與支承滾輪式中心軸計算基本相同（類）VPD2mPVxPMbVminPm2D 滾子壓力 （假定只在臂架平面內受彎矩） 假定： 多支點滾子排列較稀，局部滾子受力，支承環(huán)承 受由滾子產生的許多集中力的作用，載荷對稱于中心面。 支承環(huán)剛度較大，滾動體與環(huán)面之間的變形與載荷是線性關系。 起重機工作狀態(tài)為，滿載 處于 ，具有最大前傾力矩，工作狀態(tài)最大風載沿臂架從后

14、向前吹，前面滾子輪壓最大。maxQmaxR 承載滾子數， 滾子總數 圓弧軌道的圓心角 承載滾子中心到 軸線的距離0r2MDnPPr2MDnPPn1i2iVmaxn1i2iVmax0n180nn0nirzy 2n2322212irrrrr或： 式中：K 依 而定的系數 0nDKMnPPnDKMnPPVminVmax推導：在滑軌單位長度上引起的比壓力cosppmax20maxd2Dcosp4M202022max2max2dcosDpdcosp4D44sinDp2max 每一個滾子上的壓力可看作是節(jié)距t一段滑軌上的壓力總和。 通常sin4DMp2maxDnKMsin4DnMnDptpPmaxmaxm

15、axsin4K557. 2K100三、滾動軸承式回轉裝置的計算 計算內容計算內容： 1. 根據結構和載荷大小定軸承的總體尺寸； 2. 求滾動體的最大作用力； 3. 驗算滾動體與滾道的接觸強度。1總體尺寸主要指中心圓直徑D 和滾動體直徑d，（先選定形式，和D，d，然后進行驗算）。有了 D ，d 后，一列滾動體數目 無隔離體 有隔離體 式中: D 滾動體中心圓直徑 （303頁表） d 滾動體直徑 k 用以考慮放置隔離圈在滾動體間的空 隙系數 計算時可取k=1.21.45 . 0dDnkdDn2. 求滾動體上所受的最大作用力 假定： 不考慮加工誤差。 內外座圓為剛體。 滾動體大小相同。 滾道無高低不

16、平。 滾道之間無間隙。 受力后僅滾動體變形。載荷分配：載荷分配： （一）垂直力PV均勻分布在滾動體上。M的作用： 滾動體的變形與坐標成正比。 (不是線性關系)nPPVcosZZmax1cosZZRxmaxcosZZRxZmaxmax 假想滾動體是連續(xù)的，其反力線密度為： 式中： C 常數 r 指數 滾柱：r1 滾珠：r1.5 PV和M可分別考慮，最后相加。 （有誤差）rZCprmaxmrrmaxmcospcosZCpDnKMpm對于滾子式 ： 對于滾珠式： 2020rmmaximRcosRdcosp4xRdp4M201r2mmaxdcosR4p1r 2mmaxRpM5 . 1r 2mmaxR8

17、8p. 2M 每個滾珠相當弧長 ，最大滾子壓力為考慮到有軸向間隙存在時， K系數滾珠軸承 K44.5 滾珠軸承 K4.55軌道剛性大時取小值，小時取大值時時5 . 1r1rnD37M. 4pnD4MnR2RMPmax2maxnR2nDKMpmmaxPV和M同時作用，可近似疊加nDKMnPpVmax（二）水平力PH 在向心軸承中的壓力分配 在PH 作用下，假定滾動體沿x方向的移動量均相等。法線方向的移動量是 符合余弦規(guī)律。 rcosrrmax 把滾動體看作是沿圓周連續(xù)分布： 沿x方向： X軸方向力平衡： ; i承受水平力的滾動體列數rHmaxrHrcosprCp1rHmaxHrHxcospcos

18、pp22201rHmaxHxHdcos2RpRdpP201rHHmaxdcos2RPp4/dcos201rpiinKPpHHmax5 . 1r1r37. 4K4K（三）滾動體傾斜時的載荷分布 滾動體受力的方向與垂直軸線偏斜 角 insinKPPnDcosKMPncosPPHHmaxmaxVVnDcosKMncosPPVmax3. 驗算滾動體與滾道的接觸強度 由運行機構一樣，用赫茲公式計算強度 疲勞強度用I類載荷計算： 3P2Pminmax6-4 回轉驅動機構的主要形式和回轉驅動機構的主要形式和 構造構造 n常見的傳動形式：臥式減速器開式直齒輪開式錐齒輪傳動蝸輪蝸桿立式電機立式直齒減速器立式電機

19、行星減速器 特點，平面尺寸緊湊，對機房布置有利 當回轉機構功率較大時，一臺起重機可用兩套驅動裝置，分布在180方位上。 對于蝸輪傳動，由于效率低，當 時，反向有可能自鎖。在蝸輪上裝有摩擦極限力矩聯軸器。 5 . 0n目的： 防止猛烈起（制）動較大的慣性可能 損壞傳動機構。 防止碰到障礙物時損壞傳動機構。 正常的起（制）動過程不應打滑。聯聯電聯i375tnGD15. 1M 1 . 1Mq12max6-5 回轉驅動機構的計算回轉驅動機構的計算 一、回轉阻力矩計算一、回轉阻力矩計算 回轉阻力矩包括支承回轉裝置中的摩擦阻力矩 ，風阻力矩 ，坡道阻力矩 ，慣性阻力矩 gpfmMMMMM總mMfMpMgM

20、（一）（一）摩擦阻力矩摩擦阻力矩 Mm1柱式回轉支承裝置的阻力矩 包括： 止推軸承中的摩擦阻力矩 徑向軸承中的摩擦阻力矩 水平輪的摩擦阻力矩mHmrmvmMMMMmvMmrMmHM 止推軸承中的摩擦阻力矩 式中：Pv 止推軸承所受的垂直力 止推軸承的內外平均直徑 止推軸承的摩擦系數 vVmvdP21Mvd滑動軸承滾動軸承15. 006. 0015. 001. 0 徑向軸承的摩擦力矩 （同上） 式中： d 軸承的內徑 徑向力 其余同上dP21MrmrrP 水平滾輪的摩擦阻力矩 式中： 滾動摩擦阻力矩 軸樞摩擦阻力矩 附加阻力系數 運行 rP)MM(M21H1M2M2 . 11 . 18 . 12

21、 . 1 式中： 水平滾輪的當量摩擦系數，也叫阻 力系數 D 滾道計算直徑， 對滾道是固定時： 水平輪直徑 滾道表面的直徑 “+”用于滾輪在滾道外圓表面滾動 “-”用于滾輪在滾道內圓表面滾動ND21MH對滑動軸承取對滾動軸承取032. 0028. 0008. 0005. 021DDD1D2D2. 轉盤式回轉支承裝置的摩擦阻力矩滾動軸承式： 當量摩擦系數 f=0.01 D滾動體的中心圓直徑 滾動體法向反力絕對 值之和。NfD21NDf21MmdffN 的值分兩種情況：的值分兩種情況： 滾動體反力不出現負矩 即 由前面： 此時 ： N0nDcosKMncosPNVminKDPMVcosPNV滾動體

22、反力出現負值 即， 當 值 此時K4KDPMV下上NNNnDcos2KMsin)21 (cosVd2D)p(2d2Dp222011cosDKMcosDcosPp2Vn 可由 求得： 法向： 當 時，20p cosDKMDPnDRxnDKMnPppp2VVmvcosppn0p KMDParccosV2(二二)、 風阻力矩風阻力矩 Mf 風阻力矩的大小隨著起重機回轉而變化： 當起重機的臂架與風向垂直時，風阻力矩達到最大值： 一般表達式： 式中： 負載所受的風力 R起重機的幅度 起重機回轉部分 所受的風力lPRPMGfQffmaxsinMMfmaxfQfPGfP L起重機回轉部分迎風面積形心與回轉中

23、心 的距離 計算電機功率的等效力矩 物AqPQfsinqAqAPmaxGf物機2GfmaxQffsinPRsinPMfmaxI022Gfmax02Qf02ffx7M. 0d)sinl(Pd)Rsin(PdMM計算齒輪接觸疲勞強度：sinMsinlPRsinPMfmax2GQffmaxIfx8M. 0M（三）由坡道產生的阻力矩（三）由坡道產生的阻力矩 、回轉部分 、貨載部分 （載重）sinlsinPMGp1sinsinR)PLP(MsinsinRPMQGpQp2 當 時， 計算電機發(fā)熱： 2pmaxMsin)RPLP(MQGpmaxsinMMpmaxp02pmax02ppxdsinMdMMpma

24、xpx7M. 0M 齒輪接觸疲勞強度： 式中： r道路的坡度 臂架相對xx軸的夾角 L回轉部分的中心距回轉軸線的距離pmaxpy8M. 0M二、回轉驅動機構的設計計算二、回轉驅動機構的設計計算 (一一)、電動機初選電動機初選 根據機構穩(wěn)定運動時的等效靜阻力矩，回轉 速度和機構效率計算機構的等效功率。 總之，等效阻力矩：)MM(7 . 0MMpmaxfImaxmx機構電動機的等效功率為： 式中： 起重機回轉速度 機構效率 采用圓錐齒輪傳動的可取 蝸輪傳動的可取 行星齒輪立式減速器傳動可取 )MM(7 . 0M9550n9550nMPpmaxfImaxmddIxxdn65. 060. 085. 070. 085. 080. 0 選用功率： K電=1.21.8根據 、 選擇電動機； 然后進行計算： 過載能力 發(fā)熱驗算JCP%JCx