回转支承选型计算.doc
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1、,回转支承选型计算:一、 单排球式回转支承的选型计算1、计算额定静容量C0 = f Dd式中:Co 额定静容量,kNf 静容量系数,0.108 kN / mm2D 滚道中心直径,mmd 钢球公称直径,mm2、根据组合后的外载荷,计算当量轴向载荷 式中:Cp 当量轴向载荷, kNM 总倾覆力矩,kNmFa 总轴向力,kNFr 总倾覆力矩作用平面的总径向力,kN3、计算安全系数fs = Co / Cpfs值可按下表选取。二、 三排柱式回转支承的选型计算1、计算额定静容量C0 = f Dd式中:Co 额定静容量,kNf 静容量系数,0.172 kN / mm2D 滚道中心直径,mmd 上排滚柱直径,
2、mm2、根据组合后的外载荷,计算当量轴向载荷 式中:Cp 当量轴向载荷,kNM 总倾覆力矩,kNmFa 总轴向力,kN3、计算安全系数fs = Co / Cpfs值可按下表选取。回转支承安全系数fs 工作类型工作特性机械举例fs轻 型不经常满负荷,回转平稳冲击小堆取料机,汽车起重机,非港口用轮式起重机1.001.15中 型不经常满负荷,回转较快,有冲击塔式起重机,船用起重机,履带起重机1.151.30重 型经常满负荷,回转快冲击大抓斗起重机,港口起重机,单斗挖掘机,集装箱起重机1.301.45特重型满负荷,冲击大或工作场所条件恶劣斗轮式挖掘机,隧道掘进机,冶金起重机,海上作业平台起重机1.45
3、1.70回转支承产品标准对合理选型的影响建筑机械2002年第三期 现行的单排球式回转支承有两个行业标准JJ36.1-91建筑机械用回转支承和JB/T2300-99回转支承,也就是在以前的建设部标准JJ36-86和机械部标准JB2300-84的基础上重新修订的。在JJ36.1的基本参数系列表中列出了145种基本参数的145种型号单排球式回转支承,在JB/T2300中列出了120种基本参数的220种型号单排球式回转支承。目前我国除引进主机外,绝大多数主机都是按现行的两个标准规定的参数选择回转支承型号。由于JB2300-84较JJ36-86颁布实施得早,其覆盖面要略大于JJ36-86,两个标准都为回
4、转支承标准化生产做出了贡献。随着各主机待业和回转支承行业的飞速发展,国外机型的大量引进,标准中的问题也显现出来,甚至阻碍了各主机行业和回转支承行业的发展,应引起我们高度重视。单排球式回转支承的滚道中心直径(D0)和钢球直径(d0)是它的两个主参数,它们不但决定了回转支承的承载能力和使用寿命,也是其它参数设计的依据,因此两者的匹配合理与否不仅是回转支承设计水平的反映,将直接影响主机选用的科学性、经济性和结构的合理性。通常我们用D0/d0的比值来分析主参数匹配的合理性,在D0=5002500范围内,JJ36.1中D0/d0=31.2541.67;JB/T2300中,D0/d0=16.6762.5。
5、德国ROTHEERDE公司标准系列单排球式回转支承D0/d0=3056。那么该比值在什么范围内科学合理呢?通过计算和比较我们不难找到答案。 当回转支承的D0和d0值确定以后,它的额定静容量和额定动容量也随之可计算出来,并可作出其静载和动载曲线,显然当静载曲线和动载曲线靠得很近时,在满足静载荷要求的同时又满足了动载荷(即寿命)的要求。如果两条承载能力曲线离得较远,只能按承载能力较低的一条曲线选用,势必造成另一种能力的浪费。从JB/T2300附录B承载能力曲线中不难看出30900、301000、301120、351250、351400、451400、451600、451800、602000、602
6、240、602500的动、静载曲线靠得较近,主参数匹配合理,它们的比值为3041.67。同时也可看出,D0/d0比值过小,动载曲线远高于静载曲线(例30500比值为16.67),比值过大动载曲线远低于静载曲线(例402500比值为62.5),在此附录中共有图B1图B48共48幅曲线图覆盖220种型号,除上述11种主参数匹配代表的55种型号外,其余165种型号(占75%)的主参数匹配不合理。通过以上分析得道的答案是:D0/d0=3040为比较合理的主参数匹配。JB/T2300-99在修订中也意识到这一问题,将JB2300-84原有型号保留之外,每种规格又增加了直径小一档的钢球,共增加了20种匹配
7、100种型号(例在40900基础上增加一档30900,两者除钢球直径不同外,其余参数完全一致),但令人遗憾的是在D01600时,所增加10种匹配共50种规格却背离了合理匹配范围,新增的100种型号无论是匹配趋于合理还是背离合理都没多大使用价值,这是因为每一种规格都只是在原有规格的基础上将钢球减小一档,而外型尺寸等保持不变,除降低动、静能力外,生产成本降低甚少,两者的销售价格相差无几,用户又何苦接受这样的“新生事物”呢?JB2300-84中D01250的所有规格,D0/d0值都过小,换言之,钢球都太大了,套用轴承的概念,我们可以把它称之谓重型回转支承,而对一般的工程建筑机械是没必要的。以20 t
8、级挖掘机为例,国产大多选用的回转支承为401120,钢球直径为40,而进口及国内合(独)资企业生产的20t级挖掘机配套的回转支承钢球直径都在28.575以内,滚道中心直径在10731212范围内。由此而产生的直接后果是钢球直径越大,回转支承轴向载面积越大,自重越重,生产成本越高,用户采购成本也越高,造成大量的资金和原材料浪费。JB2300-99除了两大主参数匹配不合理外,钢球直径系列参数设计也存在不足。它的滚道中心直径D0是按R20优先数字选取的(公比为1.12的等比数列),但钢球直径系列为:20、25、30、35、40、45、50、60、75(JB230-84为d0=30、40、45、60、
9、75)一个没有科学性的数列。数字游戏在此当然没有实际意义,问题是回转支承的额定静容量与D0d0成正比。我们暂且抛开D0与d0匹配是否合理不谈,把JB2300-99中所有匹配的D0d0的值计算后,排列起来,显然是一个杂乱无章的数列,也就是说各种匹配的额定静容量所组成的数列也是杂乱无章的数列,而不是等比数列,这时用户有什么影响呢?塔吊的吨米数,汽车吊的起重量,挖掘机的吨级数为什么采用选先数的等比数列呢,有级变速机床转速也是如此,借用机床转速设计时“速度损失”这一概念,额定静容量组成等比数列可使选用回转支承时,“承载能力损失”最小,例30710的上一档为40800两者CO相差50%,而40800与上
10、一档40900两者CO只相差12.5%,当你初选30710计算出安全系数尚差5%时,选40800显然“承载能力损失”45%。而初选40800安全系数差5%改选40900时“承载能力损失”仅为7.5%。JJ36.1标准中,主参数匹配和基本参数设计都比较科学、合理,部分滚道中心直径的重叠设计(例100025和100032),使“承载能力损失”最小,并各具有单独的基本参数。因此,我们建议并希望主机厂按JJ36.1-91标准选用单排球式回转支承,这会使采购成本下降10%30%,综合经济效益和社会效益都十分显著。我们作为回转支承专业制造厂提出这样的建议,完全是站在尊重科学的立场,因为这除了会使我们的销售
11、收入减少外,而并没有其它任何好处。合理选用回转支承建筑机械1996年第八期 回转支承作为建筑机械的重要基础元件,近十年来,随着主机行业的迅速发展,得到了广泛的应用,除为挖掘机、塔吊、汽车吊及各类起重机配套外,还广泛应用于轻工机械、冶金机械、医疗机械、工业机器人、隧道掘进机、堆取料机、旋转舞台等。总之,它是一切两部分之间需作相对回转运动,又需同时承受轴向力、径向力、倾覆力矩的机械所必需的重要传力元件。 我国回转支承行业从建立至今超过了近20年的历程,它从无到有,从小到大,逐步走向成熟。目前已具备了满足各类主机需要的回转支承的设计、制造、测试的综合开发能力,为主机行业的发展做出了一定的贡献。特别是
12、马鞍山回转支承厂,自1984年与建设部北京建筑机械综合研究所合作,成功地开发出具有80年代国际先进水平的单排球式回转支承后,打破了我国回转支承行业以3片式交叉滚柱和双排球式为主的落后局面,大缩小了与发达国家之间的差距,带动了我国回转支承行业的迅速发展。11年来马鞍山回转支承厂作为回转支承专业厂,共为国内外用户提供四大类回转支承2万余套,产品覆盖全国25个省、市、自治区,为十几个行业的200余种主机配套。随着各主机行业的迅速发展,无论是自行开发,还是引进技术、合资、合作,对回转支承的要求都在日益提高,作为回转支承专业厂,加强新品开发,不断提高产品质量,满足主机发展需要,是我们责无旁贷的责任,也是
13、市场竞争和自我发展的根本要求。但主机如何正确选择回转支承的结构型式(单排球式、交叉滚柱式、双排球式、三排柱式等)和规格尺寸(滚道中心直径D0,滚动体直径d0),却由于外负荷是个复杂力系以及滚道承载能力的机理未被深刻理解,在选用中存在着一些不合理的状况,影响了主机行业的经济效益,甚至导致重大质量事故,从而引起主机行业和回转支承行业的共同重视。本文就是以长期的回转支承设计生产和为主机选型服务的经验来探讨合理的选型,以克服使用的盲目性,保证主机使用的可靠性。 结构型式的选择 常用回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,先进行数据对比。1.1 单排球式和交
14、叉滚柱式额定静容量、额定动容量对比额定静容量C0和额定动容量Ca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J1600*36为例分析对比如下:单排球式Q1600*50额定静、动容量(C01,Ca1) C01=f0d02Zsin =3850289sin50=6476906(N) 式中 f0滚道硬度系数,55HRC时为38N/mm2 Z 滚动体个数 滚道接触角,一般机械取=50Ca1= 95f1fsfcffdZ2/3fH =950.2990523.742440.8375100.651309872.67219.93390.732247 =
15、 738760(N) 式中各符号含义及子式从略。交叉滚柱式J1600*36的额定静、动容量(C02,Ca2)C02= f0d0L0(Z/2) sin =76360.836(122/2)sin45 =3398783(N) 式中L0 滚动体有效接触长度Ca2= 410f1fcff07/9d020/27(Z/2)3/4 fH =4100.3901000.8747400.68271313.648446.944421.82720.732247 = 978133(N)从上述计算,得到单排球的静载能力较交叉滚柱式高90%,但动载能力小25%,任选二种基本参数相同的单排球式和交叉滚柱式对比计算,其结论是一致的
16、。需要说明的是,交叉滚柱的动、静载能力实际上远达不到理论计算值。原因有二:第一,滚道角度误差,903;第二,轴径向间隙的存在,使内、外套圈在工作时发生相对倾斜,两者叠加,使内、外套圈本应平行的对应滚道面,沿滚动体母线全长,最大可产生0.1mm左右的倾斜,因此,滚柱受载沿长度方向是不均匀的,两端应和差最大,最大应力高出平均应力很多,甚至一倍以上或更多,再加上两端的相对滑动,即使其负载尚未达到其额定载荷时,其最大应力已超出许用应力,而使滚道破坏失效。尽管腰鼓形滚子的使用使上述情况有所改善,但效果并不明显。这是因为,滚柱两端的微量修缘,并不能补偿滚道角度误差及内外套圈对应面在工作过程的倾斜;而且,一
17、种修缘尺寸,只适用于一定的D0、d0及轴径向间隙,要想取得较好的效果,除对滚道角度公差有较高要求外,还应将轴、径向间隙控制在0.05mm以内。显然,目前无论是制造还是使用都难以达到(一般要求与回转支承连接的平台的平面度公差为回转支承轴、径向间隙的1/2)。即使达到了,交叉滚柱的实际动、静载能力也只是向理论动静载能力靠近了一点,差距的存在是必然的。1.2 单排球式和双排球式对比有一种错觉,认为双排球较单排球多一排球,因此承载能力较同一滚道中心直径的单排球式高。我们一起来做一个改型设计,看看理论计算结果:以JB230084中双排球021*30*1120为对象,先计算其额定静容量C03 。C03=
18、f0d02Z sin90 =383021031=3522600(N)若保持其滚道中心直径、安装孔组节圆直径和孔径不变,将它改型设计为单排球,可安排d0=5060的钢球。若取d0=50,则单排球Q1120*50的额定静容量为:C04= f0d02Z sin50 =3850262sin50=4512002(N)很明显C04 C03,大28%。同理,其它规格的改型设计得到的结论与此是类似的。不但如此,因双排球为三片式、双滚道,材料费用,加工制造,运输费用都较单排球高,一般同一D0的差价达60100%,而且,滚道的形状精度和表面粗糙度因不易磨削而很差。因此,是否可以说双排球式是一种质次、价高的落后结构
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