第八章 旋转机构

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。
● 止推轴承引起的摩擦阻力矩：M止 止d止 F止 2
式中：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
动轴承取0.005～0.01。
—G—P 旋转部分总的重力。
● 滚动轴承式：M摩 D F
偏摆一般用偏摆角表示，由偏摆角产生的水平力引起
的旋转阻力矩为：M 摆 PQ sin R sin
验算强度时，取 M 摆 RPQ sin II ；
计算疲劳时，取 M 摆max RPQ sin I 。
选电动机时，要用等效阻力矩： Md
M 摆eq
0
0.64RPQ sinI
各项阻力矩计算出来后，还应按不同情况进行载荷组合。
n
KJ1n电2 1
9.55t制nB
—1—电动机到制动器之间的效率；
—n —旋转速度。
可先确定 ，t制计算 后M选B择制动器，也可先选择制 动器，然后验算 t制。
5、极限转矩联轴器选择：
一旦有超过最大转矩的载荷，联轴器呈打滑状态。但极
限转矩不能选得过小，否则会使电动机和传动零部件在允许
的转矩下就打滑，机构能力得不到充分利用也不理想。
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
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 G；P
；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 由T 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
阻力矩： M惯2 KJ1112 t
式中：1——电动机角速度；
J1——电动机转子转动惯量；
1——传动机构的效率；
K ——将各轴转动惯量的折算系数。
则：
M惯 M惯1 M惯2
J i2KJ11
t
J i2KJ11 n
9.55t
i ——机构总传动比，i 1 。
（5）吊重偏摆引起的阻力矩 M 摆 ：
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。
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 径d径 F径 2
式中：径 ——径向轴承摩擦系数，取0.015～0.02。
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
① 柱式回转支承装置：
重 G、3 其它部分重量 G及1
起升载荷PQ，还应考虑相应
的动载影响；水平力有风载
荷W（1 重物上）和 W（2起重
机上），旋转离心力 P1（重 物上）和 P（2 起重机上），
M静 PQD1 2ai
切向惯性力 P1（ 重物上）和 P（2起重机上）。设计时，会尽
量将旋转部分的重心靠近旋转中心，即减小P和2 P，2 故 P2
用正压力Nma，x 两者关系为： C0 n，Nnm为ax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 K M ，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。
FH W1 W2 P1 M kPQ R Gb Lb G1L1 G3L3 P1h W1h W2hW
k——超载系数， k 1；.16
—6 —动态试验动载系数， 6 1。2 2
吊臂自重 、Gb配重 、G其3 它旋转质量引起的载荷 ，G在1
开始计算时未知，可参考已有资料进行初
步估算，等设计大体完成后再根据实际自
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
线 190
N br
线
点接触
点
860 3
N r2
点
式中：b——接触线的长度；
r——综合曲率半径，见下页表中所示。
线 ——许用线接触应力；点 ——许用点接触应力；
单位：N mm2 。当HB<300时，线 2 2.5 HB ；
式中： ——滚动综合摩擦系数，滚动体为圆滚动体上的总正压力，与载荷偏心距
有关：e
D时， 4
F GP sin 4H cos
M e
GP
> e
时D ， 4
F
GP
sin
1
22
2KM M sin 2 D sin
4H
cos
故要求： ML 1.1 Mmax KJ1n电 / 9.55 Ln电 / nL
M max mM n —M—n 电动机额定输出转矩。
3、减速器选择：
按电动机起动功率和减速比选用。
总—传i1—动减比速：器传i 动 n比电；n i1i2 —i2—开式齿轮传动比， i2 。z2 z1
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
n—B—制动器轴转速；nB
当HRc >30时，线 20 50 HRc ，点 2 2.5 线
（3）转盘式回转支承装置： ① 支承滚轮式回转支承装置：
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 C和0单个滚动体许
2、电动机的选择：
根据Ⅰ类载荷组合初步计算：
Ne
M阻
ω——起重机旋转角速度；
η——整个旋转机构的传动效率。
M阻 M 摩 M 倾eq M 风eq M 摆eq 再按机构实际JC值，选 N 1的.2电N动e 机，然后进行
过载、发热校验。
● 过载校验： Nn HM阻1 / mm
H——系数，交流绕线式电动机取1.55，交流鼠笼式电
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
sin2 d
0
0.69qII Abr A1L1
（4）惯性阻力矩 M 惯 ：
由两部分组成。
① 起重机回转部分的惯性阻力矩：
M惯1 J t
式中： ——旋转角速度， 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
式中：q——计算风压，按不同计算目的取值。
Ab 、A1 和 r 、L1 分别为吊臂和其余回转部分的迎风面积
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 有关，其最大值为：
M风max 1.2qII Abr A1L1
等效阻力矩：
1.2qII Abr A1L1
M 风max
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。
M阻2 M 摩 M 倾eq 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
注意：此处用的是 ，n电故 和M 静都要J折算到电动
机轴上，也可全部折算到起重机旋转轴上。
实际的起动时间在很大范围内变化，一般控制在4～10s。
取，调平性能好的取1°，否则
取1.5°。
当 90，倾斜阻力矩最大，
即：
M倾max PQRsin 0.0175 0.0262 PQR
当臂架从 0 转到 时，M 倾 不断变化，与其
做功相等的阻力矩为：M倾eq
Md
0
0.64M倾max
（3）风载荷造成的旋转阻力矩 M 风 ：
M风 qC Abr sin A1L1 sinsin
β——滚动体与滚道的接触角；
2 cos1 DGP KM M
（2）旋转平台倾斜引起的阻力矩 M：倾
M倾 PQRsin Gbr sin G1L1 sin sin
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 sin
按实际可能发生的最大值 M倾max PQRsin 0.0175
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
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。
m——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
● 发热校验：用JC值查出允许输出功率 N，0 使：
N0 Ns GM阻2 /
G——稳态负载平均系数，一般工程起重机取0.5～0.6。
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 G，P 用上、下支座的水平支承承受水
平力F和H 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，
则水平滚轮所受正压力： N F径 2cos
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。