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The rotary support device has the key function of supporting, and the load of the bucket can be transferred to the ground. Nowadays, in the general situation of all rotary hydraulic excavators, the rotary support device can play more roles. In today's energy shortage, any engineering machine should use the energy saving source as a basis for selecting an organization. Slewing mechanism of energy consumption in hydraulic excavator total consumption can reach twenty-five percent to forty percent, so there is a suitable energy-saving section of rotary bearing device for the excavator source can help. Nowadays, the application of roller jacket type supporting rotary device is widely used in engineering machinery, petroleum machinery, chemical machinery and other fields. But it is worth mentioning that such supporting methods have many disadvantages. This device, first of all, cannot transmit the integrated load, and the condition is harsh when passed, and the central drive is used to center the center. Its roller shape is cylindrical, resulting in a difference in the radius of the inner circle, which causes the friction to decrease and the relative displacement occurs, resulting in the consumption of the roller and the increase of the cost. In order to solve the above problems, the bearing type rotary support device is adopted to replace the roller jacket. This paper does the following work: (1) according to the comprehensive performance and design criterion of rotary support, the type of rotary support of hydraulic excavator is obtained. (2) the concrete method of designing the rotary support and calculating the specific change of each part strength are put forward. (3) to achieve the specific method of solving the relative sliding and bearing problems without various problems. Keywords: rotary support; Equilibrium conditions; Energy saving section source 目錄 引 言 1 第一章 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 2 1.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)條件 2 1.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動特點(diǎn)說明 2 1.3 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的參數(shù)選取 5 第二章 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)傳動裝置 7 2.1 回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá) 7 2.2 回轉(zhuǎn)減速器設(shè)計(jì) 8 2.3 裝配條件的驗(yàn)算 9 第三章 回轉(zhuǎn)支承的選擇及聯(lián)接 10 3.1回轉(zhuǎn)支撐的類型 10 3.2回轉(zhuǎn)支撐性能比較 13 3.3回轉(zhuǎn)支撐載荷分析 15 3.4選擇回轉(zhuǎn)支撐的類型 15 3.5選擇回轉(zhuǎn)支撐的型號 16 3.6回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接體的設(shè)計(jì)與計(jì)算 19 由下面的圖可知。 19 第四章 與外齒輪嚙合的小齒輪設(shè)計(jì) 26 圖3.1 回轉(zhuǎn)傳動示意圖 26 (2) 安裝條件使得齒輪傳動的中心距a要與原中心距保持一致。 26 4.1 小齒輪的材料和精度選擇 27 第五章 機(jī)械式挖掘機(jī)的平衡性分析 34 5.1 確定平衡重的最大值 34 5.2 確定平衡重的最小值 35 5.3 確定合理的平衡重 37 6 結(jié)論 42 參考文獻(xiàn) 43 致 謝 44 引 言 自從第二次工業(yè)革命以來，工業(yè)發(fā)展日新月異，工程機(jī)械的發(fā)展也極其迅速。作為工程機(jī)械重要的幾種之一的挖掘機(jī)的發(fā)展也是極為迅猛的。從1833年發(fā)明的蒸汽機(jī)驅(qū)動的單斗式挖掘機(jī)到現(xiàn)在已經(jīng)有幾百年。挖掘機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了五個階段，一百多年的蒸汽時代，再到1899年誕生的第一臺電動挖掘機(jī)，還有1940出現(xiàn)的液壓挖掘機(jī)，再到杠桿操縱的改變，到現(xiàn)在與電子計(jì)算機(jī)的融合。挖掘機(jī)自發(fā)明以后便生機(jī)勃勃，與時俱進(jìn)。隨著社會的發(fā)展，不斷進(jìn)步。 液壓挖掘機(jī)的每個裝置都有著不斷著革新，而這篇論文主要是對與其回轉(zhuǎn)支承裝置的探討與學(xué)習(xí)?，F(xiàn)在液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)大多是全回轉(zhuǎn)的這種液壓轉(zhuǎn)動方式?，F(xiàn)在我們都倡導(dǎo)節(jié)能節(jié)源，綠色自然，如果能將某些地方更加的完善一下，就可以一定程度上做到。比如我這次的課題，因?yàn)榛剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動量大概可以達(dá)到整個液壓挖掘機(jī)的全部工作循環(huán)時間的百分之50多，能量占比也能達(dá)到百分之三十左右，所以如果我們能設(shè)計(jì)出一個精良的回轉(zhuǎn)支承機(jī)構(gòu)，不僅對回轉(zhuǎn)支承裝置的研發(fā)與發(fā)展對挖掘機(jī)本身有著重要的意義，更能為整個挖掘機(jī)的節(jié)能做出貢獻(xiàn)。 47 第一章 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動分析 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是有三種的，它們分別是定量泵驅(qū)動、單功率調(diào)節(jié)變量泵驅(qū)動和全功率調(diào)節(jié)雙變量泵驅(qū)動。根據(jù)不同種類的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，有著不同的運(yùn)動情況。當(dāng)液壓挖掘機(jī)處于工作狀態(tài)時，回轉(zhuǎn)平臺在回轉(zhuǎn)運(yùn)動時，所發(fā)生的角度變化通常在70度和180度之間?；剞D(zhuǎn)平臺如果在進(jìn)行運(yùn)動時發(fā)生的角度變化不大情況下，速度沒有什么太大的變化，而當(dāng)角度不小時，回轉(zhuǎn)的經(jīng)過就會變成三個階段：保持原來速度、速度變快、速度減小。 1.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)條件 要想整個液壓挖掘機(jī)常規(guī)作業(yè)，不發(fā)生問題。對其回轉(zhuǎn)的機(jī)構(gòu)有其最基礎(chǔ)的條件： （1） 在一定條件下，需要使回轉(zhuǎn)的時間達(dá)到最小值。這個過程中，叫角加速度等條件不能超過其最高值。因?yàn)榻羌铀俣冗€會因?yàn)樽畲蠡剞D(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩的不同而不同，所以在某些回轉(zhuǎn)部分慣性是明確的條件下這個轉(zhuǎn)矩就不能比地面的附著力矩要大，否則會有安全的問題。 （2） 在條件運(yùn)行的情況下，節(jié)能節(jié)源。 （3） 回轉(zhuǎn)過程中整個系統(tǒng)的動載系數(shù)有個最大值限定。 1.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動特點(diǎn)說明 如圖1-1所示，這是液壓挖掘回轉(zhuǎn)平臺運(yùn)動是的特點(diǎn)圖。此圖明確指出了在液壓挖掘機(jī)工作時，工作的一個循環(huán)中兩種不同驅(qū)動方式的運(yùn)動特性的說明。有了圖上的這兩種，還需計(jì)算另一種驅(qū)動方式變量泵驅(qū)動時的工作狀態(tài)。 （1） 鏟斗裝滿時，回轉(zhuǎn)平臺的速度增加的過程 鏟斗裝滿時，回轉(zhuǎn)平臺的速度變化過程可以劃成兩個進(jìn)程，加速度不變時的加速過程和加速度變化時的加速過程。加速度不變時，回轉(zhuǎn)平臺的角速度變化的快慢為。 加速度不變時，所花時間為。 加速度變化的運(yùn)動階段看功率的特點(diǎn)，可以求出相關(guān)數(shù)據(jù) 可以得到結(jié)果 加速度變化時，角加速的變化規(guī)律為 加速度變化時轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動的總角度為 根據(jù)公式可以求出速度增加過程中，時間總數(shù)為 （2） 鏟斗裝滿時，回轉(zhuǎn)平臺速度減小的過程 求得平臺在裝滿時刻，速度減小的時間為 在平臺速度減小過程中，轉(zhuǎn)臺轉(zhuǎn)動的角度為 （3） 在鏟斗裝滿時刻，速度不變時，各項(xiàng)運(yùn)動數(shù)據(jù)為 其轉(zhuǎn)角為 時間為 以上分析都是用變量泵驅(qū)動時回轉(zhuǎn)平臺的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，但是定量泵驅(qū)動的情況，只需要把上面的公式將加速度互相等于就可以了。 1.3 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的參數(shù)選取 1..3.1 平臺轉(zhuǎn)動慣量 當(dāng)鏟斗滿載時，回轉(zhuǎn)平臺的最大轉(zhuǎn)動慣量為： 1.3.2 回轉(zhuǎn)平臺啟動力矩和制動力矩 一般情況下，啟動力矩和制動力矩之比C為1.6 這兩個力矩越大，回轉(zhuǎn)的速度也會跟著增大，而時間就會減小。 地面扶著力矩可根據(jù)下面公式大致求得。 1.3.3 回轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)動的速度最大值 考慮到能量問題，轉(zhuǎn)動角度我們一般取得較大一點(diǎn)。范圍則在90度到120度之間。根據(jù)下圖可知， 在液壓挖掘機(jī)正常地工作情況下，角速度在不同驅(qū)動下隨著時間的變化情況 這時，上文所做的對運(yùn)動特性的分析可以得出平臺轉(zhuǎn)動時，角速度的最大值為 從實(shí)踐可以得出真理，在轉(zhuǎn)動平臺轉(zhuǎn)速過低和過高對生產(chǎn)作業(yè)都是有害無利的。所以，轉(zhuǎn)速大小的選擇尤為重要。 1.3.4 回轉(zhuǎn)裝置的總轉(zhuǎn)動比計(jì)算 回轉(zhuǎn)裝置總傳動比為i，是回轉(zhuǎn)馬達(dá)的轉(zhuǎn)速最高值與回轉(zhuǎn)平臺轉(zhuǎn)速最高值之比。 實(shí)際上，回轉(zhuǎn)裝置的傳動比還與減速器有關(guān)聯(lián)。即 第二章 液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)傳動裝置 液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)傳動裝置大致由三個部分組成，回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)，回轉(zhuǎn)減速器和回轉(zhuǎn)驅(qū)動小齒輪和使它發(fā)生移動的齒圈。 2.1 回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá) 液壓馬達(dá)本身是一種傳遞介質(zhì)的液壓機(jī)器，回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)也是如此。我們常用的回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá)有斜軸式的和斜盤式的柱塞馬達(dá)。如今的液壓馬達(dá)不但有專門的生產(chǎn)基地，某些廠家同樣自己開始做出了自己的液壓馬達(dá)。這樣的好處在于可以根據(jù)自己的實(shí)際情況，去加一些零件來完成自己預(yù)期的目標(biāo)。下面是一些典型的耶液壓馬達(dá)的基本數(shù)據(jù)。我們這次的設(shè)計(jì)就是選用了其中一個。 根據(jù)下列計(jì)算：已知是我們的挖掘機(jī)是1立方米斗容的挖掘機(jī)，根據(jù)公式m＝2179+20147q=2179+20147=22326kg=22t 又可由， MF指的是挖掘機(jī)地面附著力矩，對于履帶式液壓挖掘機(jī)來說，取0.25，這里取0.6。 由上關(guān)系可得出，制動力矩MB為46500。 最總選擇M2X63，最高轉(zhuǎn)速2200，額定轉(zhuǎn)矩300。這是一種定量斜盤式軸向柱塞液壓馬達(dá)。軸向柱塞馬達(dá)因輸出轉(zhuǎn)矩較齒輪馬達(dá)、葉片馬達(dá)大、且容積效率較高，因此常用于工程、礦山、起重運(yùn)輸?shù)葯C(jī)械。 2.2 回轉(zhuǎn)減速器設(shè)計(jì) 減速器的作用在于傳動，其實(shí)在液壓挖掘機(jī)的回轉(zhuǎn)系統(tǒng)中，有一種不需要減速器的方式，可直接使用液壓馬達(dá)，這種低速大轉(zhuǎn)矩的形式，雖然結(jié)構(gòu)會相對簡單一點(diǎn)可是達(dá)不到預(yù)期效果并且費(fèi)用也更高。所以，這里我們采用的是帶有回轉(zhuǎn)減速器的一種方式。直接能有高轉(zhuǎn)速的液壓馬達(dá)，之后再加上回轉(zhuǎn)減速器。不僅可以達(dá)到我們想要的效果，在經(jīng)濟(jì)，結(jié)果上考慮，都是優(yōu)于第一種選擇的。這種結(jié)構(gòu)緊密、價(jià)格也適中的方案越來越來受歡迎了，帶著減速器（如行星回轉(zhuǎn)減速器）的傳動系統(tǒng)已經(jīng)逐步取代了第一種只靠一個速度低轉(zhuǎn)矩大的液壓馬達(dá)的形式了。本文也是采用的第二種方案。 需要設(shè)計(jì)一個回轉(zhuǎn)行星減速器。 2.2.1 選取行星齒輪減速器的傳動類型和傳動簡圖 根據(jù)上述設(shè)計(jì)要求可知，需要采用雙級行星齒輪傳動。2X-A型結(jié)構(gòu)簡單，制造方便，適用于任務(wù)工況下的大小功率的傳動。選用由兩個2X-A行星齒輪傳動串聯(lián)而成的雙級行星齒輪減速器，名義傳動比可分為ip1=7.1,ip2=5進(jìn)行傳動。 傳動簡圖如下所示： 2.2.2 配齒計(jì)算 選第一級中心齒輪數(shù)17和行星齒輪為3，根據(jù)公式可得內(nèi)齒輪齒數(shù)為103。求出其傳動比誤差為8%。 2.2.3 初步計(jì)算齒輪的主要參數(shù) 高級齒輪與低級齒輪的模數(shù) 9和12.4 2.2.4 嚙合參數(shù)計(jì)算 高速級 中心距為270 變位系數(shù) Xa=0.314 Xb=-0.314 Xc=-0.314 低速級 中心距為342 變位系數(shù) Xa2=0.115 Xb2=-0115 Xc2=-0.115 2.2.5 幾何尺寸的計(jì)算 2.3 裝配條件的驗(yàn)算 鄰接條件滿足 同心條件滿足 安裝條件滿足 第3章 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3.1 液壓系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 3.1.1 確定回路方式 選用開式回路 3.1.2 選用液壓油液 這里我們選用礦油型液壓油作工作介質(zhì) 3.1.3 初定系統(tǒng)壓力 根據(jù)書中表格可知，選用250系統(tǒng)壓力最為合適 3.1.4 選擇執(zhí)行元件 上文中進(jìn)行的計(jì)算，選好了液壓馬達(dá) 3.1.5 確定液壓泵類型 由于系統(tǒng)壓力大于21MPa，選用柱塞泵，為求高效節(jié)能，使用變量泵。 3.1.6 選擇調(diào)速方式 使用變量泵調(diào)壓 3.1.7 確定調(diào)壓方式 用純機(jī)械制動，制動力矩大，制動時間短，但有著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積較大、且沖擊較大，制動平穩(wěn)性也比較差。用純液壓制動結(jié)構(gòu)緊湊，制動過程平穩(wěn)，但制動時間長不易精確頂位，所以我們這里采用液壓與機(jī)械相結(jié)合的制動方式。 3.2 液壓系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算 3.2.1 液壓缸的主要尺寸計(jì)算 系統(tǒng)壓力ps=250MPa,液壓缸的最高工作壓力pmax=0.9ps=225MPa，若液壓缸回油背壓為0，可得液壓缸活塞作用減速器作用面積 A=FL/pmax ，對柱塞泵 根據(jù)表格 液壓缸背壓可取5 3.2.2 液壓馬達(dá)的主要尺寸計(jì)算 設(shè)回油背壓pb=1MPa。最大負(fù)載轉(zhuǎn)矩TLmax=300、最高轉(zhuǎn)速nmax=2200,工作壓力p=29.7 可得出最大流量 = 第三章 回轉(zhuǎn)支承的選擇及聯(lián)接 3.1回轉(zhuǎn)支撐的類型 據(jù)書本和網(wǎng)上資料顯示我們不難了解到，回轉(zhuǎn)支承在現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展的很成熟了，不但結(jié)構(gòu)完善了而且，種類大致分為了兩種。分別都是轉(zhuǎn)動的回轉(zhuǎn)支承，一個是轉(zhuǎn)柱的，一個是轉(zhuǎn)盤的。回轉(zhuǎn)支承應(yīng)用非常廣泛，不僅為汽車等各種回轉(zhuǎn)式臂架起重機(jī)配套，而且應(yīng)用于冶金機(jī)械、醫(yī)療機(jī)械等。伴隨著機(jī)械工業(yè)的發(fā)展，回轉(zhuǎn)支承也有著很大的發(fā)展，它的作用是讓來支持住來自各個方向的徑向力、軸向力和力矩，達(dá)到傳動的效果。它的種類其實(shí)也有很多，滾柱的不同，滾道的不同，它的種類也會不用，功能也會不同，應(yīng)用的領(lǐng)域也會不同。它的種類還與排數(shù)有關(guān)，單排，多排都有著影響。首先會影響到滾柱的滾道，其次會影響到它的直徑從而力又會不用的。下面本文將會對幾種典型的回轉(zhuǎn)支承進(jìn)行圖文介紹，計(jì)算其各個數(shù)據(jù)，從而選出最合適用于液壓挖掘機(jī)上的軸承。好的不一定好，合適的才是最好的。所以計(jì)算與校核也是相當(dāng)重要的。 1 2 3 1－螺栓聯(lián)接孔； 2—回轉(zhuǎn)支承內(nèi)座圈；3－回轉(zhuǎn)支承外座圈 圖2.1 回轉(zhuǎn)支承 我們所知道的是回轉(zhuǎn)支承不難見的有單排球式、雙排球式、交叉滾柱式和三排滾柱式四種。 (1) 單排球式回轉(zhuǎn)支承 根據(jù)圖片我們可以看到這就是典型的單排式回轉(zhuǎn)支承。它的內(nèi)外滾圈有著不東西，這個東西叫做滾道，它不是一條，也不是兩條，單排式回轉(zhuǎn)支承有著組成部分緊密的聯(lián)系，質(zhì)量小，并且可以受軸向力和傾覆力矩是典型的回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)。它的特點(diǎn)還有在承受非正符合是，可以自己完成在接觸中的動作的角度用來面對不同的負(fù)荷時的狀況，最終可以達(dá)到減小相互接觸時所產(chǎn)生的應(yīng)力。所以，如果發(fā)現(xiàn)DL小于1800毫米的那一刻，這種內(nèi)外圈有兩條滾道的回轉(zhuǎn)支承的綜合性能相對于其他軸承的更加優(yōu)秀，更加經(jīng)濟(jì)可靠。當(dāng)前，單排式回轉(zhuǎn)支承的應(yīng)用還是相當(dāng)廣泛的如液壓挖掘機(jī)、中小型起重機(jī)、輸送機(jī)等機(jī)械中。 (2) 雙排球式回轉(zhuǎn)支承 由第二張圖可知，該回轉(zhuǎn)支承的結(jié)構(gòu)組成，整個軸承有著設(shè)計(jì)非?？旖?，性能突出，設(shè)計(jì)用心的三個底座圓圈，使得配合變得自然輕松。依據(jù)這軸承的擔(dān)當(dāng)力的狀態(tài)，位于不同位置的兩個滾球一個在上面，一個在下面。它們的半徑?jīng)]有定性的要求?？赏部梢杂胁町?。這種雙排式軸承與大部分的回轉(zhuǎn)軸承是一樣的，區(qū)別于滾輪軸套式，優(yōu)點(diǎn)在于可以擔(dān)當(dāng)軸向力和傾覆力矩。而且，兩個滾球的滾道的半徑一樣那一刻，各個滾球的所有承載能力的總和與滾球半徑會一起發(fā)生變化，并且同一方向變化。所以，在一定條件的前提下（支撐面的垂直長度）一樣時，擔(dān)當(dāng)著軸向力和傾覆力矩的情況下，該回轉(zhuǎn)支承可以更好得完成任務(wù)，達(dá)到所需要的要求和條件。不僅經(jīng)濟(jì)可靠，而且使用壽命也更長了。由上可知，該軸承具有如下特點(diǎn)：軸向、徑向的尺寸偏大，與其他機(jī)構(gòu)的接觸小不太會發(fā)生過多的摩擦，對機(jī)器損耗小。雙排球式回轉(zhuǎn)軸承的廣泛用于各種裝卸型機(jī)械上。 (3) 交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承 上圖我們看到其實(shí)只是交叉滾柱式回轉(zhuǎn)軸承的一種，叫做單排交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承，除了這種單排的，交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承還包括雙排的。如今的實(shí)物其實(shí)與圖中還有些區(qū)別，機(jī)器元件總是發(fā)生著革新。不是這種短短的圓柱形而是腰鼓形的了。我們還能看到，這些滾柱不是隨意擺放的，它們的軸線成90°交錯著地組合，與雙排球式相同地方兩個在內(nèi)部和外部都有著不同的兩條滾道，其截面是筆直的一條線。分成了均等的兩個部分。一個部分滾柱擔(dān)著向下的軸相力，還有一部分就是相反的。交叉滾柱式，這種形式使得支承有著緊密的結(jié)構(gòu)組成，同時還能一定程度上地縮短裝配之間的間隙，減少誤差，精度也就跟著提高了，同樣了它也有著回轉(zhuǎn)支承的特性，能夠擔(dān)當(dāng)著軸向力等。由于其精度高的關(guān)系，此回轉(zhuǎn)支承除了可以應(yīng)用于工程機(jī)械上還可運(yùn)用于軍工產(chǎn)品上。 (4) 三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承 從圖中我們可以知道，他是這種回轉(zhuǎn)支承中的一種。因?yàn)樗慕M成機(jī)構(gòu)叫做多排滾柱柱式回轉(zhuǎn)支承，因?yàn)榻M合方式多還可以叫做組合式回轉(zhuǎn)支承。它的結(jié)構(gòu)相對與上面的支持都要負(fù)責(zé)點(diǎn)，首先有著三個之多的座圈，其中滾道也由著直徑每每分離，承受的力的能力也不同，有著兩個滾柱去承擔(dān)軸向力和傾翻力矩，而最后的第三個滾柱則是去承受垂直方向上的力。三個滾柱的形式，使得結(jié)構(gòu)很緊固。這種很緊固的形式，可承載很大得了力，所以三排滾柱式廣泛應(yīng)用于重載機(jī)械設(shè)施上。 還有很多特殊的回轉(zhuǎn)支承是我們平常見得比較少的，因?yàn)槠涮厥庑砸约芭c本文研究的在液壓挖掘機(jī)上的回轉(zhuǎn)支承不太符合，我們在這里就不過多的介紹了。這些軸承功能與綜合性能都不同。例如：三排混合式、五排滾柱式等各種各樣的?？墒撬鼈儾粌H價(jià)格昂貴而且復(fù)雜既具有一定特殊性的問題，在此不考慮使用這些回轉(zhuǎn)支承。 圖2.2 單排球式回轉(zhuǎn)支承 圖2.3 雙排球式回轉(zhuǎn)支承 圖2.4 交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承 圖2.5 三排柱式回轉(zhuǎn)支承 3.2回轉(zhuǎn)支撐性能比較 回轉(zhuǎn)支承想要有好的承載能力和使用壽命，其性能就一定要好。要使機(jī)械能夠選用到正確的的回轉(zhuǎn)支承，我們需要做一系列的計(jì)算和觀察，對一些不太對的回轉(zhuǎn)支承進(jìn)行處理與分析。不能隨意的選用回轉(zhuǎn)支承，就需要對其綜合性能進(jìn)行比較和分析。在不同的場合，不同的條件下，應(yīng)該選用什么樣的回轉(zhuǎn)支承裝置。 3.2.1支承和交叉滾柱式回轉(zhuǎn)支承性能比較 要相比較這兩種回轉(zhuǎn)支承的綜合性能情況，需要比較它們的動容量和靜容量的額定值。這兩個數(shù)值能夠直觀的告訴我們哪個回轉(zhuǎn)支承的綜合能力更加優(yōu)秀，我們也可以從這些數(shù)值中選擇出更加好的，這時候需要用控制變量法，進(jìn)行假設(shè)。當(dāng)有著其他情況都一樣時，單排球式的和交叉滾柱式這時候的綜合性能，就可以通過計(jì)算容量來得出來。 （1）單排球式 回轉(zhuǎn)支承的額定靜容量Co和額定動容量Ca 額定靜容量Co N (2.1) 額定動容量Ca N (2.2) 額定靜容量Ca N (2.3) 額定動容量Ca Ca = 410 ′ fa ′ fs ′ do ′ Z ′ f H = 978133 N (2.4) 根據(jù)計(jì)算可得：交叉滾柱式的動載能力比單排式回轉(zhuǎn)支承的動載能力大25%，其靜載能力卻低了90%。由此我們可以得出;交叉滾柱式的動載能力比單排式回轉(zhuǎn)支承好，靜載能力就較差了。 3.2.2轉(zhuǎn)支承和雙排球式回轉(zhuǎn)支承性能比較 (2)額定靜容量Co'為： Co ' = fo ′ do2 ′ Z ′ sin 50 = 38 ′ 502 ′ 62 ′ sin 50 = 4512002 N (2.7) 單排球式回轉(zhuǎn)支承的額定動容量Ca' 額定動容量Ca' N (2.8) 結(jié)果是Co'>Co，大28%；Ca'>Ca，大35％。 由上可得，關(guān)于不同尺寸的雙排球式回轉(zhuǎn)支承計(jì)算的結(jié)果顯示出大致一樣。那么我們可以選擇出更好的零件。單排球式軸承在價(jià)格，精度等各個方面都比雙排球式軸承要好，所以我們選用單排球式軸承。 3.3回轉(zhuǎn)支撐載荷分析 如圖2.6所示，當(dāng)挖掘機(jī)的帶起的力為值，斗柄會與地面平心，斗柄上作用著最大挖掘阻力時，挖掘機(jī)支承滾子將受到最大載荷[6]。 (1) 垂直載荷 作用在回轉(zhuǎn)支承裝置上的垂直載荷為 Fa = Gb + Gd + Gbi + W1 + G2 + G1 = 1403010N (2.9) 見圖2.6，F(xiàn)a對回轉(zhuǎn)中心線的偏心位置距為e m (2.10) (2) 水平載荷 作用在滾盤上的水平載荷為：Fr=W2=95500 N 如圖2.6所示到滾輪平面的距離為， (3) 傾覆力矩M 由，的偏心造成的傾覆力矩為M N·mm (2.11) 3.4選擇回轉(zhuǎn)支撐的類型 我們在選擇零件時要看其成本，由上可知：雖然三排柱式回轉(zhuǎn)軸承的承載能力較大，但成本過高。通過一系列計(jì)算可得出結(jié)論： (1DL與上述所有的r值一同變化，r值大則DL會跟著變大 (2) DL在不大于1800的情況下，我們可以由圖得到單排的r值能到峰值，可以當(dāng)1800不再是DL的界限時，三排柱式相對其他就是峰值了。 根據(jù)r的高低，我們在DL在1800以下時選用單排球式回轉(zhuǎn)支承，反之那一時我們則要選r值更高的回轉(zhuǎn)支承了。 3.5選擇回轉(zhuǎn)支撐的型號 當(dāng)我們確定了回轉(zhuǎn)支承的類型后，我們就需要根據(jù)類型，在這一類型中選取合適的型號了。而確定其型號的根本依據(jù)，還是其綜合性能在一定的條件下更加優(yōu)異。我們才能選擇。這也是需要計(jì)算與研究的。必須具備的因素有： (1) 承載曲線1的下方需要有個點(diǎn)(Fa，M）； (2) 曲線2的下方需要有個點(diǎn)(Fa，M）； (3) 靜態(tài)安全系數(shù)要滿足(表2.1)。 圖2.6 挖掘機(jī)載荷分析 3.5.1回轉(zhuǎn)支承HOU30/1000的靜態(tài)參照載荷和的計(jì)算 依照主機(jī)回轉(zhuǎn)裝備的回轉(zhuǎn)軌道中心直徑DL初次選擇回轉(zhuǎn)支承型號的不同 然后根據(jù)主機(jī)回轉(zhuǎn)支承裝置受到的最大載荷(包括軸向載荷Fa、徑向載荷Fr及傾覆力矩M)來計(jì)算靜態(tài)參照載荷Fa'和M'。 (1) 單排球式回轉(zhuǎn)支承的靜態(tài)參照載荷計(jì)算。 單排球式回轉(zhuǎn)支承的靜態(tài)參照載荷Fa'和M'的計(jì)算按承載角45°和60°兩種情況進(jìn)行。 當(dāng)時 (2.12) (2.13) 當(dāng)時 (2.14) (2.15) 3.5.2回轉(zhuǎn)支承HOU30/1000的額定靜容量和當(dāng)量軸向載荷的計(jì)算 當(dāng)量軸向載荷CP (2.21) 注：此表取自參考文獻(xiàn)[9]。 由式(2.20)計(jì)算回轉(zhuǎn)支承HOU30/1000的額定靜容量 N 由式(2.21)計(jì)算回轉(zhuǎn)支承HOU30/1000的當(dāng)量軸向載荷 N 取，，。 3.5.3回轉(zhuǎn)支承的選型流程 回轉(zhuǎn)支承的選型過程由圖表可得。 3.6回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接體的設(shè)計(jì)與計(jì)算 由下面的圖可知。 3.6.1回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接體的設(shè)計(jì) 3.6.2聯(lián)接體的設(shè)計(jì) 圖2.11 回轉(zhuǎn)支承內(nèi)齒 圖2.12 回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈 3.6.3螺栓聯(lián)接載荷的計(jì)算 3.6.4螺栓聯(lián)接承載力的驗(yàn)算 回轉(zhuǎn)支承回轉(zhuǎn)支承螺栓聯(lián)接承受的載荷用主機(jī)回轉(zhuǎn)支承裝置受到的最大載荷代替，看點(diǎn)(Fa，M)的位置，在螺栓負(fù)荷曲線以下的話，證明滿足要求。反之則不滿足。 3.6.5螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度校核 根據(jù)承受力的變化的曲線還需對聯(lián)結(jié)進(jìn)行詳細(xì)的校核。這樣才有效的避免沒必要的誤差。誤差的危害會直接影響到機(jī)器元件的使用壽命，增加維修成本。所以有效準(zhǔn)確的校核會降低這些風(fēng)險(xiǎn)。進(jìn)行校核時我們保持認(rèn)真仔細(xì)的態(tài)度，的確為以后螺栓的連接出了一份力量。當(dāng)誤差盡可能的減小時，生產(chǎn)效率也會大大地提高。 (1)應(yīng)力： (2.28) (2) (2.29) (2.30) (3) 受壓面不被壓潰，應(yīng)滿足下式 (2.31) (2.32) 得 mm2 由式(2.24)得 N 所以，即螺栓在最大工作載荷Fmax =70372 N；預(yù)緊力 Qp=126670 N作用下，不會被拉斷。 第4章 與外齒輪嚙合的小齒輪設(shè)計(jì) 圖3.1 回轉(zhuǎn)傳動示意圖 如圖3.1所示，由于用回轉(zhuǎn)支承代替了以前的支承，與小齒輪嚙合的齒輪的參數(shù)發(fā)生了改變，所以要重新設(shè)計(jì)一個小齒輪與回轉(zhuǎn)支承的外齒進(jìn)行嚙合。挖掘機(jī)的使用工況使得齒輪傳動承受的是重載、且有沖擊。選用材料為40Cr的調(diào)制齒輪，作為其表面需要淬火?？勺龌剞D(zhuǎn)支承外齒。所以選擇的小齒輪材料也應(yīng)是齒面硬度較高的淬火齒輪，常用的齒輪材料為20Cr、20CrMnTi、20Cr2Ni4等。小齒輪的齒輪參數(shù)應(yīng)該滿足下面的要求： (1) 小齒輪要與回轉(zhuǎn)支承的外齒具有相同的模數(shù)m和壓力角。 (2) 安裝條件使得齒輪傳動的中心距a要與原中心距保持一致。 (3) 小齒輪齒數(shù)z1要滿足回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳動比的要求范圍。 (4) 回轉(zhuǎn)支承的外齒采用了正變位，為了保證小齒輪的齒根強(qiáng)度，要求小齒輪也采用正變位。齒頂厚度要求要大點(diǎn)。 (5) 為了保持齒輪傳動的連續(xù)性，重合度要大于或等于許用的重合度。 4.1 小齒輪的材料和精度選擇 齒輪材料為，滲碳淬火，齒面硬度58～63HRC,精度7級的漸開線直齒圓柱齒輪。 4.2 小齒輪齒數(shù)和變位系數(shù)的選擇 4機(jī)械式挖掘機(jī)的平衡性分析 (3.3) 4.2.1 根據(jù)挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的傳動比，選擇小齒輪齒數(shù) 由式(3.1)得 其中回轉(zhuǎn)支承外齒齒數(shù)，，，回轉(zhuǎn)支承的轉(zhuǎn)速 所以 初步選擇小齒輪齒數(shù) 4.2.2 計(jì)算小齒輪變位系數(shù) 由式(3.3）得 綜上公式可得： 所以 4.3.4 小齒輪參數(shù)的校核 若在這種情況下，有所不對，不能讓齒輪正常運(yùn)行，不符合其厚度條件的情況下。需要在一定的控制力度下增大齒數(shù)，再次計(jì)算的值。 這里要求Sa1>0.4m。小齒輪的參數(shù)： 計(jì)算小齒輪的齒頂圓直徑da1 mm (3.7) 齒頂圓壓力角 (3.8) 由式(2.22)計(jì)算小齒輪的齒頂厚 mm 滿足 (2) 重合度的計(jì)算 重合度有著固定的公式和各種情況下的計(jì)算，液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承的重合度，我們用以下公式進(jìn)行計(jì)算可以得出： (3.9) 當(dāng)重合度不合要求，那么在選擇范圍之內(nèi)，增大小齒輪的齒數(shù)z1。 (3) 小齒輪強(qiáng)度的校核 齒輪的校核尤為關(guān)鍵，齒輪是精密的機(jī)械機(jī)構(gòu)，如果校核不對，不好，不正確的話，會極大地增加其工作誤差還會大大降低工作效率與精度。所以齒輪的校核需要按照公式進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算，在什么條件下，應(yīng)該是怎么樣的，分條件，按步驟一步一步進(jìn)行計(jì)算與校核： 若校核結(jié)果為，則說明齒輪在這些方面不符合要求，硬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到要求，齒輪需要更換，換成符合規(guī)定要求的齒輪進(jìn)行代替與更換。為了達(dá)到硬度要求，需要提高原來齒輪有的這些不足；當(dāng)齒輪的齒根彎曲疲勞強(qiáng)度不滿足，要加齒輪的變位系數(shù)，當(dāng)不滿足要求時，要重新選擇回轉(zhuǎn)支撐型號。 4.2.5 齒輪傳動受力分析 小齒輪的節(jié)圓直徑 mm (3.15) 所以小齒輪收到的圓周力為 N (3.16) 4.2.6 齒面接觸疲勞強(qiáng)度校核 齒面接觸疲勞強(qiáng)度的校核公式[26]為 (3.17) 齒數(shù)比u (3.18) (3.19) 由表9.13[26]得齒向載荷分布系數(shù) 計(jì)算載荷系數(shù)K： (3.20) 根據(jù)重合度=1.611，由圖9.49[26]取重合度系數(shù)，=0.9 計(jì)算齒面接觸疲勞強(qiáng)度： (3.21) 計(jì)算齒輪的許用接觸應(yīng)力： (3.22) MPa (3.28) 第五章 機(jī)械式挖掘機(jī)的平衡性分析 一個機(jī)械如果不平衡，那這個機(jī)械整個體系就會發(fā)生各種各樣的問題。力的失去了平衡后，機(jī)械元件間的摩擦就會越大，損耗也會跟著加多。工作的誤差也會增大，最后導(dǎo)致工作精度下降，工作效率減小。一個機(jī)械元件若不平衡，引起的問題就會有一系列。所以平衡問題非常重要。要想符合平衡需要，在平衡重小時，靠近工作設(shè)備的轉(zhuǎn)臺前方的滾子需要充當(dāng)主力。相反，平衡重過大，末部的設(shè)備就會更多損耗。平衡的狀態(tài)下，這種損耗就會很少。 5.1 確定平衡重的最大值 圖中就是看準(zhǔn)了平衡所需要的各種要求。在力和力矩下都處于平衡的狀態(tài)。讓其處于共同力的制衡下。沒有多余力的溢出，從而達(dá)到平衡的效果。知道了不平衡時，機(jī)械元件會加大摩擦造成不可估量的損失，影響機(jī)械最終的運(yùn)行與發(fā)展。所以我們要確定了液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承裝置的平衡重，杜絕一切因?yàn)楣ぷ鞯牟划?dāng)，引起的沒必要的麻煩和誤差。提高工作精度，加強(qiáng)工作效率。 式中 ro=r2 = 4.2 m；ex=1.4m；r1=1.5；rbi=4.84m；Q1=672380N；Gbi=18630N 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 解此方程，達(dá)到轉(zhuǎn)臺平衡條件的最大平衡重為 N 圖4.1 挖掘機(jī)受力分析(確定最大平衡重) 5.2 確定平衡重的最小值 平衡至關(guān)重要，為了達(dá)到平衡的條件我們不僅要知道它的最大值，還需知道它的最小值。從而畫出一個范圍，不超出這個范圍，我們就確信在這一范圍內(nèi)這個液壓挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)支承裝置是符合平衡的。有了最小值，我們的一切工作都應(yīng)該是平衡重超出這個最小值，不能過分的低，導(dǎo)致不滿足條件，還是會引起不平衡，這雖然不會加大機(jī)器的損耗，但是會使機(jī)械不能正常工作，誤差什么的也是會大大地提高，為了杜絕這種情況，我們必須將其控制在最小值之上，但也要注意不要超過了其最大值，否則就得不償失了，總而言之，要將平衡重控制在最小值和最大值之間，過大過小都不行。 圖4.2挖掘機(jī)受力分析（確定最小平衡重） 5.3 確定合理的平衡重 對于怎么有個正確，沒有很大誤差的情況，平衡重需要在最大值與最小值之間，具體體現(xiàn)在，這些公式上。公式可以幫我們把這個范圍確定出來，有了準(zhǔn)確的范圍才能，做出一些判斷，不會走人不能進(jìn)去的雷區(qū)。在范圍內(nèi)，我們可以盡可能地減小我們的誤差，減小工作成本，提高我們的效益。如果則這合理的，可用的。反之，若得出。這表示這個裝置不符合要求，工作裝置尺寸不夠小或工作裝置不夠輕；若得出，若是這種情況的話，說明這種裝置的平衡重不符合要求，沒那么大，應(yīng)該改變其有關(guān)的數(shù)據(jù)。 正確的轉(zhuǎn)輪平衡重能夠按照轉(zhuǎn)臺上全部的機(jī)構(gòu)和工作裝置所受到的重力之于轉(zhuǎn)臺回軸中心oy的力矩一直不變的狀態(tài)下，這時候可以選用兩個力矩的和除以二得到傾覆力矩。傾覆力矩。 (5.7) (4.9) 我們還可以把我們所能接受范圍內(nèi)的最大值與最小值，這兩種情況分別計(jì)算一下，得出這種狀態(tài)下，我們的液壓挖掘機(jī)工作時，我們的回轉(zhuǎn)支承會處于什么樣的狀態(tài)下，有了最大值和最小值出現(xiàn)的情況下，我們就能將工作控制正確的范圍之內(nèi)： 由式(4.14)得 圖4.3 挖掘機(jī)受力分析(確定合理的平衡重) 根據(jù)挖掘機(jī)轉(zhuǎn)臺的平衡條件，確定合理的平衡量。由式(4.8)得 其中rb'=6.52m；rd+tu'=10.3m；Gb=186360N；Gd+tu=171700N； 代入得 N·m 由式(4.9)得 N·m 由式(4.7)得 N·m 根據(jù)相關(guān)公式可以得到式中 所以 得出最后驗(yàn)算的依據(jù) 有了最大值和最小值出現(xiàn)的情況后，為了避免誤差，最終我們還是要對其進(jìn)行檢查和完善。 P1 = Q1 + Gp + Gbi = 672380 + 235528.2 + 186360 = 1094268.2 N 由式(4.13)得 M1 = Q1r1 + Gp rp - Gbi rbi = 1997788.5 - 903846 = 1093942.5N·m 由式(4.15)得 P11 = Q1 + Gp + Gbi + Gb + Gd+tu =1094268.2 + 67100 + 171700 = 1333068.2N 由式(4.16)得 M11 = Q1r1 + Gp rp - Gbi rbi - Gb rb '-Gd+tu rd+tu ' = 1997788.5 - 3091731 = -1093942.5N·m 所以 m 不滿足，所選平衡重過大，因此需減小平衡重。 現(xiàn)取Gp=204465.4N則由式(3.12)得 P1 = 672380 + 204465.4 + 186360 = 1063205.4 N 由式(4.13)得 M 1 = 1867324.68 - 903846 = 963478.68N·m 由式(4.14)得 由式(4.15)得 P11 = 1063205.4 + 67100 + 171700 = 1302005.4 N 由式(4.16)得 M 11 = 1867324.68 - 3091731 = -1224406.32N·m 由式(4.14)得 所以 符合的條件，最后確定挖掘機(jī)的平衡重N。 6 結(jié)論 回轉(zhuǎn)支承對上面的工作裝置其支承，還可以傳遞運(yùn)動和載荷?；剞D(zhuǎn)支承的轉(zhuǎn)速相對于其他也比較低?；剞D(zhuǎn)支承能將只要是不同的兩個的不同的元件在不同的地方做運(yùn)動，同時又要擔(dān)當(dāng)軸向力、徑向力等的重要元件。本文采用軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置來代替滾輪夾套式支承，是一個新穎的測試。通過采用軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置，達(dá)到的效果我們發(fā)現(xiàn)我們做到了以下幾點(diǎn)： （1） 區(qū)別于常規(guī)回轉(zhuǎn)支承的使用，提高了挖掘機(jī)回轉(zhuǎn)裝置的能力，能傳遞運(yùn)動和載荷了，加強(qiáng)了工作效率，降低了所需費(fèi)用。 （2）通過一系列的計(jì)算和校核，確定了三排柱式回轉(zhuǎn)支承在承受能力上以及綜合性能上最好，是大型機(jī)械支承最佳的選擇。 （3）本文提出在回轉(zhuǎn)支承上很多的計(jì)算與校核，根據(jù)不同的實(shí)際情況，有一定的借鑒意義的。不僅適用于機(jī)械式挖掘機(jī)，還同樣適用于所有需要采用回轉(zhuǎn)支承的機(jī)械。 參考文獻(xiàn) [1] 周麗.機(jī)械式挖掘機(jī)工作裝置的優(yōu)化與仿真[D]，東北大學(xué)，2000 [2] 何正中.國外礦山機(jī)械發(fā)展特點(diǎn)及建議[J],工程機(jī)械，1994 [3] 章崇煥.國外大型礦用挖掘機(jī)的最新發(fā)展[M],礦山機(jī)械，1993 [4] 叢培山.礦用挖掘機(jī)主要參數(shù)的合理選擇[J],礦山機(jī)械，1982 [5] 朱湘冀.機(jī)械式挖掘機(jī)機(jī)器人化的探討[J],工程機(jī)械，1995 [6] 閻書文.機(jī)械式挖掘機(jī)設(shè)計(jì)[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，1989 [7] 曹善華.單斗挖掘機(jī)[M]，機(jī)械工業(yè)出版社，1988 [8] 寧恩漸.采掘機(jī)械[M]，冶金工業(yè)出版社，1980 [9] 徐立民，陳卓.回轉(zhuǎn)支承[M]，安徽科學(xué)技術(shù)出版社，1989 [10] 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