第八章_旋转机构 课件

由于在设计旋转部分时总是尽
量使其重心处于旋转中心上，即
Gbr ≈ G1L1 ，则：
M倾 = PQ R sin γ sinϕ
γ 按实际可能发生的最大值 M倾max = PQR sin γ = (0.0175)
取，调平性能好的取1°，否则
取1.5°。
当ϕ = 90°，倾斜阻力矩最大，
即：
M倾max = PQ R sin γ = (0.0175 ∼ 0.0262) PQ R
● 过载校验： Nn ≥ HM阻1ω / (mλmη )
H——系数，交流绕线式电动机取1.55，交流鼠笼式电
动机取1.6，直流电动机取1。
m——整个旋转机构中电动机的个数。
λm——基准接电持续率下，电动机允许过载的倍数。
M阻1 = M 摩 + M 倾max + M 风max + M 摆eq + M 惯
第八章 回转机构
用于实现起重机回转部分相对于不回转部分作回转运动。 作用：使已被起吊的重物绕起重机的垂直轴线作圆弧运 动，以达到在水平面内运输货物的目的。 优点：不需要庞大的轨道及其支承结构，运动阻力较小。 缺点：构造比较复杂，移动范围有限。 组成：回转支承装置和回转驱动机构。
一、旋转支承装置
1、作用和种类
① 柱式回转支承装置：
M摩 = M平 + M径 + M止
∑ ● 水平滚轮引起的摩擦阻力矩： M平 = fD P 2
式中：∑ P ——所有滚轮轮压之和；
f ——摩擦阻力系数，滚动轴承取0.005～0.008，
滑动轴承取0.028～0.032。
● 径向轴承引起的摩擦阻力矩：M径 = μ径d径 F径 2
及其形心到旋转中心的距离。
C——风力系数，通常取1.2。
风阻力矩与转角ϕ 有关，其最大值为：
( ) M风max = 1.2qII Abr − A1L1
等效阻力矩：
∫ M 风max
= 1.2qII ( Abr − A1L1 )
π
π sin2 ϕdϕ
0
= 0.69qII ( Abr − A1L1 )
（4）惯性阻力矩 M 惯 ：
4、制动器选择：
采用常开式可调节的制动器，控制制动时间≥4s。
( ) MB
= M 倾max + M 风max + M 摆eq + M 惯1 − M 摩
nB ——制动器轴转速n；B
式中：μ径——径向轴承摩擦系数，取0.015～0.02。
● 止推轴承引起的摩擦阻力矩：M止 = μ止d止 F止 2
式中：μ止 ——止推轴承摩擦系数，取0.01～0.015。
② 转盘式旋转支承装置：
● 支承滚轮式：M摩 = fGP D / 2
式中： f——当量摩擦系数，滑动轴承取0.02～0.03，滚
⎡⎣σ线 ⎤⎦ ——许用线接触应力；⎡⎣σ点 ⎤⎦ ——许用点接触应力；
单位：N mm2 。当HB<300时，⎡⎣σ线 ⎤⎦ = (2 ∼ 2.5) HB ；
当HRc >30时，⎡⎣σ 线 ⎤⎦ = (20 ∼ 50) HRc ，⎡⎣σ点 ⎤⎦ = (2 ∼ 2.5) ⎡⎣σ线 ⎤⎦
（3）转盘式回转支承装置： ① 支承滚轮式回转支承装置：
重 G3、其它部分重量 G1及
起升载荷PQ ，还应考虑相应
的动载影响；水平力有风载
荷W1（重物上）和 W2（起重
机上），旋转离心力 P1 （重 物上）和 P2（起重机上），
M静 = PQ D1 (2aiη )
量切将向旋惯转性部力分P1′的（重重心物靠上近）旋和转P2中（′ 心起，重即机减上小）。P2设和计P2时′ ，，故会P尽2
包括轨道直径的确定、中心轴枢的设计和轮压计算。 轨道直径：应保证在无需中心轴枢参与工作的情况下， 旋转部分承受工作状态最大载荷时不会倾覆。 中心轴枢：可根据工作中的水平力计算其径向轴承，而 其本身则需按第Ⅲ类载荷组合验算受弯强度。 轮压：要计算最大和最小值，然后设计计算滚轮。 ② 滚动轴承式旋转支承装置： 一般选用成品。给出的额定静容量C0 和单个滚动体许
② 转柱式回转支承装置 结构简单，制造方便，适
用于起升高度和工作幅度较大 而起重机高度尺寸没有严格限 制的起重机上。
特点：具有一根与回转部 分连成一体的转柱，依靠上、 下支座支承，并通过驱动装置 来实现回转运动。此时下支座 既承受垂直力，又承受水平力， 所以要由止推轴承和径向轴承 组成。
（2）转盘式回转支承装置 特点：没有很长的柱子
作用： 将起重机回转部分支持在非回转部分上，保证回 转部分有确定的运动，并承受回转部分作用于其上的垂直 力、水平力和倾覆力矩。
分类：柱式回转支承装置和转盘式回转支承装置。（1） 柱式回转支承装置
主要由一根柱、两个水平支承和一个垂直推力支承组 成，有时也用一个向心推力支承来代替一个水平支承及垂直 推力支承。根据柱是固定还是旋转的，又可分为定柱式与转 柱式两类。
根据滚动体形状不同，分为滚球式和滚柱式，根据滚动 体排数又可分为单排、双排和三排等。a图为单排四点接触球 式，b图为双排球式，c图为单排交叉滚柱式，d图为三排滚柱 式。
（a）
（b）
（c）
（d）
2、设计计算
先确定计算载荷，然后
再根据选定的具体结构形式
进行计算。
（1）载荷
作用在旋转支承装置上
的垂直力有吊臂自重Gb 、配
步估算，等设计大体完成后再根据实际自
重精确验算调整。
（2）柱式回转支承装置
见右图，由一个止推轴承承受垂直
力 GP，用上、下支座的水平支承承受水
平力FH和倾覆力矩 M。由平衡条件，得
各支座反力：止推力：F止 = GP
径向力：F径
=
M h′
+
FH
h′ ——上、下支承间的距离。
在柱直径较大的支承处一般采用水平滚轮承受径向力，
② 滚动轴承式回转支承装置 是一个扩大的滚动轴承，既承受水平力、垂直力，还能
平衡倾覆力矩。优点：结构紧凑；装配与维护简单，密封及 润滑条件好；轴向间隙小，工作平稳，消除了大的冲击；旋 转阻力小，磨损小，寿命长。
缺点：对材料和加工工艺要求高，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要求。
由两部分组成。
① 起重机回转部分的惯性阻力矩：
∑ M惯1 = J ω t
式中：ω ——旋转角速度，ω = n 9.55
M惯
t ——起动时间，取 t = 4 ∼ 10s
∑J ——起重机旋转部分的惯性
矩，参照右图中逐个叠加。
② 回转驱动机构中回转零件的惯性
阻力矩： M惯2 = KJ1η1ω12 (ωt )
● 发热校验：用JC值查出允许输出功率 N0，使：
N0 ≥ Ns = GM阻2ω /η
G——稳态负载平均系数，一般工程#43; M 风eq
( ) ● 验算起动时间： t起 = [ J ]n电 / ⎡⎣9.55 M起 − M静 ⎤⎦
M 静 = M 摩 + M 倾max + M 风max + M 摆eq
则水平滚轮所受正压力： N = F径 (2 cosα )
有了支座反力后，就可以选择标准轴承或自行设计轴承
了。水平滚轮根据其所受正压力，利用接触应力计算公式进
行设计：线接触
σ线 = 190
N br
≤
⎡⎣σ线 ⎤⎦
点接触
σ点
= 860 3
N r2
≤ ⎡⎣σ点 ⎤⎦
式中：b——接触线的长度；
r——综合曲率半径，见下页表中所示。
结构，起重机的回转部分装 在一个大转盘上，空间高度 较小，转盘通过滚轮、滚子、 滚珠等滚动体支承于固定部 分上。
一般分为支承滚轮式和 滚动轴承式两种。
① 支承滚轮式旋转支承装置 特点：起重机回转部分支承在由滚轮组成的三个或四个
支点上。
a图为少支承滚轮式，垂直力和倾覆力矩由滚轮承受， 水平力由中心轴枢承受。当要求承载较大时，往往需增多滚 轮的数目，见b图所示的多支承滚子夹套式，滚子布满滚道 全周。
[ ] 用正压力[Nmax ]，两者关系为：C0 = n Nmax ，n为大轴承中
滚动体个数。
只需计算当量载荷： Ceq = GP + KH H i + KM M D
式中：系数 KH ，滚柱取2.5，滚珠取3.44；系数 KM ，滚柱
取4.1，滚珠取4.37。
i ——承受水平力的滚动体排数；
D ——滚动体滚道直径。
① 定柱式回转支承装置 结构简单，便于制造，回转部
分转动惯量小，自重小，驱动功率 也小，还有利于降低起重机的重心。
特点：转动部分有一个钟形罩， 起重机回转部分通过空心的钟形罩 套装在定柱上，定柱牢固地安装在 非回转部分上，定柱的上、下两端 分别装有上、下支座，并通过驱动 机构转动钟形罩来实现起重机的回 转运动。
和P2′ 可忽略不计。
外载荷可简化为4个力：沿旋转中心线垂直向下的力GP；
；水平力FH；绕回转中心的力偶 T ；作用于某一铅锤平面的
力矩 M 。其中 T 由旋转驱动机构电动机转矩或制动器的制动
力矩平衡，剩下的三个力由旋转支承装置平衡。
假设此三个力都作用在吊臂轴线所在平面，则：
GP = kPQ + Gb + G1 + G3
使得C0 ≥ fCeq 即可，式中f为选择系数，流动式起重机取 1～1.15，塔式起重机取1.15～1.3，抓斗起重机取 1.3 ∼ 1.5。
二、旋转驱动装置
主要讲述电动机驱动的机械传动设计计算。
1、确定回转阻力矩： M阻 = M摩 + M倾 + M风 + M惯 + M摆
（1）回转支承摩擦力阻力矩M 摩