回轉(zhuǎn)支承作為重要的基礎(chǔ)部件，在我國經(jīng)過近四十年的發(fā)展得到了廣泛的應(yīng)用。但如何正確選擇大直徑回轉(zhuǎn)支承的結(jié)構(gòu)型式，保障使用可靠性及高的性價比，依然是主機(jī)行業(yè)普遍關(guān)注的問題。

　　文章《合理選用回轉(zhuǎn)支承》（建筑機(jī)械，1996年第8期）認(rèn)為“中小規(guī)格的回轉(zhuǎn)支承應(yīng)以單排球式為理想型式，大規(guī)格是三排柱式?！爆F(xiàn)在市場上應(yīng)用的中小規(guī)格回轉(zhuǎn)支承普遍為單排球式，大規(guī)格為三排柱式，驗(yàn)證了該觀點(diǎn)。隨著回轉(zhuǎn)支承行業(yè)制造工藝的進(jìn)步及基礎(chǔ)理論研究的深入，我們發(fā)現(xiàn)大直徑回轉(zhuǎn)支承選擇雙排八點(diǎn)接觸球式結(jié)構(gòu)較三排柱式優(yōu)勢更為突出。下面以相同主參數(shù)的三排柱式及雙排八點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承進(jìn)行計算分析。

　　這里應(yīng)用馬鞍山統(tǒng)力回轉(zhuǎn)支承有限公司與高校聯(lián)合開發(fā)的國內(nèi)回轉(zhuǎn)支承智能分析軟件進(jìn)行分析計算。該軟件可實(shí)現(xiàn)的主要功能包括：給定載荷（軸向力、傾翻力矩、徑向力）、滾道間隙條件下，單排、雙排球式及三排柱式回轉(zhuǎn)支承的額定靜容量計算，并繪制出給定主參數(shù)回轉(zhuǎn)支承的承載曲線；單個滾動體的接觸參數(shù)計算、顯示接觸形狀；滾道內(nèi)部的米塞斯應(yīng)力及切應(yīng)力分布規(guī)律，并可繪制應(yīng)力變化曲線圖。

　　1 雙排八點(diǎn)接觸球式較三排柱式承載能力高

　　以滾道中心直徑為Φ2000mm，滾動體直徑為Φ32mm為例，假定軸向力2000kN、徑向力500kN、傾翻力矩為6000kN.m。三排柱式及雙排八點(diǎn)接觸球式的承載能力分別見圖1a)、b），圖中兩根曲線分別代表許用接觸應(yīng)力3850MPa及許用永久殘留變形為滾動體直徑萬分之三時的靜載曲線。

a) 三排柱式 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　b)雙排球式

圖1 額定容量計算

　　由圖1a)b)對比三排柱及雙排八點(diǎn)接觸球式的靜容量看出，三排柱式靜容量為16700kN, 雙排八點(diǎn)接觸球式的靜容量為18786kN。這是由于：

　　1.1失效形式不同

　　回轉(zhuǎn)支承滾道失效形式有兩種：一是滾道表面接觸應(yīng)力超過材料許用接觸應(yīng)力；二是滾道永久殘余變形超過滾動體直徑的萬分之三。

　　由圖1a）可知，三排柱式應(yīng)力線遠(yuǎn)高于變形線，因此它的失效形式是滾道的永久殘余變形量超過滾動體的萬分之三。當(dāng)許用接觸應(yīng)力3850MPa時滾道的永久殘余變形量達(dá)到滾動體的萬分之十五。滾道的永久殘余變形量為滾動體的萬分之三時滾道的許用接觸應(yīng)力為2750MPa。

　　由圖1b）可知，雙排球式應(yīng)力線遠(yuǎn)低于變形線，因此它的失效形式是滾道表面接觸應(yīng)力超過材料許用接觸應(yīng)力。許用接觸應(yīng)力3850MPa時滾道的永久殘余變形量為滾動體的萬分之二。

　　因此，三排柱式的表面許用接觸應(yīng)力不能達(dá)到雙排球式的3850MPa。

　　1.2受力特點(diǎn)不同

　　三排柱式的三排滾動體獨(dú)立承載。見圖2.1，圖中Fm為傾翻力矩產(chǎn)生的當(dāng)量軸向力，F(xiàn)a為軸向力，F(xiàn)r為徑向力。由圖2.2a)可看出在承受傾翻力矩、徑向力時三排柱至多一半滾柱承載。由圖2.2b)可看出雙排八點(diǎn)接觸球式任何時候雙排球均聯(lián)合受載。

圖2.1  三排柱式回轉(zhuǎn)支承受力示意圖

a) 三排柱式

b) 雙排球式

圖2.2零間隙時滾動體負(fù)荷分布圖

　　1.3 接觸區(qū)均為面接觸

　　三排柱式回轉(zhuǎn)支承受力時滾動體與滾道的接觸投影面為矩形面(圖3a)，而雙排八點(diǎn)接觸球式的滾動體與滾道接觸投影面為橢圓面（圖3b），均是面接觸，有別于傳統(tǒng)的點(diǎn)、線接觸之分。

a) 三排柱式

b) 雙排球式

圖3　零間隙時滾道接觸形狀及應(yīng)力分布

　　1.4滾道間隙對三排柱式的影響較雙排球式更大

　　由圖4與圖2.2分別對比可知，在間隙作用下，三排柱式及雙排球式受載的滾動體個數(shù)均減少。再對比圖5與圖3可知，三排柱式的滾道接觸應(yīng)力由2572MPa增至3055MPa，增幅為18.7%；雙排球式的滾道接觸應(yīng)力由3478MPa增至3714MPa，增幅為6.7%。三排柱的受力特點(diǎn)決定了，一旦滾道磨損，間隙加大，會加速失效。而雙排球式回轉(zhuǎn)支承的承載能力與接觸角的正弦值成正比，在有間隙時，其實(shí)際接觸角由理論的45°變?yōu)?0°～60°，抵消了部分因承載滾動體減少帶來的承載能力損失。

a)三排柱式                         b)雙排球式

圖4　0.2mm間隙時滾動體負(fù)荷分布圖

a)三排柱式                      b)雙排球式

圖5　0.2mm間隙時滾道接觸應(yīng)力分布

　　2　雙排球式結(jié)構(gòu)更緊湊

a) 2000.32型三排柱式

b) 2000.32型雙排球式

圖6　主參數(shù)2000.32回轉(zhuǎn)支承的外形圖

　　由圖6可看出相同主參數(shù)的三排柱式結(jié)構(gòu)不如雙排八點(diǎn)接觸球式緊湊。三排柱式為三圈式，毛坯邊界重量2370kg；而雙排球式為兩圈式，毛坯邊界重量1230kg，材料利用率高。且三圈式的加工成本高于兩圈式。因此三排柱式的材料費(fèi)、加工制造成本遠(yuǎn)高于雙排球式。

　　雙排球式雙排滾動體受力的同步性是產(chǎn)品品質(zhì)的核心，需嚴(yán)格保障內(nèi)、外圈上下兩排滾道的中心距的一致、單圈上下滾道徑向尺寸的一致。這對加工機(jī)床的精度和滾道加工工藝提出了更高的要求。否則，雙排球就變成了1.8排球、1.5排球……

　　3 市場應(yīng)用

　　2011年以來徐工、撫挖、日立建機(jī)、杭州杭重等在保證外形及安裝尺寸不變的情況下，用雙排球替換原三排柱式回轉(zhuǎn)支承，共計2000余臺，無一客戶投訴，成本節(jié)約30%以上。

　　4 結(jié)論

　　綜上所述，雙排球式在承載、結(jié)構(gòu)、成本三個方面優(yōu)于三排柱式回轉(zhuǎn)支承。大直徑回轉(zhuǎn)支承選型應(yīng)優(yōu)先選用雙排八點(diǎn)接觸球式結(jié)構(gòu)。