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第六 章 回转机构,2008.7 大连理工大学机械学院 苗明 13190162242 0411-8479830,6-1 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:r1.5 PV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:
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