《回  轉(zhuǎn)  支  承》

——節(jié)選自《液壓挖掘機(jī)》4.1回轉(zhuǎn)支承章節(jié)

　　回轉(zhuǎn)支承又稱轉(zhuǎn)盤軸承，是一切兩部分之間需要相對(duì)回轉(zhuǎn)又同時(shí)承受軸向力、徑向力和傾覆力矩的機(jī)械的傳力基礎(chǔ)元件。液壓挖掘機(jī)通常為工作裝置和底盤可相對(duì)回轉(zhuǎn)的上下結(jié)構(gòu)，其連接機(jī)構(gòu)自然離不開回轉(zhuǎn)支承。由于挖掘時(shí)工作載荷大且變化激烈，因此對(duì)回轉(zhuǎn)支承有著較高的技術(shù)要求。本文主要介紹回轉(zhuǎn)支承選型、安裝注意事項(xiàng)及使用過程中常見問題分析三個(gè)方面。

　　一、回轉(zhuǎn)支承選型

　　回轉(zhuǎn)支承的選型主要包括：確定回轉(zhuǎn)支承的型式和主參數(shù)，驗(yàn)證滾道的承載能力。

　　1、 回轉(zhuǎn)支承型式、主參數(shù)的確定

　　中小規(guī)格的回轉(zhuǎn)支承應(yīng)以單排球式為優(yōu)選型式，大規(guī)格是三排柱式較佳，建議65噸級(jí)以下的挖掘機(jī)選用單排球式回轉(zhuǎn)支承，65噸級(jí)以上的挖掘機(jī)以三排柱式回轉(zhuǎn)支承為主。

　　回轉(zhuǎn)支承的滾道中心直徑D0和滾動(dòng)體直徑d0是構(gòu)成回轉(zhuǎn)支承基本參數(shù)的核心主參數(shù)，一般來說，單排球式D0/d0=30～40，三排柱式D0/d0=80～100。大于上述值則在額定靜容量下使用壽命不足，反之使用壽命過剩，前者造成回轉(zhuǎn)支承過早失效，后者造成浪費(fèi)。當(dāng)然，在一些因結(jié)構(gòu)限制和一些特殊要求的使用場(chǎng)合，應(yīng)根據(jù)具體情況確定D0—d0。。

　　建議按下式初步確定挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承的主參數(shù)：

　　D02·d0 ≥2·T                                                    （4-1）

　　式中：Do－滾道中心直徑，m；

　　d0－鋼球直徑，mm；

　　T－挖掘機(jī)噸位，t。

　　如選擇鋼球直徑d0=Φ60，按上式計(jì)算出的滾道中心直徑D0超出限制的結(jié)構(gòu)尺寸，建議改選為三排柱式回轉(zhuǎn)支承，并按上述原則確定主參數(shù)。

　　2、驗(yàn)證滾道的承載能力

　　驗(yàn)證滾道的承載能力按以下步驟進(jìn)行：

　?。?）根據(jù)選定的回轉(zhuǎn)支承主參數(shù)計(jì)算額定靜容量Co 。

　?。?）根據(jù)回轉(zhuǎn)支承外負(fù)荷計(jì)算當(dāng)量軸向載荷Cp。

　?。?）計(jì)算安全系數(shù)fs驗(yàn)證滾道的承載能力。                          

　?。?）當(dāng)徑向力小于軸向力的10%時(shí)，也可以根據(jù)組合的外載荷Fa、M各乘以安全系數(shù)f0（f0值可按下表4.1-1選取）后直接在回轉(zhuǎn)支承性能曲線圖上比較安全性。

　　2.1 計(jì)算額定靜容量Co

　　額定靜容量是衡量回轉(zhuǎn)支承靜載能力的指標(biāo)，除回轉(zhuǎn)支承的原材料及其熱處理狀態(tài)對(duì)其影響外，加工制造過程中的滾道表面淬火硬度和淬硬層深度、球式滾道的接觸角α、溝道半徑與鋼球半徑之比t是影響回轉(zhuǎn)支承承載能力的幾個(gè)主參數(shù)。

　　下列回轉(zhuǎn)支承的額定靜容量計(jì)算公式在規(guī)定的條件下是安全可靠的。

　　1、單排球式回轉(zhuǎn)支承的額定靜容量：

　　CO = 0.6·DO·d0 0.5                                               （4-2）

　　式中：CO 一額定靜容量,   kN          

　　DO 一 滾道中心直徑（滾動(dòng)體組節(jié)圓直徑）,    mm      

　　d0 一 鋼球公稱直徑,    mm  

　　本公式適用范圍：

　　a. 溝道半徑與鋼球半徑之比=1.04;

　　b. 滾道淬硬層深度為4mm

　　c. 滾道表面硬度≥55HRC

　　d. 滾道接觸角α=45°。            

　　2、三排柱式回轉(zhuǎn)支承的額定靜容量                        

　　Co= 0.533·DO·d0 0.75                                               （4-3）

　　式中：CO一  額定靜容量,    kN          

　　DO一 上排滾道中心直徑,    mm      

　　d0 一上排滾柱直徑,    mm      

　　本公式適用范圍：滾道表面硬度≥55HRC ，滾道淬硬層深度符合標(biāo)準(zhǔn)要求；

　　2.2計(jì)算當(dāng)量軸向載荷Cp

　　2.2.1計(jì)算單排球式回轉(zhuǎn)支承的當(dāng)量軸向載荷Cp

　　研究回轉(zhuǎn)支承的受力狀態(tài)在于求出滾動(dòng)體所受的最大作用力，以便驗(yàn)算滾動(dòng)體與滾道的接觸強(qiáng)度?；剞D(zhuǎn)支承的座圈是一個(gè)以滾動(dòng)體為支點(diǎn)的多支點(diǎn)彈性體，承受著軸向載荷Fa，傾覆力矩M，和徑向載荷Fr。設(shè)內(nèi)座圈與轉(zhuǎn)臺(tái)固定，外座圈與底架固定(這是為了看圖和分析的直觀、方便。但內(nèi)齒式實(shí)際安裝方向是內(nèi)座圈在下與底架固定，外座圈在上與平臺(tái)固定)，力的傳遞路線是轉(zhuǎn)臺(tái)經(jīng)內(nèi)座圈，滾動(dòng)體，外座圈到底架如圖4.1-3a、b所示。內(nèi)力分布與內(nèi)外座圈的剛度，滾動(dòng)體和滾道加工精度有關(guān)，為簡化計(jì)算，假定：

　　a.內(nèi)外圈為絕對(duì)剛體，受力后變形只發(fā)生在滾動(dòng)體與滾道接觸處；

　　b.滾動(dòng)體與滾道接觸良好，無加工誤差，無軸向間隙和徑向間隙。

　　內(nèi)力計(jì)算有變形疊加法和載荷疊加法，后者僅適用于作用力和變形是線性關(guān)系的情況?？紤]到載荷疊加法比較簡單，計(jì)算結(jié)果能滿足要求，因此仍采用載荷疊加法計(jì)算內(nèi)力，即上述三種載荷在滾動(dòng)體上引起的正壓力分別計(jì)算后再疊加。（具體過程略）

圖4.1-3 單排球式回轉(zhuǎn)支承受力圖

令α=45°，回轉(zhuǎn)支承在Fa，M和F_r共同作用下，受力最大的滾動(dòng)體對(duì)滾道的正壓力可近似表達(dá)為：

                     （4-6）

　　當(dāng)軸向載荷Fa，傾覆力矩M起主導(dǎo)作用時(shí)，組合后外載荷的當(dāng)量軸向載荷可表達(dá)為:

                       （4-7）

　　當(dāng)F_r起主導(dǎo)作用時(shí)，單個(gè)座圈上有兩條滾道受力，此時(shí)組合后外載荷的當(dāng)量軸向載荷可表達(dá)為：

                            （4-8）

　　式中： 一 當(dāng)量軸向載荷，  kN       

M 一  傾覆力矩，      kN·m    

Fa 一 軸向力，         kN      

Fr 一 徑向力，         kN      

D_O 一 滾道中心直徑,    m

    Z 一 滾動(dòng)體個(gè)數(shù)

　　2.2.2 計(jì)算三排柱式回轉(zhuǎn)支承的當(dāng)量軸向載荷Cp

三排柱式回轉(zhuǎn)支承有一排徑向柱子專門承受徑向力，因此，這里不討論徑向力Fr對(duì)三排柱式回轉(zhuǎn)支承的影響。

假定：三排柱式回轉(zhuǎn)支承內(nèi)外圈為絕對(duì)剛體，受力后變形只發(fā)生在滾動(dòng)體與滾道接觸處；滾動(dòng)體與滾道接觸良好，無加工誤差，無軸向間隙和徑向間隙。對(duì)三排柱式回轉(zhuǎn)支承承受軸向載荷Fa，傾覆力矩M進(jìn)行受力分析，則受力最大的滾動(dòng)體對(duì)滾道的正壓力可近似表達(dá)為：

                              （4-9）

單排球式回轉(zhuǎn)支承存在間隙時(shí)，實(shí)際接觸角有增大的趨勢(shì)，這對(duì)單排球式回轉(zhuǎn)支承的受力總體說是有利的，因此當(dāng)量軸向載荷Cp按式（4-7）、（4-8）計(jì)算是安全的。但對(duì)三排柱式來說，有間隙存在，在傾覆力矩的作用下，內(nèi)、外套圈將發(fā)生相對(duì)傾斜，內(nèi)、外套圈本應(yīng)平行的滾道面也相對(duì)傾斜，受載不均勻，應(yīng)力有集中的趨勢(shì)。因此三排柱式的當(dāng)量軸向載荷按下式計(jì)算是比較安全的：

                                       （4-10）

　　式中：C p一 當(dāng)量軸向載荷，  kN

M 一 傾覆力矩，      kN·m

Fa一 軸向力，        kN

D_O 一 上排滾道中心直徑,    m

Z  一 滾動(dòng)體個(gè)數(shù)

　　2.3計(jì)算安全系數(shù)fs驗(yàn)證滾道的承載能力                          

fs = Co / Cp≥f₀     f₀值可按下表4.1-1選取                      （4-33）

表4.1-1  回轉(zhuǎn)支承安全系數(shù)f₀

　　3、中小級(jí)別挖掘機(jī)常用回轉(zhuǎn)支承見表4.1-2   

表4.1-2  中小級(jí)別挖掘機(jī)常用單排球式回轉(zhuǎn)支承一覽表

             表4.1-4  包含角偏差在內(nèi)的平面度許可值

　　注：表4.1-4中的數(shù)值為最大值，在180°的扇形區(qū)內(nèi)只允許有一處波峰達(dá)到該值，并在0°~90°~180°區(qū)域內(nèi)平穩(wěn)上升或下降。不允許忽升忽降，以避免峰值負(fù)荷。

3.安裝支架需要有足夠的剛度，以防止回轉(zhuǎn)支承安裝因支架剛度不夠產(chǎn)生變形導(dǎo)致回轉(zhuǎn)支承不能正常工作。在額定負(fù)荷作用下，其支架平面最大撓度應(yīng)符合表4.1-5的規(guī)定。

表4.1-5   最大允許負(fù)荷下的撓度

4.齒輪安裝注意事項(xiàng)：

挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置中大小齒輪的安裝非常重要，好的裝配質(zhì)量可避免回轉(zhuǎn)支承齒輪的早期斷齒。

（1）保證大小齒輪中心軸線的平行；

（2）裝配小齒輪從回轉(zhuǎn)支承大齒輪的齒跳最高點(diǎn)標(biāo)記處開始裝配，并且在該處齒輪與小齒輪間的齒側(cè)間隙Sh應(yīng)符合表4.1-6的規(guī)定。

表4.1-6

　　5．回轉(zhuǎn)支承用螺栓的選擇與安裝注意事項(xiàng)

　　5.1、 螺栓按 GB 3098.1和 GB 5782 選用，亦可自行設(shè)計(jì)大六角頭螺栓。性能等級(jí)為8.8級(jí)、10.9級(jí)和12.9級(jí)。對(duì)于普通挖掘機(jī)，建議采用10.9級(jí)螺栓。對(duì)于額定載荷下螺栓靜強(qiáng)度要求和最大載荷下螺栓屈服強(qiáng)度要求很高，而對(duì)于疲勞強(qiáng)度要求不嚴(yán)格時(shí)，可選用12.9級(jí)螺栓。對(duì)于載荷頻繁多變，螺栓疲勞強(qiáng)度要求極為嚴(yán)格的場(chǎng)合，可選用8.8級(jí)螺栓。

　　5.2、緊固螺母按 GB 3098.2 和 GB 6175 選用或自行設(shè)計(jì)大六角頭螺母。其性能等級(jí)應(yīng)與螺栓相配。

　　5.3、不應(yīng)采用彈簧墊圈防松。建議采用其他可靠地防松措施。

　　5.4、擰緊螺栓時(shí)，應(yīng)在螺栓的螺紋及螺母端面涂潤滑油，并用扭矩扳手在180°方向?qū)ΨQ均勻多次擰緊。如圖4.1-9所示：

圖4.1-9

　　5.5、螺栓需要有足夠的預(yù)緊力，其預(yù)緊力在螺栓上產(chǎn)生的預(yù)緊應(yīng)力應(yīng)符合表4.1-7的規(guī)定。

　　5.6、螺栓夾緊長度L≥5?d  (d--螺栓直徑)。

表4.1-7  螺栓的預(yù)緊扭矩或預(yù)緊力 

　　5.7、當(dāng)采用螺孔安裝聯(lián)接方式時(shí)，螺栓在回轉(zhuǎn)支承中的最小擰入長度應(yīng)符合表4.1-8的規(guī)定。