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：回转支承装置回转驱动装置,.,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,.,（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,.,轴有两种：一种是旋转，一种是固定的作用：承受水平力和倾覆力矩保持一定的回转位置中心轴需是空的，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：滚子多，承载能力大。抗倾翻能力比轮式大，相同，结构可以小。高度低。工作条件差，磨损严重。由于磨损不均，工作不平稳，冲击大由于的原因，已被回转支承所取代。,.,3滚动轴承式（回转支承装置）作用：保持回转运动承受:垂直力PV、水平力PH、和倾覆力矩M,.,结构形式根据形状：滚珠，滚子四点接触单排滚珠双排滚珠式结构复杂双排滚子式交叉滚子式单排滚子三排滚子式,.,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：结构紧凑；装配与维护简单，密封与润滑条件好。轴向间隙小，工作平稳。轴承中央可以作为通道，布置起来方便。旋转阻力小，磨损小，寿命长。对于材料与加工工艺要求高。成本较高。损坏后修理不便。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：、回转部分的自重、等效载荷起吊额定起重量,.,、（类）正常风载荷（支承装置不计，仅用于计算功率）、（类）正常偏摆载荷（水平移动，风力）、回转部分离心载荷r-回转中心距回转部分重心的距离。,.,、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/s、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,.,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。、回转部分的自重、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。）,.,、工作最大风载荷沿臂架由后向前、起重机倾斜引起的水平力,.,（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。）、自重、非工作状态风载荷，臂架处于，风沿臂架由前向后吹、坡度引起的水平力,回转支承装置的计算载荷组合如下表：,.,.,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,.,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,.,.,由求得：为了减轻自重，有的不用对重或用较轻的对重。,.,二、柱式旋转支承装置计算,以转柱式为例：,.,推力轴承的支力：径向轴承的支承力：水平轮的轮压：对下支承取矩，和,.,.,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。,.,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,.,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：确定轨道直径中心枢轴计算轮压计算,.,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。,.,根据水平力（类）,中心枢轴弯矩拉力两者取大值,.,轮压计算,强度计算同前。,.,（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计算的内容轨道直径D中心枢轴计算轮压计算,.,.求D（根据稳定条件，工作状态最大载荷）侧向稳定.求中心轴与支承滚轮式中心轴计算基本相同（类）,.,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。,.,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,.,或：式中：K依而定的系数,.,推导：在滑轨单位长度上引起的比压力,.,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,.,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=1.21.4,.,2.求滚动体上所受的最大作用力假定：不考虑加工误差。内外座圆为刚体。滚动体大小相同。滚道无高低不平。滚道之间无间隙。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：滚动体的变形与坐标成正比。(不是线性关系),.,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：r1滚珠：r1.5PV和M可分别考虑，最后相加。（有误差）,.,对于滚子式：对于滚珠式：,.,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K44.5滚珠轴承K4.55轨道刚性大时取小值，小时取大值,.,PV和M同时作用，可近似叠加,.,（二）水平力PH在向心轴承中的压力分配,在PH作用下，假定滚动体沿x方向的移动量均相等。法线方向的移动量是符合余弦规律。,.,把滚动体看作是沿圆周连续分布：沿x方向：X轴方向力平衡：;i承受水平力的滚动体列数,.,（三）滚动体倾斜时的载荷分布,滚动体受力的方向与垂直轴线偏斜角,.,3.验算滚动体与滚道的接触强度由运行机构一样，用赫兹公式计算强度疲劳强度用I类载荷计算：,.,6-4回转驱动机构的主要形式和构造,常见的传动形式：卧式减速器开式直齿轮开式锥齿轮传动蜗轮蜗杆立式电机立式直齿减速器立式电机行星减速器特点，平面尺寸紧凑，对机房布置有利,.,.,.,.,.,当回转机构功率较大时，一台起重机可用两套驱动装置，分布在180方位上。对于蜗轮传动，由于效率低，当时，反向有可能自锁。在蜗轮上装有摩擦极限力矩联轴器。,.,目的：防止猛烈起（制）动较大的惯性可能损坏传动机构。防止碰到障碍物时损坏传动机构。正常的起（制）动过程不应打滑。,.,6-5回转驱动机构的计算,一、回转阻力矩计算回转阻力矩包括支承回转装置中的摩擦阻力矩，风阻力矩，坡道阻力矩，惯性阻力矩,.,（一）摩擦阻力矩Mm,1柱式回转支承装置的阻力矩包括：止推轴承中的摩擦阻力矩径向轴承中的摩擦阻力矩水平轮的摩擦阻力矩,.,止推轴承中的摩擦阻力矩式中：Pv止推轴承所受的垂直力止推轴承的内外平均直径止推轴承的摩擦系数,.,径向轴承的摩擦力矩（同上）式中：d轴承的内径径向力其余同上,.,水平滚轮的摩擦阻力矩式中：滚动摩擦阻力矩轴枢摩擦阻力矩附加阻力系数运行,.,式中：水平滚轮的当量摩擦系数，也叫阻力系数D滚道计算直径，对滚道是固定时：水平轮直径滚道表面的直径“+”用于滚轮在滚道外圆表面滚动“-”用于滚轮在滚道内圆表面滚动,.,2.转盘式回转支承装置的摩擦阻力矩,滚动轴承式：当量摩擦系数f=0.01D滚动体的中心圆直径滚动体法向反力绝对值之和。,.,的值分两种情况：,滚动体反力不出现负矩即由前面：此时：,.,滚动体反力出现负值,即，当值此时K4,.,可由求得：法向：当时，,.,(二)、风阻力矩Mf,风阻力矩的大小随着起重机回转而变化：当起重机的臂架与风向垂直时，风阻力矩达到最大值：一般表达式：式中：负载所受的风力R起重机的幅度起重机回转部分所受的风力,.,L起重机回转部分迎风面积形心与回转中心的距离计算电机功率的等效力矩,.,计算齿轮接触疲劳强度：,.,（三）由坡道产生的阻力矩,、回转部分、货载部分（载重）,.,当时，计算电机发热：,.,齿轮接触疲劳强度：式中：r道路的坡度臂架相对xx轴的夹角L回转部分的中心距回转轴线的距离,.,二、回转驱动机构的设计计算,(一)、电动机初选根据机构稳定运动时的等效静阻力矩，回转速度和机构效率计算机构的等效功率。总之，等效阻力矩：,.,机构电动机的等效功率为：式中：起重机回转速度机构效率采用圆锥齿轮传动的可取蜗轮传动的可取行星齿轮立式减速器传动可取,.,选用功率：K电=1.21.8根据、选择电动机；然后进行计算：过载能力发热验算,.,G稳态载荷系数,.,电动机过载能力验算：H考虑电压降及最大力矩误差的系数，绕线式电机取H=1.55鼠笼式电机取H=1.6直流式电机取H=1.0由作用在起重机回转部分上的第II类风载荷引起的最大的阻力矩m电机的个数基准接电持续率下允许过载转矩倍数。由电动机样本查得,.,(二)、减速器总速比,电动机转速r/min回转速度r/min减速器速比大齿圈速比,.,(三)、验算起动时间tq,式中：m