毕业设计（论文）-QLY2 轮胎起重机设计开发(回转机构设计开发).pdf

QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） QLY2 轮胎起重机设计开发(回转机构设计开发) 摘要 本文主要进行了液压马达、回转支承的选型、对减速器进行了参数设计， 并 对相关图纸进行了绘制。 本文重点是回转机构和减速器的设计。通过计算回转总 力矩确定了回转形式，选定了回转支撑，并对马达进行选择。最后根据回转要求 设计减速器，并进行了相关的强度校核。所设计的回转机构，结构简单，性能稳 定。 关键字：回转机构；液压马达；减速器；齿轮；轴 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） CRANE TIRE DESIGN AND DEVELOPMENT（ROTARY ORGANIZATION DESIGN AND DEVELOPMENT） ABSTRACT This paper conducted a hydraulic motor 、the slewing ring selection、the design parameters for a reducer and relevant drawings were drawn. This article focuses on the design of rotating bodies and reducer . Determined by calculating the rotation torque of the rotary form of the total, selected rotary support, and motor selection Finally, turning to design reducer, and for the related strength check.The design of the rotary body, simple structure, stable performance. Key words:Rotating bodies;hydraulic motor;reducer;gear;axis QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 目录 1 绪论1 1.1 课题背景1 1.2 回转机构的发展以及国内外技术状况2 2 回转机构方案设计3 2.1 滚动轴承式回转支承装置的优、缺点3 2.1.1 滚动轴承式回转支承的优点：3 2.1.2 滚动轴承式回转支承的缺点：3 2.2 回转机构方案设计.4 2.2.1 回转机构布置形式的选择4 2.2.2 回转机构形式的选择5 2.3 回转支承的种类以及回转形式初步选择5 2.3.1 单排滚珠式回转轴承.5 2.3.2 双排滚珠式回转轴承.6 2.3.3 交叉滚柱式轴承.6 2.3.4 回转支承选型：.6 3 回转机构设计.10 3.1 工况及载荷计算.10 3.1.1 起重机工况.10 3.1.2 载荷计算11 3.2 回转支承的选型12 3.3 回转支承强度校核14 3.3.1 按动态工况校核计算：.14 3.3.1 按静态工况校核计算：.14 3.1.3 螺栓的校核15 3.4 回转阻力矩计算16 3.4.1 摩擦阻力矩16 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 3.4.2 坡道阻力矩 Tp 17 3.4.3.风阻力矩 Tw.17 3.4.4 惯性阻力矩 Tg 18 3.4.5 总的阻力矩.19 3.5 回转机构驱动马达选型19 3.6 回转系统制动装置.22 4 减速器设计.23 4.1 设计方案23 4.1.1 减速器的设计参数23 4.1.2 减速形式.23 4.1.3 材料选择23 4.2 配齿计算24 4.2.1 齿轮工艺要求24 4.2.2 传动比的分配.24 4.2.3 能力参数24 4.3 齿轮几何计算27 4.3.1 变为系数及中心距的确定.27 4.3.2 何尺寸计算：30 4.3.3 验算重合度.32 4.3.4 齿轮强度验算.33 4.4 行星齿减速器传动轴的设计.35 4.4.1 输入轴的设计.35 4.4.2 输出轴的设计.37 4.4.3 行星轴的设计.39 5 总结40 参考文献42 致谢44 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 附件 附件 A 开题报告 附件 B 外文翻译 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 1 页 共 42 页 1 绪论 1.1 课题背景 改革开放 30 年来，我国基础产业和基础设施建设投资快速增长。1979-2007 年，全国基础产业和基础设施方面的投资累计达到 297985 亿元，占同期全社会 投资的 38.4%，年均增长 19.9%，比同期国民经济年均增幅高 4.2 个百分点。党 的十六大以来， 国家一方面采取积极措施加大政府对基础产业和基础设施建设的 投入，另一方面，鼓励外资和民营资本对基础产业和基础设施项目投资，使我国 基础产业和基础设施水平又有了大幅提高， 人民生活环境和城乡面貌得到明显改 善。2003 年到 2007 年的 5 年间，基础产业和基础设施建设投资总额 182703 亿 元，是 1978 年到 2002 年基础产业和基础设施基本建设投资的 1.6 倍。于此同时 大量的施工设备也得到了迅猛的发展。1 我国轮式起重机行业经过40 多年的发展已经建立了一个比较完整的生产体 系, 中、小型起重机的批量生产也已经有了30 多年的历史。特别是从80 年代开 始一些骨干生产企业先后引进了日本多田野、加藤, 美国格鲁夫和德国利勃海尔 公司的先进技术, 经过多年的消化吸收和国产化工作, 已经大大促进了我国轮式 起重机行业的技术进步和产品水平的提高。该机的起升机构、变幅机构、回转机 构、支腿伸缩、行驶转向、系统散热全部采用液压传动,底盘驱动采用先进的静 压驱动方式。液压传动具有工作平稳可靠、效率高、结构简单、操作灵活轻便和 维修方便等优点,是轮式起重机发展的必然趋势。目前我国生产轮式起重机的企 业约有35 家, 其中骨干企业有徐州重型机械厂、北京起重机器厂、浦沅集团公 司、四川长江起重机有限责任公司、锦州重型机械厂、泰安起重机械厂等。几十 年来国内轮式起重机产品已经在华东、中南、华北、西南、西北等地区以及军品 供应中占有了比较稳定的市场份额, 这些都为我国轮式起重机行业的进一步发 展奠定了基础。2 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 2 页 共 42 页 1.2 回转机构的发展以及国内外技术状况 在设计回转机构时应该朝着大型化、 高效率化、 无保养化、 节能化、 自动化、 智能化、集成化和信息化方向发展，将机械技术和电子技术相结合, 将先进的微 电子技术、电力电子技术、光缆技术、液压技术和模糊控制技术等应用到机械的 驱动和控制系统, 实现起重机的回转机构自动化、高效率化和智能化, 以适应现 代化的柔性生产模式。新理论、新方法、新技术和新手段的运用进一步应用计算 机技术, 不断提高产品的设计水平与精度; 开展对轮式起重机载荷变化规律、动 态特性和疲劳特性等的研究, 全面采用极限状态设计法、概率设计法、优化设计 和可靠性设计等, 利用 CAD 和现代三维设计软件提高设计效率与质量; 与计算 机辅助制造系统相衔接, 实现产品设计与制造一体化。3 国产起重机无论在制造质量、外观造型方面,更主要的是在技术性能(可靠性 与安全性、工作效率以及操作方便性、舒适性等) 方面与国外轮式起重机差距很 大。国内不少用户为了达到作业高效率以确保工期按时完成, 宁愿花较多的钱购 买进口起重机或购买与国内新机价格相当但工作可靠性仍然较高的国外二手起 重机。在这种形势下, 国产轮式起重机当然面临很大的冲击和压力。随着国外技 术的引进和进口设备的使用寿命长；由内、外套圈、滚动体、隔离块、密封条等 组成，安装方便，又便于专业化集中生产；无中心枢轴、中间空间可安装其它部 件。随着时间的推移，其它类型的回转支承慢慢被淘汰，回转支承也就专指轴承 式回转支承了。4 日本、英国、法国和原联邦德国的制造公司，通过分析对比，原联邦德国的 罗德爱德公司是其中最著名的公司，生产的回转支大量涌入，滚动轴承式回转支 承的先进性、科学性逐渐为大家所认识，如运转轻便灵活、回转阻力小；结构紧 凑、外形尺寸小（主要是指高度） ；维护方便、承直径大，年产套多，品种多、 规格全，已形成严格科学的理论研究、设计制造、试验检测、售后服体系，在世 界范围内享有极高的声誉。5 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 3 页 共 42 页 2 回转机构方案设计 2.1 滚动轴承式回转支承装置的优、缺点 2.1.1 滚动轴承式回转支承的优点： 结构紧凑； 装配与维修简单， 密封于润滑条件良好； 轴向间隙小， 动作平稳， 消除了大的冲击；回转阻力小，磨损小，寿命长；轴承中央可以做通道，对起重 机的总体布置带来某些方便。 2.1.2 滚动轴承式回转支承的缺点： 对材料和加工要求高，成本比较高，损坏后不便修理；对于与之连接的其它 金属结构刚度要求高，以免使轴承早期损坏。 一般轮胎起重机采用双列滚珠式滚动轴承和单列滚柱式。 此外， 根据啮合形式滚动轴承式回转支承装置还可分为外啮合和内啮合回转 支承装置。外啮合回转支承装置 内圈有上内圈和下内圈组成，并用螺栓连成一 体，再与转盘连接。在上、下内圈之间有调整垫片，以调整滚道与滚珠的间隙。 外圈与大齿圈做成一体，外侧是大齿圈，内侧车有滚道，是连接起重机回转部分 与不回转部分， 并支承回转部分的重要元件。滚动轴承式回转支承装置也可以制 成内啮合的。此时，内圈则与大齿圈做成一体，用螺栓与底架固接，而外圈分为 上、下两部分，用螺栓连接后在与转盘连接。 对转盘类型的支承装置， 要使全部滚轮或滚珠承受载荷，上部结构的合力必 须通过一定的位于环形轨道或滚珠滚道内的平面。当然，这种支承装置也适用于 传递合力超出这个平面的支承反力。 这个向外偏移的合力引起了上部结构微小的 倾翻运动。如果原先所有的滚珠均受载，那么，此时只有前面部分滚珠承载， 并 且载荷要大得多。6 2.2 回转机构方案设计 2.2.1 回转机构布置形式的选择 回转机构的布置形式有两种。一种是将回转机构布置在回转平台上，并随回 转平台一起绕回转支承回转。 回转支承装置有大齿圈，大齿圈的滚圈固定在底盘 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 4 页 共 42 页 车架上。回转小齿轮即作自转运动，又做公转运动，推动大齿圈回转。这种布置 对回转机构的维修比较方便， 但有时使得回转平台比较拥挤。第二种布置形式是 将回转机构固定在底盘车架上，回转小齿轮带动大齿圈回转，而大齿圈的滚圈与 回转平台连在一起。 这种布置对回转机构的维修不方便，但回转平台上显得比较 整洁。 另外，轮式起重机在行驶时，应将回转平台固定在一定的位置上，不能左右 摆动。因此，必须设有机械的或液压的插销定位装置。右图为一种少支承滚轮式 的回转装置，垂直力和力矩由前、后布置的数对滚轮承受，滚轮在槽形滚道内滚 动，滚轮往往布置成前面（吊臂方向）两对、后面一对。水平力是由中心轴承来 承受。在大型起重机上，由于载荷大，采用多支承滚子夹套式回转支承装置， 锥 形滚子承受向下的垂直力，向上的垂直力（数值较小）由反滚轴承。水平力也是 由中心轴承承受。由于滚子不满滚道全周（有夹套保持架定位） ，它的承载能力 比少支承滚轮大，并且加工简单，但高度较高，重量较大。7 滚动轴承式回转支承是当前工程起重机普遍采用的一种回转支承装置。 它的 回转摩擦阻力矩小 ，承 载能力大，高度低。回 转支承装置高度低，可 以降低整车的重心，从 而增大起重机的稳定性 能。滚动轴承式支承装 置按滚动体形式和排列 方式，可分为四点接触 滚球式、交叉滚柱式、 双排滚球式、双排滚柱 式以及多排滚球和滚柱式等回转支承装置形式。图 2.1 回转支承装置除滚动体外，还有内、外滚圈。内外滚圈可以分为上下两半， 也可以是整体的。从减小使用变形和提高轴向刚度等方面考虑，整体为好。滚圈 上可以直接加工成齿形，便于驱动，其中内啮合的回转支承装置外形美观，尺寸 紧凑，但齿圈技术要求高，加工难度大。8 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 5 页 共 42 页 2.2.2 回转机构形式的选择 回转运动的水平移动范围有限，所需功率小，要求也比较简单，故在大多数 工程起重机中被广为采用，而且一般还都设计成全回转式的，即可在左右方向任 意进行回转。只有在特定的起重机上才设有非全回转式回转机构或不设回转机 构，而用其他机构来调整空间位置。在实现回转运动时，起重机的回转部分与非 回转部分之间的传力装置称为回转装置。 全回转式回转机构由回转原动机、机械传动装置、回转小齿轮、中心呢旋转 接头装置、回转制动装置、回转操作装置等组成。9 2.3 回转支承的种类以及回转形式初步选择 回转支承是一切两部分之间需要相对回转又同时承受轴向力、 径向力和倾覆 力矩的机械的传力基础元件。其基本功能是采用螺栓将其固定在机械设备的上、 下支座上，进行传力和传动，实现机械设备两部分之间的相对回转。回转支承一 般都带有安装孔、 内齿轮或外齿轮、 润滑孔和密封装置， 具有结构紧凑、 重量轻、 结构钢性好、运转平稳、精度高、安全可靠等特点。 回转轴承按滚动形式分，有滚柱式和滚珠式；按滚动体的排列分，有单排、 双排和多排式。10 2.3.1 单排滚珠式回转轴承 滚道是由内座圈和外座圈合成一个整体的曲面滚 图 2.2图 2.3 道。齿圈可以分为外齿圈式，也可以为内齿圈式。滚珠和导向体安装时，均由内 座圈或外座圈的专用切向圆孔装入滚道，然后将安装孔堵住。为了润滑滚盘， 设 有数个黄油嘴。 单排滚珠式轴承，重量轻、结构紧凑、制造成本低，允许小的安装误差， 但 承载能力有限。 2.3.2 双排滚珠式回转轴承 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 6 页 共 42 页 双排滚珠式回转轴承，由上下两排滚珠、内、外座圈、间隔套及密封装 图 2.4图 2.5 置等组成。为了安装滚珠，内座圈或外座圈由两体组装而成。与同样尺寸的 单排滚珠回转轴承比较，承载能力大的多。 2.3.3 交叉滚柱式轴承 滚动体为圆柱式或圆锥式，单排交叉排列。内座圈或外座圈由上下两 图 2.6图 2.7 体组装而成，便于安装和调整滚体的轴向间隙。按滚柱式交叉排 列时同向滚柱 的数量多少，可以分为 1 对 1、2 对 1、3 对 1，或 3 对 2 等几种排列形式。这种 回转轴承不仅能承受轴向和径向载荷，而且可以承受较大的倾翻力矩。此外， 由 于滚柱与滚道的接触面积较大， 增加了回转轴承的抗疲劳强度， 延长了使用寿命。 与单排滚柱回转轴承比较，承载能力可增加一倍。这种回转轴承的滚道为锥面， 易于加工和保证加工精度。交叉滚柱对联接件的刚度和安装精度要求较高，否则 支承件变形时，滚柱与滚道形成点接触，出现过早的损坏和噪音。 2.3.4 回转支承选型： 选型计算流程图： QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 7 页 共 42 页 图 2.8 由于 2 吨的起重机载荷并不是太大，所以初选为单排滚珠式回转轴承。 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 8 页 共 42 页 单排四点接触式回转支承单排四点接触式回转支承(HS)(HS) 结构特点.性能.适用范围 ： 单排四点接触球式回转支承由两个座圈组成，结构紧凑，重量轻，钢球与圆 弧滚道四点接触，能同时承受轴向力，径向力和倾翻力矩，回转式输送机，焊接 操作机，中小型起重机和挖掘机等工程机械均可选用。 图 2.9 表 2-1 回转轴承型号 序 号 基本型号外形尺寸安装尺寸 结构尺 寸 齿轮 参数 外齿参数内齿参数 重量 kg 无齿式外齿式内齿式DdHD1D2nn1 H1 hbmxDeZxDeZ 1HSB.25.625 HSW.25.625HSN.25.625 725 525 80 685 56518183 68 12 60 5 +1.4 751.9 146 +0.35 498.8 101 170 HSW.25.625AHSN.25.625A6 +1.15 755.5 122 +0.35 496.7 84 2HSB.25.720 HSW.25.720HSN.25.720 820 620 80 780 66018183 68 12 60 6 +1.4 860.3 139 +0.35 586.6 99 190 HSW.25.720AHSN.25.720A8 +1.0 861.1 104 +0.35 582.3 74 3HSB.30.820 HSW.30.820HSN.30.820 940 705 95 893 74924204 83 12 70 6 +1.4 980.6 159 +0.35 664.5 112 220 HSW.30.820AHSN.30.820A10 +1.0 986.2 95 +0.35 658.0 67 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 9 页 共 42 页 4 HSB.30.(32)880 HSW.30.(32)880HSN.30.(32)880 1000 760 95 956 80024204 83 12 70 8 +1.15 1047.5 127 +0.35 718.2 91 230 HSW.30.(32)880A HSN.30.(32)880A10 +1.0 1046.3 101 +0.35 707.9 72 5 HSB.30.(32)1020 HSW.30.(32)1020HSN.30.(32)1020 1170 875 95 1120 93024224 80 15 70 8 +1.4 1219.3 148 +0.35 830.1 105 310 HSW.30.(32)1020A HSN.30.(32)1020A10 +1.15 1219.2 118 +0.35 827.8 84 6 HSB.30.(40)1220 HSW.30.(40)1220HSN.30.(40)1220 1365 1075 120 1310 1130 36246 105 15 90 10 +1.4 1424.9 138 +0.35 1027.8 104 460 HSW.30.(40)1220A HSN.30.(40)1220A12 +1.0 1435.9 116 +0.35 1017.3 86 7 HSB.35.(40)1250 HSW.35.(40)1250HSN.35.(40)1250 1400 1090 120 1350 1150 36266 105 15 90 10 -0.35 1443 143 +0.35 1037 105 480 HSW.35.(40)1250A HSN.35.(40)1250A12 +1.0 1449.6 117 +0.35 1036.8 86 8 HSB.35.(40)1435 HSW.35.(40)1435HSN.35.(40)1435 1595 1278 120 1535 1335 36266 105 15 90 12 +1.15 1655.5 134 +0.35 1221.2 103 570 HSW.35.(40)1435A HSN.35.(40)1435A14 +1.0 1661.2 115 +0.35 1214.8 88 9 HSB.35.(50)1540 HSW.35.(50)1540HSN.35.(50)1540 1720 1360 140 1660 1420 42266 122 18 110 12 +1.4 1780.8 144 +0.35 1293.1 109 860 HSW.35.(50)1540A HSN.35.(50)1540A14 +1.15 1791.1 124 +0.35 1284.8 93 10 HSB.35.(50)1700 HSW.35.(50)1700HSN.35.(50)1700 1875 1525 140 1815 1585 42296 122 18 110 14 +1.15 1945.4 135 +0.35 1452.7 105 880 HSW.35.(50)1700A HSN.35.(50)1700A16 +1.15 1950.8 118 +0.35 1452.3 92 11 HSB.40.(50)1880 HSW.40.(50)1880HSN.40.(50)1880 2100 1665 160 2030 1740 48326 140 20 115 14 +1.4 2189.8 152 +0.35 1592.6 115 1290 HSW.40.(50)1880A HSN.40.(50)1880A18 +1.15 2194.6 118 +0.35 1579.9 89 12 HSB.40.(50)2115 HSW.40.(50)2115HSN.40.(50)2115 2325 1900 160 2245 1980 48326 140 20 115 16 +1.4 2406.5 146 +0.35 1804.1 114 1430 HSW.40.(50)2115A HSN.40.(50)2115A20 +1.15 2418.4 117 +0.35 1795.4 91 13 HSB.40.(60)2370 HSW.40.(60)2370HSN.40.(60)2370 2600 2146 180 2520 2220 48326 158 22 130 18 +1.4 2707.3 146 +0.35 2065.6 116 1950 HSW.40.(60)2370A HSN.40.(60)2370A22 +1.15 2704.4 119 +0.35 2040.9 94 14 HSB.40.(60)2600 HSW.40.(60)2600HSN.40.(60)2600 2835 2365 180 2750 2450 54366 158 22 130 18 +1.4 2941.7 159 +0.35 2263.5 127 2180 HSW.40.(60)2600A HSN.40.(60)2600A22 +1.15 2946.9 130 +0.35 2260.8 104 15 HSB.50.(60)2820 HSW.50.(60)2820HSN.50.(60)2820 3085 2555 200 3000 2640 54366 178 22 150 20 +1.4 3188.4 155 +0.35 2455 124 2520 HSW.50.(60)2820A HSN.50.(60)2820A25 +1.15 3198.4 124 +0.35 2444.1 99 16HSW.40.12501415 1084 110 1350 1150 1252 24.28 6 89 21 77 10 +0.86 1476144510 17HSW.40.13901551 1206 130 1500 1280 1241 24.26 6 107 23 85 10 +0.75 1604157630 18HSN.50.18302002 1665 150 1940 1940 1832 546 125 25 100 12 +1.001610135 920 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 10 页 共 42 页 3 回转机构设计 3.1 工况及载荷计算 3.1.1 起重机工况 超载系数： K .25 最大起重量： t2Q = 上车重量： G=T%35(整车)=1.75t 配重： G2=25%G（整车）=0.44t 起重机臂重： Gb=0.650t 轮胎起重机基本参数系列标准中规定了最小额定幅度。 根据国内外的情况的 使用情况和市场分析，最小工作幅度采用目前国外起重机的数值，3m 幅度。12 R=3 m Lb=1.5m R2=2m QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 11 页 共 42 页 图 3.1 表 3-1 起重机回转支承装置的计算载荷 载荷工况 载荷名称 ABCD 起重机回转部分自重GGGG 起升载荷G 钢丝绳偏斜产生的水平力tantan 起重机回转部分受的风力 表 3-2 液压箱型伸缩臂轮胎式起重机重量分配百分比表 部件名称 类型 大型重型小型小型，有附加车架者 上车3034%32%35%21% 其中 起升、回转变幅机构占 回转平台占 配重占 其他占 30% 15% 35% 20% 30% 17% 30% 23% 30% 20% 25% 25% 40% 20% 15% 25% 吊臂（包括伸缩机构）25%1520%13%15% 下车4541%5348%52%64% 工况A（静载）1.25QGV+=（3-1） 3.1.2 载荷计算 轴向载荷： GKQFa+=（3-2） QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 12 页 共 42 页 水平载荷： cosPWPWF 2211 +=（3-3） 倾翻力矩： HWH1W1PRGKQRM 2bb +=）（3-4） 根据经验： P1和风力W引起的力矩一般为起重力矩的 10%故（3-5） 22bb RGRGQR1 . 0KM+=）（3-6） W1吹在重物上的水平风力 W2吹在起重机上车的水平风力 P1起重物离心力 P2回转部分自重离心力 Pf回转齿轮啮合力 Lp起重臂杆重心到回转中心的距离 R工作幅度 H起升高度 所以Fa=1.252000+1750kg =42500N M=（1.25+0.1）20003+6501.5-4402 =81950 N 3.2 回转支承的选型 水平载荷一般还不到轴向载荷的 10%，所以有时可以忽略不计。因此，在选 择回转支承时主要根据轴向载荷和倾翻力矩来选择。13 根据起重机设计手册， 对于单排四点接触球式回转支承轴向当量载荷和当量 倾翻力矩为： QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 13 页 共 42 页 Fa=(kaFa+krFr)fs（3-7） M=1.225Mfs（3-8） fs 工况系数 M倾翻力矩 Ka、kr回转支承载荷换算系数 表 3-3 回转支承工况系数 工况系数 支承类型 fsfd 0102111301021113 轮胎起重机1.101.101.101.101.361.001.071.00 塔 式 起 重 机 上 回 转 Mf0.5M 0.5MMf0.8M Mf0.8M 1.251.251.251.25 1.36 1.55 1.71 1.00 1.15 1.26 1.07 1.20 1.32 1.00 1.13 1.23 下回转1.251.251.251.251.361.001.071.00 门式起重机1.251.251.251.251.551.151.201.13 冶金起重机1.451.451.451.451.501.491.501.43 轮胎起重机（抓斗、吸盘） 门式起重机（抓斗、吸盘） 桥式起重机（抓斗、吸盘） 1.451.451.451.451.711.62 表 3-4 回转支承载荷换算系数 回转支承类型KaKr回转支承类型KaKr 01 滚道接触角=45 1.2252.67602Fr10%Fa 考虑滚道接触角 变化，进行接触 强度校核计算 滚道接触角=60 0 1.05.046111.02.05 02Fr10%Fa1.002131.00 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 14 页 共 42 页 Fa=(kaFa+krFr)fs（3-9） =（.2254250+0.12.67642500）1.10 =69779.05N M=1.225Mfs（3-10） =1.225819501.10 =110427.63N.M 按照上述计算的结果， 在回转支承的承载曲线上初选为 HSN.25.720A 型号的 轴承。14 3.3 回转支承强度校核 3.3.1 按动态工况校核计算： Fd=Fafd（3-11） Md =Mfd（3-12） Fd=1.36 Fd=69779.051.36 =94899.51N Md=110427.6251.36 =150181.57N.m 按动态工况进行选择，F d 和 M d 的交点在动载承载曲线中选择 HSN.25.720A 内齿式单排四点接触球式回转支承符合要求。滚动体形变一般在 0.01%0.02%，HSN.25.720A 内齿式单排四点接触球式回转支承采用轴承钢， 座圈采用 50CrMnMo 材料，滚道表面硬度 HRC=5060，淬硬层深度 2.5mm，点 接触应力为=2500030000kg/cm2 3.3.2 按静态工况校核计算： 额定静容量Co=fDod w (3-13) f-静容量系数，取 110N/mm2 Do-回转支承滚道中心直径 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 15 页 共 42 页 d w-回转支承钢珠直径 Co=11072025 =1980kN 额定动载荷P0=1.5Fa+ D M3 (3-14) Fa-轴向载荷 M-回转轴承自重（参照前轴承具体表） D-回转轴承外圆直径（参照前轴承具体表） Po=1.542500 + 820 . 0 19003 N =70701.22N 安全系数计算N= = 22.70701 1980000 =28 接触强度 滚子上最大载荷： Pr=dw Do D M a 6 . 3 F27 . 2 + (3-15) =25 720 820 1906 . 3 425027 . 2 + =335kg =3350N 最大接触应力： max= dw Pr9150 = 25 33509150 =2118.378kg/cm2 max T 选择 1QJM11-0.63 马达 具体参数： 排量0.664 l/r 额定工作压力10MPa 峰值16MPa 转速范围4 250 r/min 额定输出扭矩983N.m 最大功率12.4 kw 3.6 回转系统制动装置 回转系统是传动部位中的一个特殊系统装置， 水平运动开始力要由小到大地柔和运动， 不能僵硬，要有缓冲装置，制动时间不得小于启动时间，用手操作的是常开式的。常开式回 转系统制动装置由制动盘、制动蹄、制动轮毂、制动拉杆、制动拉筋、制动操作杆组成。 当 操作杆松开时制动是常开的， 制动操作杆拉紧时起制动作用， 这种常开式制动装置可根据使 用情况在维修保养时进行调整，故障一般多为制动失灵、回转制动拉上制动抱不住。根据实 际情况选择制动盘制动器。并且要装在减速器的高速轴上，因为高速轴转矩小。19 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 23 页 共 42 页 4 减速器设计 4.1 设计方案 4.1.1 减速器的设计参数 最大扭矩Tmax = 6000N.m 转速范围0-2rpm 减速机速比 27：1 输入功率12.4kw 4.1.2 减速形式 回转机构的减速器由于安装空间小，传动比大，因此应选用行星齿轮减 速器。按最大扭矩 6000N.m，传动比 27，选用二级 NGW 型行星减速器， 行星轮个数 Np = 3. 4 P2 = P11(4-1) = 12.40.98 = 12.152 kw N2 = N1/I(4-2) = 250/27 = 9.25 r/min T3 = 9550P2/N2(4-3) =955012.152 /9.25 =12532.57 N.M 4.1.3 材料选择 太阳轮和行星轮的材料为 20CrNi2MoA， 渗碳淬火处理， 表面硬度 61HRC 齿面接触疲劳强度极限： 太阳轮Hlim = 1450 N/mm2 行星轮Hlim = 850 N/mm2 齿根弯曲疲劳极限： 太阳轮Flim = 400 N/mm2 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 24 页 共 42 页 行星轮Flim = 280N/mm2 内齿轮材料为 42CrMo 调质处理，硬度为 HB 262293 齿面接触疲劳强度极限： Hlim = 750 N/mm2 齿根弯曲疲劳极限： Flim = 255 N/mm2 4.2 配齿计算 4.2.1 齿轮工艺要求 齿形为渐开线直齿，为啮合最终加工为磨齿，6 级精度；内啮合最终加工成 插齿，7 级精度。为提高齿轮承载能力，采用变位齿轮传动。 4.2.2 传动比的分配 高速级传动的传动比 i1 减速器总的传动比 i i = 2 1 n n = 25 . 9 250 = 27 根据 i 值，采用二级减速器。根据设计要求，通常令低速级传动比 i2 固 定，且取 i2 = 5，则高速级传动比 i1 i1 = 2 i i = 5 27 =5.4 4.2.3 能力参数 低速级输出工作转矩(N.m) ： T2= 1 n Pi9549 = 1.28104 高速级输出工作转矩(N.m)： T21= 2 2 i T = 2.56103 使用系数，参照 GB3480 取 Ka= 1.75 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 25 页 共 42 页 内齿圈的分度圆直径与齿宽 齿圈宽径系数初选=0.22 低速级内齿圈直径 d32 （mm） D32 = 5 ) 12( 2) 12(2 3 i iKaT =408(4-4) 高速级内齿圈直径 d31 （mm） D31 = 5 （ )21( 2) 11 i21KaT 3 i = 244(4-5) 由强度计算决定的两级内齿圈直径的直径比值 d32/ d 21 = 1.67，显然超 出一般规范 1.21.3 的范围。考虑该种减速器的结构特点，参照类似减速器的情 况，取 d32/ d 21 =1.3，则有 D31= 3 . 1 d32 = 310mm 由于高速级内齿圈分度圆直径加大，从强度方面考虑其齿宽适当减小， 按高速级保留 25%左右的工作效率裕度计算，高速级的齿圈径比为 1 （244 /310）30.221.25 = 0.134 因此初选下列齿宽： 低速级 ：b2 = 4080.22 = 90mm 高速级 ：b1 = 3100.134 = 42mm 中心距初选值： 低速级中心距 a2 A2 = ）（12i4 32d2i = 128mm 高速级中心距 a1 A1 = ）（11 i4 31d1 i = 95mm 模数 低速级模数 m2 M2= （0.250.31）2a i2I2 12i (4-6) =（0.250.31）0.16128 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 26 页 共 42 页 = 5.126.35 M1 = （0.250.31）1a i1I1 11 i (4-7) =（0.250.31）0.15195 =3.6m4.4m 在普通情况下，齿轮模数可按上述范围查取，考虑到有冲击，所以，稍微取 大一点 在此取： m2 = 6.5mm ，m1 = 4.5mm 参数方案 传动比的确定 低速级： Zb 2 = 2 32 m d = 5 . 6 408 63 Za2= 1i Zb 2 2 = 15 63 = 16 p 22 n ZaZb + = 3 1363+ =26.3 取 zb2+ za2= 273 = 81 za2= 5 ZaZb 22 + = 16 zb2= 81 16 = 65 I2 = 2 2 Za Zb + 1 = 16 65 +1 =5.0625 高速级： i1= 2 i i = 5.0625 27 = 5.33 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 27 页 共 42 页 Zb1= 1 31 m d = 5 . 4 310 = 69 Za1 = 11 i Zb1 = 133. 5 69 = 16 p 11 n ZaZb + = 3 1669+ = 28.3 取 zb1+ za1= = = =293 = 87 Za1= = = = 1 11 i ZaZb + = 33 . 5 87 = 16 Zb1= 87 16 = 71 实际总传动比 I = （65 /16 + 1）（87 / 16 + 1）= 27.53 传动比误差 i i = 27 2753.27 = 2.0% 传动比误差小于 3%，此种场合可以接受。 行星轮齿数的确定 Zg1= 2 ZaZb 11 = 27 Zg2= 2 ZaZb 22 = 24 4.3 齿轮几何计算 4.3.1 变为系数及中心距的确定 初选变位系数（根据预期目的或其他规范） 高速级： Xa1= 0.6 120 Za1 = 0.6 120 16 = 0.47 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 28 页 共 42 页 Xg1= 0.6 120 Zg1 = 0.6 120 27 = 0.375 Xa1+ Xg1= 0.47 + 0.375 = 0.845 低速级： Xa2= 0.6 120 Za2 = 0.6 120 16 =0.47 Xg2= 0.6 120 Zg2 = 0.6 120 24 =0.4 Xa2+ Xg2=0.47 + 0.4 = 0.87 太阳轮行星轮啮合角1a-g 高速级 inv1a-g = inv + 2（Xa1 + xg1）tan/（za1 + zg1）(4-8) =inv200+ 20.845tan200/ （16 + 27） =0.02939 1a-g = 24051 低速级 inva-g = inv + 2 （Xa + xg） tan/ （za + zg）(4-9) inv200+ 20.87tan200/ （16 + 24） =0.03091 a-g = 25014 中心距计算： A1 = 0.5m1(za1 + zg1)cos/cos1a-g(4-10) =0.54.543cos200/ cos24.850 = 100.19mm A2 = 0.5m2(za2 + zg2)cos/cos2a-g(4-11) = 0.56.540cos200/ cos25.230 =135.04mm 取a1 = 100mm; a2 = 135mm 变位系数的选择： QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 29 页 共 42 页 cos1a-g = 0.5m1 (za1 + zg1) cos/a1 (4-12) = 0.54.543cos200/ 100 = 0.90915 1a-g =24.61180 cos2a-g = 0.5m2 (za2 + zg2) cos/a2(4-13) =0.56.540cos200/ 135 =0.90489 2a-g = 25.19150 Xa1 + xg1 = 0.5（za1 + zg1）（inv1a-g inv）/tan(4-14) =0.543（inv24.61180 inv200）/tan200 =0.543（0.0287 0.0151）/ tan200 = 0.80336 Xg1 =（ ）（1zg1za144 1zg72 + Xa1 + xg1）(4-15) =80336. 0 43144 2772 =0.35793 则xa1 = 0.80336 0.35793 =0.44543 Xa2 + xg2 = 0.5（za2 + zg2）（inv2a-g inv） /tan(4-16) =0.540（0.0309 - 0.0151）/tan200 =0.86820 Xg2 =（ ）（2zg2za144 2zg72 + Xa2 + xg2）(4-17) =86820 . 0 40144 2472 =0.4007 则Xa2 = 0.8682 0.4007 QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 30 页 共 42 页 =0.4675 cos1g-b = 0.5m1 (zb1 - zg1) cos/a1(4-18) =0.54.5（71 27）cos200/100 =0.93030 1g-b = 21.51840 xb1 xg1 = 0.5(zb1 - zg1)(inv21.51840 inv200) / tan200(4-19) =0.544(0.0193 - 0.0151) / tan200 =0.25387 Xb1 = (xb1 xg1) + xg1 = 0.25387 + 0.35793 = 0.6118 cos2g-b = 0.5m2 (zb2 zg2) cos/a2(4-20) =0.56.5（65 24）cos200/135 =0.92751 2g-b =21.95000 Xb2 xg2 = 0.5(zb2 zg2)(inv21.95000 inv200) / tan200(4-21) =0.541（0.0201 - 0.0151）/tan200 =0.28162 Xb2 = (xb2 xg2) + xg2 =0.28162 +0.4007 = 0.68232 即太阳轮、行星轮、内齿轮变位系数分别为 xa1 = 0.44543Xg1 =0.35793Xb1 =0.6118 xa2 =0.4675Xg2 =0.4007Xb2 = 0.68232 za1 = 16zg1 =27zb1=71 za2=16zg2 =24zb2 =65 Y = （a a0）/m QLY2轮胎式起重机设计开发（回转机构设计） 第 31 页 共 42 页 Y = x Y 经计算得： Yag1 = 0.081138Yag2 =0.09897 4.3.2 何尺寸计算： 分度圆 d = mz 齿顶圆 da = d2m（haxY） 齿根圆 df = da = d2m（hacx） 基圆直径 db = dcos 齿顶高系数： 太阳轮、行星轮-ha = 1 内齿轮-ha=0.8 顶隙系数： 内齿轮-c = 0.25 带入上公式计算得： 高速级： 太阳轮 D = 4.516mm = 72mm Da = 72 + 24.5（1 + 0.44543 0.081138） mm = 84.279mm Df = 72 24.5（1 + 0.4 0.44543）mm = 62.591mm Db = 72cos200mm = 67.658mm