回转支承的合理选用

回转支承的合理选用

戴

军

（上海船舶设备研究所，上海２０００３１）

摘鬣：结务实例，遇进理论计算指出某些回转变承动静载能力在实际上远达不到理论计算值，并详细露拼了其艨髑．同时对常用的几种回转交承讷承栽能力和性价比进行了对比．最后介绍了如何选择回转交承Ｄｏ和ｄｏ两个核心参数．

关键词：圆转支承；静载荷；结构型式；选择；规格尺寸中图分类母；ＴⅢ３３．３

文献标识码；九文章编号：ｌ００５—８３５４（２００６）０５一００４８一０３

Ｒｅａｓｏｎａｂｌｅｃｈｏｉｃｅｏｆｒｏｔａｔｏｒｙｂｅａｒｉｎｇｓ

ＤＡＩＪｕｎ

（ＳｈａｎｇｈａｉＭａｒｉｎｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００３１，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：丁协，‘Ｄ“ｇ丘ｆ五已ｆ矗Ｐｏ，‘Ｐｆｆｃｃ以，ｃ“，口ｆｆＤ门ｃＤ，卯６ｆ，ｚ如４９ｐ，‘口ｃ“ｃ口，Ｐｘ口，托ｐｆＰＪＱ厂。，‘ｏｒ矗ｆＤ７ｙ６ｅ口ｒｆ，！ｇｓ，ｔｈｉｓｐｎｐｅｒｐｏ｛ｎｔｅｄｏｕｔｔｈｎｔｔｈｅｉｒｄｙｎｎｍｉｃｎｎｄＳｔｎｎｃｌｏｎｄｓ

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Ｏ

引言

回转支承是两物体之间需作相对同转运动，

效益．不合理的选用甚至会导致严重的质量事故．所以应重视合理选用同转支承，避免自目使用，确保使用可靠性．

义需同时承受轴向力、径向力、倾覆力矩的机械所必需的曩要传动元件．随着机械行业的迅速发展，网转支承在船舶设备、工程机械、轻工机械、冶金机械、医疗机械、工业机器人、隧道掘进机、旋转舞台等行业得到了广泛的应用，它是适用于船用克令吊、汽车吊、挖掘机、塔式起重机等各类有相对回转运动的产品．

同转支承行业在我国已经历了２０余年的发展，目前已具备了回转支承的设计、制造和测试的综合开发能力．

同转支承的结构型式和规格尺寸，选用正确与否矗接影响到产品的质量和性能，关系到经济

１结构型式的选择

常用同转支承的结构型式有四种：单排球式、交叉滚柱式、双排球式、三排柱式．为使选型科学合理，需先进行数据对比．

１．１额定静容量、额定动容量对比

额定静容量Ｃｏ和额定动容量Ｃ。的大小决定了回转支承的承载能力和使用寿命，现以外型及安装尺寸完全相同的单排球式Ｑ１６００＊５０和交叉滚柱式儿６００。３６为例进行分析对比．

（１）单排球式０１６００母５０额定静、动容量

收稿日期：２００５—１２一１４

作者简介：戴军（１９６８．），男，工程师，研究方向：起重运输机械

技术籍２０ｃ８年第五鹚口翟墨４１

万方数据　

（Ｃｏｌ，Ｃａｌ）

Ｃ０１＝ｆＯ×ｄ０２×Ｚ×ｓｉｎＱ＝３８×５０２×８９×ｓｉｎ５０。

＝６４７６９０６（Ｎ）

式ｑ１：如为滚道硬度系数，硬度达５５ＨＲＣ时为３８Ｎ／ｍｍ２：

ｚ为滚动体个数；

Ⅱ为滚道接触角，…般机械取Ｑ＝５００．

Ｃａｌ＿９５×ｆｌ×ｆｓ×士’ｃ×如×ｆｄ×Ｚ×２／３ｘ砧Ｉ

＝９５×０．２９９０５２×３．７４２４４０×０．８３７５１０×０．６５１３０９×８７２．６７２×１９．９３３９×０．７３２２４７

＝７３８７６０（Ｎ）

式中各符号含义及子式从略．

（２）交叉滚柱式儿６００木３６的额定静、动容

量（Ｃ０２，Ｃａ２）

Ｃ０２＝ｆｏ×ｄｏ×Ｌｏ×（Ｚ／２）×ｓｉｎａ

＝７６×３６×０．８×３６×（１２２／２）×ｓｊｎ４５。

＝３３９８７８３（Ｎ）

式中：Ｌｏ为滚动体有效接触长度；

ｄｏ为滚道中心直径．

Ｃａ２＝４１ＯｘｆｌｘｆｃｘｆⅡｘｆｏｘ７／９ｘｄｏ×２０／２７ｘ（Ｚ／２）３／４ｘｆＨ

＝４１０×０．３９０１００×０．８７４７４０×０．６８２７１３×１３．６４８４×４６．９４４４×２１．８２７２×０．７３２２４７

＝９７８１３３（Ｎ）

由｝：述计算可以知道单排球的静载能力比交叉滚柱式高９０％左右，但动载能力却小约２５％．

交叉滚柱的动、静载能力实际上远达不到理论计算值，有二个原因：一是滚道角度肯定存在误差，：：是存在轴径向问隙，内、外套圈在工作时相对倾斜，内、外套圈对应滚道面沿滚动体母线全长倾斜最大可达０．１ｍｍ．因此滚柱受载沿长度方向并不均匀，同时两端有相对滑动，即使其负载尚未达到其额定载荷，其最大应力也已超出许用应力，而使滚道破坏失效．使用腰鼓形滚子能改善上述情况，但无明显效果，因为滚柱两端的修缘不足以补偿滚道角度误差及内外套圈对应面在负载下的倾斜，而且修缘只适用于一定的滚道中心亩径和滚动体直径及轴径向间隙，要取得较好的效果，则对滚道角度公差要求必须很高，还须将轴、径向问隙控制在０．０５ｍｍ以内．目前无论

４２ｔ甚翟曩墨技术耩２００８年第五期

万　

方数据是制造还是使用都难以达到．即使达到了，交义滚柱的实际动、静载能力与理沦动静载能力的差距依然存在．

１．２单排球式和双排球式

在滚道中心直径Ｄｎ相同时，币．排球承载能力较双排球高．下面做一个改型设计计算来验证之．

以ＪＢ２３００．８４ｃ｛ｌ双排球０２ｌ＋３０４１ｌ２０为对象，

先计算其额定静容量Ｃ０３．

Ｃ０３＝ｆＯ×ｄ０２。Ｚ×ｓｉｎ９０。＝３８×３０２×１０３×ｌ

＝３５２２６００（Ｎ）

将它改为单排球，保持其滚道，ｍ已、崮径、安装孔组节圆直径和孔径刁ｉ变，町使用ｄｏ＝５０～６０ｍｍ的钢球．取ｄｏ＝５０，则单排球Ｑ１１２０＊５０的额定静容

量为：

Ｃ０４＝ｆｏ×ｄ０２。Ｚ×ｓｉｎ５００＝３８×５０２×６２×ｓｉｎ５０。

＝４５１２００２（Ｎ）Ｃ０４：１．２８Ｃ０３

另外双排球为三片式、双滚道，其材料、加工制造、运输费用都比单排球商得多，而且滚道的形状精度和表面粗糙度难以控制．因此有人认为双排球式是一种质次价高的落后结构．

三排柱式承载能力在儿种结构璎式中最大，虽然其成本最高，但仍为霞载机械的首选型式，这是凶为重载情况Ｆ其单位成本额定静容量（ｒ）

最大．

单排球式、三排柱式回转支承额定静容最，当量轴向载倚计算，安伞系数计算见表１所示．

曾有人对所有型式各种规格的ｒ值进行详细计算，并以Ｄｏ为横牮标，ｒ值为纵坐标，绘制＿『Ｄｏ．ｒ曲线图，从图中可明锓看出：（１）随着Ｄｎ的增加，四科；型式的ｒ值都在增加；（２）在Ｄｎ≤１８００

时，单排球式的ｒ线最高．当Ｄｏ＞ｌ８００时，：排丰ｌ：

式的ｒ线最高．

在ＤｏＳｌ８００范嗣内承受同样的载荷，朋单．排球式造价最低；Ｄｏ＞】８００时，承受列样的载荷，用三排柱式造价最低．所以中小规格的㈣转支承应以单排球式为首选型式，大规格以，三排柱式为首选型式．闲选型失：与而付出沉重的代价已不乏先例，因此需引起格外重视．

能力匹配的条竹：计算得到的．计算结果是：单排球

２规格尺寸的确定

式Ｄｏ／ｄｏ＝３０～３５，交义滚柱式Ｄｏ／ｄｏ＝５０～６０，双排｜ｉ；ＩＩ转支承的滚道中心直径（滚动体组引圃氟球式Ｄｏ／ｄｏ＝３５～４０，二ｉ荆｝：￥ｊｉ式Ｄｏ／ｄｏ＝８０～１００．Ｄｏ／ｄｏ径）Ｄｏ和滚动体宜径ｄｏ是阳１转支承的核心参数，大卜｝：述值则在额定静容量Ｆ使用寿命不足，反以Ｆ讨论型式选定后，如何正确选择Ｄ（１和ｄｏ．

之使用寿命过剩，前肖造成同转支承过ｔ斗失效，可以将外负载折算成：＿量静容量，再乘以合后者造成浪费．由于结构限制和一些使用场合的理的安令系数后与回转支承的额定静容量对比来

特殊要求，确定Ｄｏ和ｄｏ应根据具体情况．例如挖选择Ｄｏ和ｄｏ，

掘机在挖掘过程中同转支承负载最大，而网转过同转支承规格繁多，但其Ｄｏ与ｄｏ的比有‘个程中嘲转支承的负载要小得多，因此只要根据静合理取值范围，该值的大小是根据额定动、静载

容肇确定Ｄｏ和ｄｎ就行了．

表１

单排球式凹转支承

排柱式叫转支承

１）计算额定静容麓

１）“算额定静容量

Ｃｏ＝ｆ．Ｄ・ｄ

Ｃｏ＝ｆＤ・ｄ

式中：ｃｏ为额定静容量，Ｎ

式，ｈＣｏ为额定静容量，Ｎ

ｆ为静容鼍系数，１

１０Ｎ／ｍｍ！

ｆ为静容最系数，１４７Ｎ／ｍｍ！Ｄ为滚道中心商径，ｍｍＤ为滚道巾心卣径，ｍｍＤ为钢球公称直径，ｍｍ

Ｄ为｝：排滚柱直径，ｍｍ

２）根据组合外载荷，计算当量轴向载荷

２）根据组合外载荷，计算当量轴向载荷

Ｃｐ＝Ｐ＋４３７０

Ｍ，Ｄ＋３．４４ＦｒＣｐ＝Ｐ十４５００

Ｍ／Ｄ

式ｔ｝、：ｃｐ为当量轴向载荷，Ｎ

式巾：ｃｐ为当量轴向载荷，Ｎ

Ｍ为总倾覆力矩，Ｎ哪Ｍ为总倾覆力矩，Ｎ・ｍＰ为总轴向力，ＮＰ为总轴向力，Ｎ

Ｆｒ为总径向力，Ｎ

３）汁算安全系数

３）计算安全系数

ｆＳ—Ｃｏ／Ｃｐ

ｆｓ＝Ｃｏ／ＣＤ

式・ｈｆ’Ｓ值町按表２所示选取．

式中：ｆＳ值叮按表２所示选取．

表２

回转支承安全系数（ｆｓ）

¨』：作类型工作特性

机械举例

ｆｓ

轻型

不经常满负荷，刨转甲稳冲。ｊｊ小汽车起蓖机，堆取料机，坼港口用轮式起霞机

１．００～１．２５

ｒ｝Ｉ犁

不经常满负荷，回转较快有冲击塔式起霞机，船用起重机，履带

起囊机

１．２０～１．３５

露，理经常满负荷，回转快冲击人币斗挖掘机，抓。｝．起囊机，港１］

起重机，集装箱起重抛１．３０～１．６０

特重型

满负荷，冲击夫或ｌ：作场所条件

÷１．轮式挖掘机，隧道掘进机，冶恶劣

金起甄机，海Ｉ：作、№平台起机

１．３０～１．６０

参考文献

［１】卢耀祖，邓惠强．机械结构设计【Ｍ】．【二海：Ｉ司济人学…版社，２００４ｆ２］Ｍ・Ｆ・斯波茨．机械零件没汁［Ｍ］．北京：机械工、ｆｋⅢ版社，２００５．

万　

方数据技术籀２∞６章蒴五霸毯翟墨巴臣４３

回转支承的合理选用

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

戴军， DAI Jun

上海船舶设备研究所,上海,200031机电设备

MECHANICAL AND ELECTRICAL EQUIPMENT2006，23(5)3次

参考文献(2条)

1.M·F·斯波茨 机械零件设计 20052.卢耀祖;邓惠强 机械结构设计 2004

相似文献(1条)

1.学位论文 刘丹丹 盾构机用三排滚柱式回转支承有限元分析 2010

盾构机是盾构施工法中的主要施工机械，必须具有高可靠性，能够稳定可靠地工作。大型盾构机的主轴承多采用三排滚柱式回转支承，工作过程中需承受较大的轴向力和倾覆力矩，同时还要承受一定的径向力，受载情况复杂，容易产生较大的变形，影响盾构机械的施工安全。本文采用理论计算和有限元法分别对该轴承的承载能力、变形及载荷分布状态进行分析研究。

用于盾构主轴承的三排滚柱式回转支承尺寸较大，滚动体数目较多，每列的滚动体数目一般在几十个到上百个之间，其内、外圈与滚动体之间的接触部位较多，接触状态复杂，而接触分析属于高度非线性分析，进行有限元计算分析难度较大。

本文首先分析了该轴承在静载荷作用下三排滚动体的受力状态，应用滚动轴承载荷分布计算方法，对轴承在轴向力、径向力及倾覆力矩作用下的三列滚动体的载荷分布分别进行了计算，得出了每个受载滚子的载荷、最大接触应力及变形的值，并确定出每列最大载荷滚子所在的位置和数值。

为保证较高的计算精度和减小解析规模，在能够反映轴承的主要力学特性条件下，本文利用ANSYS有限元分析软件，先分析了整个轴承在轴向力、径向力及倾覆力矩作用下的应力及变形状态，根据所得结果，分别建立了第一、第二和第三列滚子在最大载荷位置滚动体的有限元模型，并对有限元仿真结果进行分析。有限元分析所得的轴承载荷分布趋势、应力及变形等的计算结果与滚动轴承的理论计算结果基本接近。本文的分析结果为轴承后续的疲劳寿命分析及试验提供帮助。

引证文献(3条)

1.苏文瑛.王伟 回转支承在送料回转小车中的应用[期刊论文]-河南机电高等专科学校学报 2010(2)2.宋家齐 斗轮取料机回转支承故障分析及对策[期刊论文]-起重运输机械 2010(5)

3.曹全星.陈胜奇.王铁庆 回转支承应用于平地机驱动桥与平衡箱联接[期刊论文]-筑路机械与施工机械化 2009(2)

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