钢包回转台设计优化.doc

I钢包回转台的优化设计II摘要摘要钢包回转台是设在连铸机浇注位置上方用于运载钢包过跨和承载钢包进行浇注的设备，是现代连铸中使用最普遍和最常见的承载钢包进行浇钢的关键机械设备。本文对钢包回转台回转装置进行系统的设计计算，有利于优化大包回转台结构，节约成本，提高经济效益。本课题主要对回转装置进行相关设计计算，其中包括计算驱动装置功率和电机选型校核、减速器的选型、开式齿轮校核、回转支承的选型和校核及联结螺栓和地脚螺栓的校核等。通过设计计算，选择了满足使用要求的电动机、减速器及回转支承，对回转支承、联接螺栓和开式齿轮的校核计算表明其性能更是满足使用要求。为钢包回转台回转装置的设计提供了理论计算的方法。关键词关键词：钢包回转台回转装置驱动装置电机减速器IIIAbstractLadleTurretincontinuouscastingmachineispouringpositionoverthetopoftheladleusedtocarrycrossandbearingsteelcastingequipmentpackages，itisthemostcommonlyusedinmoderncontinuouscastingandthemostcommonbearingsteelladleforpouringthekeymachineryandequipment.InthispaperwemakeadesigncalculationsfortheLadleTurretslewingdevicesystemhelpingtooptimizethelargepackageofturretstructurereducecostsandincreasetheeconomicefficiency.ThistopicismainlymakingadesigncalculationofcorrelationofLadleTurretslewerincludingthecalculationofthedrivespowertheselectionoftheelectricalmachineandelectricalmachinethecheckingofexposedgeartheselectionandcheckingofexposedgearthecheckingofcouplingboltandfoundationbolt.Bydesigncalculationswechosearequirementmotorandthecheckcalculationsofgearandslewingbearingsslewingbearingsboltsandopengearshowthatitsperancemeettherequirements.ItprovidesatheoreticalcalculationstodesigntheLadleTurret.Keywords：LadleTurretRotarydevicedrivesmotorreducerIV目录目录摘要.IABSTRACT.II第一章总论.11.1概述.11.2回转台的结构型式.21.2.1直臂式钢包回转台.31.2.2蝶式钢包回转台.31.2.3双臂式钢包回转台.41.2.4四连杆式钢包回转台.51.3回转台的构造.61.3.1回转台的转臂.61.3.2回转台的推力轴承.61.3.3回转台的基座.71.3.4回转台的回转装置.71.3.5钢包升降和称量装置.81.4回转台主要参数.91.5研究的目的及任务.101.6研究内容.10第二章驱动功率的计算与电机选型.112.1计算时的已知数据.112.2回转台负荷情况.112.3有关参数的计算公式及其计算.112.4电机选型.152.5校核电机.16第三章减速器的选型.183.1基本分类.183.2型号的选择.18第四章回转支承的设计计算及校核.204.1回转支承型号的选择.204.2回转支承的校核.22第五章联结推力轴承螺栓及地脚螺栓校核计算.255.1螺栓的受力情况.255.2联结推力轴承的螺栓的校核.27V5.3地脚螺栓的校核.28第六章开式齿轮的设计计算校核.306.1齿轮传动的失效型式.306.2设计准则.306.3开式齿轮的校核.31结论.34致谢.35参考文献.366第一章总论1.1概述钢包运载设备的任务是将钢包运送到浇注位置，供给中间包所必需的钢水。生产上原来主要使用铸锭天车吊着钢水包进行浇注。这种方式在连铸技术发展初期曾经广泛使用，因为那时连铸机多装在铸锭跨内，只进行单炉浇注，利用已有的铸锭天车，可以节省建设投资。但连铸的时间一般比模铸长，在吊浇时会妨碍其他天车的运行。为了解决这一问题，采用了在浇注平台上设置固定的钢包支座进行浇钢，但这种浇钢形势不利于实现全连铸，生产效率低。经过不断的研究设计，为多炉连浇创造条件，现在普遍采用钢包回转台。钢水在浇铸过程中需要包括钢包和钢包回转台、中间包和中间包车等设备。钢包盛着从炼钢炉里炼好的钢水，经过精炼炉的精炼运到连铸平台上的钢包回转台上。在这个过程中，承载着钢水包的就是钢包回转台。钢包回转台是设在连铸机浇注位置上方用于运载钢包过跨和承载钢包进行浇注的设备，是现代连铸中使用最普遍和最常见的承载钢包进行浇钢的关键机械设备，其主要任务是将钢包运送到浇注位置，供给中间包所必须的钢水。钢包回转台的旋转是定向的，占用连铸浇钢平台的面积较小，容易定位，更易于远距离的操作。回转台的电器控制线路以及液压管线都可以装设在旋转台内，这样比较可靠安全。但它的缺点是旋转半径有限，一个钢包回转台只能为一台连铸机服务。由于钢水包不在铸锭天车中作范围内，除了回转台没有其他吊运设备代替。钢包回转台的回转是由回转电机通过拨动转轮机构带动回转臂来实现的，所以要求回转台的运转有很高的可靠性，即使在停电的情况下也能借助于备用电源、液压以及气动设备进行正常工作。钢包回转台工作特点的有以下几点1：重载。钢包回转台加自身重量承载几十吨到几百吨的，当两个转转臂都承托着盛满钢水的钢包时，所受的载荷为最大。偏载。钢包回转台承载的工况有六种：两边满载，一满一空，一满一无，一空一无，两无，两空。最大偏载出现在一满一无的工况，此时钢包回转台会承受最大的倾翻力矩。冲击。由于钢包的安放、移去都是用起重机完成的，因此在安放移动钢包时产生冲击，这种冲击使回转台的零部件承受动载荷。高温。钢包中高温钢水会对回转台产生热辐射，从而使钢包回转台承受附加的热应力，另外浇注时飞溅的钢水颗粒也会给回转台带来火警隐患。钢包回转台通常设在钢水接受跨和连铸浇注跨之间，如图1-1所示。一台连铸机配备一台钢包回转台。回转臂的回转半径必须能从钢水接受跨一侧的吊车接受钢包，旋转0180，停在浇注跨中间包车的上方进行浇注；而另一端则停在钢水接受跨，以更换空钢包2。7图图1-1回转台布置方式回转台布置方式1-钢水吊车；2-钢水跨；3-钢包回转台；4-钢包；5-中间包；6-浇注跨1.2回转台的结构型式尽管钢包回转台的结构型式多种多样，但回转臂及其框架都是支承在回转支撑装置上的，其主要区别在于回转臂的结构、升降装置采用的驱动方式以及要求具备的功能。下面是几种常用型式的钢包回转台：1.2.1直臂式钢包回转台图1-2是直臂式钢包回转台。钢包支承台架位于一个具有同一水平高度的悬臂梁的两端，它由电机驱动可旋转180o。当停电时，可用气动或液压马达使其旋转，将浇注位置上的钢包转到事故钢包的上3。图图1-2直臂式钢包回转台直臂式钢包回转台1-钢流控制机构；2钢包；3称量系统；4回转支臂；5带齿的旋转圈；6-电动机；7-气动马达1.2.2蝶式钢包回转台蝶式钢包回转台，如图1-3所示。主要由鞍座、称量装置、拉杆、叉型臂、倾动装置、球面推力轴承、旋转框架、底座、塔座、回转大轴承、回转驱动装置以及钢包加盖装置等组成。蝶式回转台有两个用来支承钢包的叉型臂，每个叉型臂通过球面推力轴承支承在旋转框架上，由一个单独的液压缸推动钢包升降。液压缸垂直布置在塔座中央，并分别位于各自叉型臂的延长端与安装在旋转框架上方的塔座之间。每个升降液压缸的上下端均用球面推力轴承支承，即缸座通过球面推力轴承顶在塔座上，而柱塞头通过球面推力轴承顶在叉型臂的延长端。每个叉型臂的鞍座底部与倾动液压缸之间安装有使钢包垂直升降的拉杆，形成一个四连杆机构4。图图1-3蝶式钢包回转台蝶式钢包回转台1.鞍座；2.称量装置；3.拉杆；4.叉型臂；5.倾动装置；6.球面推力轴承；7.旋转框架；8.底座；9.塔座；10.回转大轴承；11.回转驱动装置；12.钢包加盖装置1.2.3双臂式钢包回转台双臂式钢包回转台如图1-4所示，它有各自独立驱动的转臂。这样，两个钢包的相对位置是可以变化的，转角可达，操作灵活，结构也不太复杂。0260图图1-4双臂式钢包回转台双臂式钢包回转台81-钢包；2-上转臂及驱动装置；3-下转臂及驱动装置；4中间包1.2.4四连杆式钢包回转台四连杆式钢包回转台，如图1-5所示。主要由钢包臂、称量装置、钢包加盖装置、上连杆、升降液压缸、球面推力轴承、连杆框架、回转大轴承、底座、下连杆及回转驱动装置等组成。四连杆式钢包回转台有两个用来支承钢包的钢包臂，每个钢包臂通过销轴分别与上连杆、下连杆相连接，由一个单独的液压缸推动钢包升降。液压缸垂直布置在旋转框架的两侧，并分别处于各自上连杆与旋转框架之间。每个升降液压缸的上下端均用球面推力轴承支承，即缸座通过球面推力轴承顶在上连杆上，而柱塞头通过球面推力轴承顶在旋转框架上。每个钢包臂与上、下连杆和连杆框架形成一个四连杆机构。在叉型臂升降时，始终将钢包臂和钢包保持在垂直位置上，每个钢包臂的叉口上安装有称量用的称重装置，用以接收钢包并显示重量。为使钢水保温，回转台旋转框架上方的立柱上还安装有钢包加盖装置，可以单独旋转和升降。5图图1-5四连杆式钢包回转台四连杆式钢包回转台1.钢包臂；2.称量装置；3.钢包加盖装置；4.上连杆；5.升降液压缸；6.球面推力轴承；7.连杆框架；.回转大轴承；9.底座；10.下连杆1.3回转台的构造钢包回转台主要是由转臂推力轴承、包座、回转臂、底座、回转装置、升降装置、称重装置、润滑装置以及事故驱动装置等组成。1.3.1回转台的转臂本课题研究的马钢300t钢包回转台，是蝶式钢包回转台，其包座由钢板焊接而成，用来承载钢包，这就要求要有足够的刚度和强度。在回转臂两端的上部有升降框架和升降装置以及钢水的称重装置。1.3.2回转台的推力轴承在钢包回转台上设有强大的推力轴承（如图1-6）。用于承受钢水包以及转臂自重所产生的压力，同时也要承受转臂两端负荷不平衡所产生的倾翻力矩。它对回转台的旋转运动起定心及轴向的约束作用。它是由内圈、外圈、以及辊子构成，内圈用高强度螺栓固定在基座上，外圈经高轻度螺栓与转臂相连。在推力轴承内圈，还有一圈径向定心辊子，安装检修时，测量推力轴承的轴向、径向间隙，调整内外圈的直线度水平度使其在允许范围内。推力轴承的间隙一般为0.30.5mm6。图图1-6回转推力轴承回转推力轴承1转臂；2推力轴承外圈；3推力轴承辊子；4径向定心轴承辊子；5推力轴承内圈；6基座91.3.3回转台的基座钢包回转台的基座通常采用的是双层同心圆并用筋板连接的结构组成，外层的筒壁较厚，用以承受大部分的负荷，内层筒壁主要其稳定的作用。两层筒壁的上下端部都用法兰连接。下法兰通过高强度地脚螺栓固定在基座上。1.3.4回转台的回转装置回转台的回转装置用来驱动转臂旋转（如图1-7），回转装置固定在回转台的基座上。马钢300t钢包回转台回转装置主要由电机、减速器、两个开式齿轮、回转支承组成。在发生事故停电时通过备用电源或气动马达使转臂转到事故包上方。事故时，转臂只能做一次180的转动7。图图1-7大包驱动装置大包驱动装置1柱销齿轮；2小齿轮；3大速比减速箱；4联轴器；5电动机；6气动离合器；7空气马达1.3.5钢包升降和称量装置为了防止钢水二次氧化，实现保护浇铸，须在钢包和中间包之间安装长水口，要求钢包能在回转台上做升降运动。如图1-8。为了控制浇注速度，掌握浇注时钢包内的钢水量，在回转臂的升降框架下设置了四个称重传感器。称重传感器应受到保护，为避免接受钢包是受到冲击，一般框架在上升位置时接受钢包，然后慢慢下降座落在称重传感器上。另外，当钢水包打不开时利用升降装置将钢水包升起，便于操作工用氧气烧开水口。除此之外，为了确保回转台准确的停在浇注或受钢位置，还设有主令控制器和锁定装置，把回转臂锁定在浇注位置上。另外，润滑装置采用集中自动润滑方式，将润滑油注入轴承和柱销齿轮等部件润滑8。图图1-8升降装置及称重系统升降装置及称重系统（a）侧视图；（b）俯视图1称重传感器；2涡轮千斤顶；3电动机；4减速箱；5保温盖移动行走轨道；6升降框架；7称重传感器1.4回转台主要参数（1）承载能力。钢包回转台的承载能力是按转臂两端承载满包钢水的工况进行确定，另外，还应考虑承接钢包的一侧在加载时的垂直冲击引起的动载荷系数。（2）回转速度。钢包回转台的回转速度不宜过快，否则会造成钢包内的钢水液面波动，严重时会溢出钢包外，引发事故。回转台转速一般为100.11rmin。（3）回转半径。钢包回转台的回转半径是指回转台中心到钢包中心之间的距离。回转半径一般根据钢包的起吊条件确定。（4）钢包升降行程。钢包在回转台转臂上的升降行程，是为进行钢包长水口的装卸与浇注操作所需空间服务的，一般钢包都是在升降行程的低位进行浇注，在高位进行旋转或受包、吊包。钢包在低位浇注可以降低钢水对中间包的冲击，但不能与中间包装置相碰撞。通常钢包升降行程为600800mm。（5）钢包升降速度。钢包回转台转臂的升降速度一般为1.21.8mmin。1.5研究的目的及任务（1）了解钢包回转台和马钢300吨钢包回转台的结构型式；（2）根据设备的最大负荷，计算钢包回转台回转装置的驱动功率；（3）对回转装置的主要组成部分进行设计计算及选型；（4）对回转装置主要组成部分中薄弱环节提出可行性的修改方案。1.6研究内容在了解马钢300吨钢包回转台功能、结构型式及其组成与工作原理的基础上，本文的主要研究内容包括：（2）钢包回转台回转装置驱动功率校核、电机选型；（3）钢包回转台回转装置减速机的选型；（4）钢包回转台回转装置开式齿轮设计计算；（5）钢包回转台回转装置回转支承设计计算；（6）联结回转支承螺栓和地脚螺栓的校核。11第二章驱动功率的计算与电机选型回转台的转速通常为0.11rmin。旋转半圈所需的时间，根据不同的运动方式，大致是4060s。假如转速太高，则在起动及制动时会使钢包内的钢水产生动荡而溢出。回转台的驱动系统，由电动机、大速比减速机及开式齿轮或销轮组成。为了在事故停电时仍能旋转，还设备了备用电源或其他动力系统。采用直流电机驱动时，停电时可用蓄电池供电。采用交流电机供电时，停电时可用液压或气动马达驱动。大型回转台多采用双电机驱动，当一台电机发生故障时，另一台电机能在允许的超负荷状态下正常运转。计算大包回转台回转装置驱动功率直接影响电机的选型，而电机的选择直接影响到回转台能不能正常安全的工作，因此驱动功率的计算和电机选型是很有必要的。2.1计算时的已知数据对于马钢300吨钢包回转台，已知钢包自重=180t；钢包内钢水重量1mQ=300t；钢包的外径及半径分别为=5750mm、=2750mm；钢包的内径madmar及半径分别为=4369mm、=2198mm；回转台转速=0.6rmin；回转台midmirTn推力轴承平均直径=4112mm，推力轴承摩擦系数取0.001，回转中心至钢md包中心距=6.5m；转臂重包括包座和提升臂的重量=53.2t，转臂总长0rTml=11.756m，总宽b=7.452m。2.2回转台负荷情况回转台的负荷情况有以下三种：（1）一端放置满包钢水的钢包，另一端不放置钢包；（2）一端放置满包钢水的钢包，另一端放置空钢包；（3）两端均放置满包钢水的钢包。对于以上三种工作状况，找出最大负荷，用以计算驱动功率。2.3有关参数的计算公式及其计算1）一个装满钢水的钢包对回转中心的转动惯量为：FJ20121)(2rQmrQmJmaF=23235.610)300180(575.2210)300180(=2.197102mkg2）一个空钢包对回转中心的转动惯量为：eJ201221)(2rmrrmJmimae=232235.610180)198.2575.2(210180=0.867102mkg3）转臂对回转中心的转动惯量为：aJ=aJ)(1222blmT=)452.7756.11(121032.5223=0.097102mkg124）一包钢水对回转中心的转动惯量为：SJ=SJ20281QrQdmi=23235.610300198.21030081=1.297102mkg5）在各种情况时推力轴承的摩擦力矩为：RM=1.5RM)21.12(PdMm式中：合成倾翻力矩M垂直载荷P系数1.5是考虑了除推力轴承以外，还有密封系统的摩擦阻力；在项前M面的系数2是考虑了推力轴承是双向的；系数1.1是考虑了在推力轴承之外，还有一个定心径向轴承。6)在各种情况下产生的动力矩为：ANM=ANMgJ式中：回转台角加速度，=；At回转台角速度；启动时间=制动时间=5s；At各种工作状况下惯性力矩之和。gJ已知=0.6rmin，则=0.0126At530Tn2mrad7）垂直载荷的计算四个包座的重量=218280+2121300=N1G51079.2四个连杆重量=417860=N2G410144.7两个提升臂的重量=2292480=5.85N3G510回转支承座的重量=5.21N4G510钢包及钢水重量=4.8NG610交叉连架的重量=3.4N5G410第一种工矿=+=6.49N1PG1G2G3G4G5G610第二种工矿+=8.29N2PG1G2G3G4G5G1m610第三种工矿=2+=11.29N3PG1G2G3G4G5G6108）回转台驱动功率为：gP=gPRANPP式中：动力矩消耗的功率（kW），按下式计算：ANP=ANPgTANnM9550总传动功率，可取=0.85；gg摩擦力矩消耗的功率（kW），按下式计算：RP=RPgTRnM9550分别按三种工作状况，把用上列公式计算出的结果填入下表2-1中，把消耗的总功率加以比较，找出最大功率，以此来选定驱动电机的额定功率9。NP13表表2-1计算回转台参数表计算回转台参数表序号项目单位（1）一个满包（2）满包+空包（3）两个满包1转动惯量（）gJ2mkg+FJaJ+FJeJaJ2+FJaJ2垂直载荷（）PN1P2P3P3合成力矩（M）mN(+Q)1m0rQ0r04摩擦力矩（）RMmN1RM2RM3RM5动力矩（）ANMmN(+)FJaJ(+)FJeJaJ(2+)FJaJ6摩擦力矩功率（）RPkW1RP2RP3RP7动力矩功率（）ANPkW1ANP2ANP3ANP8总功率（）gPkW+1RP1ANP+2RP2ANP+3RP3ANP将已知数据带入以上计算公式：在第一种工矿下（一边满包，一边空）：转动惯量=+=2.19+0.086=2.28（）1gJFJaJ7107107102mkg垂直载荷=+=6.49N1PG1G2G3G4G5G610合成力矩=(+Q)=(300+180)6.5=3.12()1M1m0r310710mN摩擦力矩=1.51RM)21.12(11PdMm=)1049.62112.41012.31.12(001.05.167=1.23()510mN动力矩=2.280.0126=2.86（）1ANM1gJ710510mN摩擦力矩功率=9.12（）1RPgTRnM9550185.095506.01023.15kW动力矩功率=21.2（）1ANPgTANnM95501kW总功率=+=9.12+21.2=30.32（）1gP1RP1ANP85.095506.01086.25kW其他两种工矿的计算过程与第一种工矿相同。将得到的结果填入表格中得到下表2-2。表表2-2回转台计算结果回转台计算结果序号项目单位（1）（2）（3）1转动惯量（）gJ2mkg2.287103.147104.477102垂直载荷（）PN6.496108.2961011.296103合成力矩（M）mN3.127101.9571004摩擦力矩（）RMmN1.235100.95100.355105动力矩（）ANMmN2.865103.945105.65106摩擦力矩功率（）RPkW9.126.662.58147动力矩功率（）ANPkW8总功率（）gPkW30.3235.8643.782.42.4电机选型电机选型电机的种类有很多，其中按工作电源种类划分：可分为直流电机和交流电机。按结构和工作原理划分：可分为直流电动机、异步电动机、同步电动机。按起动与运行方式划分：电容起动式单相异步电动机、电容运转式单相异步电动机、电容起动运转式单相异步电动机和分相式单相异步电动机。按用途划分：驱动用电动机和控制用电动机。按转子的结构划分：笼型感应电动机（旧标准称为鼠笼型异步电动机）和绕线转子感应电动机（旧标准称为绕线型异步电动机）。按运转速度划分：高速电动机、低速电动机、恒速电动机、调速电动机。根据以上计算结果，可以选择Y系列三相异步电动机；又由给定的图纸中电机的外形尺寸A=457mm，因此基座号为280S或280M，查阅参考文献12，由于=43.78，选择电机型号为Y280MS-6；额定功率=45MaxPkWNPkW额定转速n=980rmin；6级，同步转速为1000rmin；过载系数为2.0。2.5校核电机为确保电机安全可靠的运行，电机功率应同时满足如下两个条件10：NPggKPNPRP带入计算得：45=26.585.0245kW4541.2kW因此选定的电机是适宜的。15第三章减速器的选型3.1基本分类减速器按用途可分为通用减速器和专用减速器两大类，两者的设计、制造和使用特点各不相同。20世纪7080年代，世界上减速器技术有了很大的发展，且与新技术革命的发展紧密结合。其主要类型有：齿轮减速器；蜗杆减速器；齿轮蜗杆减速器；行星齿轮减速器。一般的减速器有斜齿轮减速器(包括平行轴斜齿轮减速器、蜗轮减速器、锥齿轮减速器等等)、行星齿轮减速器、摆线针轮减速器、蜗轮蜗杆减速器、行星摩擦式机械无级变速机等11。1）圆柱齿轮减速器单级、二级、三级以上及三级。布置形式：展开式、分流式、同轴式。2）圆锥齿轮减速器用于输入轴和输出轴位置成相交的场合。3）蜗杆减速器主要用于传动比i10的场合，传动比较大时结构紧凑。其缺点是效率低。目前广泛应用阿基米德蜗杆减速器。4）齿轮蜗杆减速器若齿轮传动在高速级，则结构紧凑若蜗杆传动在高速级，则效率较高。5）行星齿轮减速器传动效率高，传动比范围广，传动功率12W50000KW，体积和重量小。3.2型号的选择尽量选用接近理想减速比的减速器，其中减速比的计算方法为：减速比=伺服马达转速减速机出力轴转速。对本回转装置减速器已知电机转速为n=980rmin；回转台转速=0.6Tnrmin，又由开式齿轮传动比=10.2。2i19194因此可以计算出：总的传动比=1633.3，减速器的减速比i6.0980=160。1ii2i根据钢包回转台的工况及减速比，本减速器可以选用NGW-S型行星齿轮减速器，其运动简图如图3-1。此减速器由弧齿锥齿传动和行星齿轮传动组合，包括两级、三级两个系列，主要用于冶金、矿山、起重运输及通用机械设备。图图3-13-1NGW-SNGW-S型减速器传动简图型减速器传动简图又由减速比=160及减速器高速轴许用功率P45kW，查机械设计手册可1i以知选择减速器型号为NGW-S123，三级减速器12，其外形如图3-2。16图图3-23-2NGW-SNGW-S型三级减速器外形型三级减速器外形17第四章回转支承的设计计算及校核本钢包回转台回转装置的回转支承承受钢包及转臂自重所产生的压力，同时还承受因转臂两端符合不平衡所产生的倾翻力矩在接受钢包时，还可能受到横向及纵向的冲击力。因此，从运动的要求来看，它必须对回转运动起定心及轴向约束的作用。从安全的角度来看，它还必须有足够的强度来承受垂直的、水平的、静的和动的载荷。为了定心，在轴承外面，还有一圈径向定心滚子轴承。推力轴承的轴向间隙一般为0.30.5mm。由上可知回转支承对钢包回转台来说十分重要，回转支承选择的好坏直接影响大包回转台的安全，因此要对其选型及校核计算。4.1回转支承型号的选择回转支承的型号编制方法如下图4-1。图图4-1回转支承编制方法回转支承编制方法(1)回转支承的型式13a)单排四点接触球式回转支承（01系列）单排四点接触球式回转支承由两个座圈组成，结构紧凑、重量轻，钢球与圆弧滚道四点接触，能同时承受轴向力、径向力和倾翻力矩。适用于回转式输送机、焊接操作机、中小型起重机和挖掘机等工程机械。b)三排滚珠式回转支承（13系列）三排滚柱式回转支承有三个座圈，上、下及径向滚道各自分开，使得每一排滚柱的负载都能确切地加以确定。能够同时承受各种载荷，是四种产品中承载能力最大的一种，轴、径向尺寸都较大，结构牢固，特别适用于要求较大直径的重型机械，如斗轮式挖掘机、轮式起重机、船用起重机、港口起重机、钢水运转台及大吨位汽车起重机等机械上。(2)回转支承的选型根据以上各回转支承的结构特点及其性能，本回转支承选择的结构型式为三排滚柱式回转支承。由所给图纸可得出其传动型式为渐开线圆柱齿轮外啮合大模数。渐开线是一个数学概念，定义为：将一个圆轴固定在一个平面上轴上缠线拉紧一个线头让该线绕圆轴运动且始终与圆轴相切那么线上一个定点在该平面上的轨迹就是渐开线。齿轮的齿形由渐开线和过渡线组成时，就是渐开线齿轮。渐开线齿轮的特点：方向不变若齿轮传递的力矩恒定则轮齿之间、轴与轴承之间压力的大小和方向均不变。滚动体的选择：滚动体是轴承的核心原件，由于它的存在，相对运动表面才会有滚动摩擦，滚动体的类型有球、圆柱滚子、圆锥滚子、滚针等。三排滚柱式回转支承有三个不同直径的滚动体，这里的滚动体直径可以取为中间值WD50mm；18滚道中心圆直径=4112mm，查手册可知取=4500mm。mdLD综上所选取的参数及回转支承型号的表示方法，可选择的回转支承为三排滚柱式，型号为132.50.4500。回转支承131、132系列的结构如图-3。图图4-34-3131131、132132系列回转支承的结构图系列回转支承的结构图4.2回转支承的校核回转轴承不仅承受倾翻力矩，在接受钢包时还要承受冲击力，因此它必须要有足够的强度。对回转支承的强度校核只需求出该轴承的当量轴向力和当aF量倾翻力矩并把所得的值置入轴承的负载曲线中，看其交点是否落在所选轴M承的静态曲线的下方范围，若是，则说明回转支承能力足够，不是，则回转支承不满足要求。（1）回转支承当量轴向负荷的计算14因钢包回转台的工矿分三种，故对回转支承负荷的计算也需要分三种工矿进行计算。钢包回转台在接受钢包时，要对回转支承产生冲击力，其冲击系数取1.25。=aFsafF式中：轴承所受的当量轴向载荷；aF轴承所受的总轴向载荷；aF静负荷安全系数，查阅机械设计手册第二卷（第四版，成大先主sf编）得=1.1。sf对第一种工矿=1.25=1.256.49=811NaF1P610410=1.1=892NaFaF410对第二种工况=1.25=1.258.29=1036NaF2P610410=1.11036=1140NaF410410对第三种工矿=1.25=1.2511.29=1411NaF3P610410=1.1=1552NaFaF410（2）回转支承当量倾翻力矩的计算分三种工矿，其冲击系数仍取1.25。=MsfM式中轴承所受的当量倾翻力矩；M轴承所受的总倾翻力矩。M对第一种工况=1.25（+Q)=1.253.12=3906M1m0r710410mN=1.1=4297MM410mN对第二种工况=1.25Q=1.251.95=2438M0r710410mN=1.1=2682MM410mN19对第三种工矿=0M=0M将各项计算结果汇总于表4-1所示。表表4-1各种工矿计算结果汇总各种工矿计算结果汇总项目（1）（2）（3）轴向总负荷NaF41081110361411当量轴向负荷NaF41089211401552总倾翻力矩M410mN390624380当量倾翻力矩M410mN429726820将表4-1中的数值代入回转支承负载曲线（机械设计手册第二卷）编号20中如图4-3，三个交点都落在静态曲线1的下方附近。图图4-3回转支承负载曲线回转支承负载曲线1静态曲线；2动态曲线；8.8、10.9、12.9分别为螺栓强度等级因此可以得出结论：本次计算选择的回转支承满足要求。20第五章联结推力轴承螺栓及地脚螺栓校核计算5.1螺栓的受力情况联结推力轴承的两圈螺栓及回转台的地脚螺栓，都是均布在高度不同的同心圆上。回转台工作时，施加于回转台的负荷，使推力轴承同时受到压力和倾翻力矩的作用。回转台旋转时，由倾翻力矩所产生的拉力，对每个螺栓来说是周期性变化的。如下图5-1所示，G代表钢包重心位置，d是地脚螺栓中心圆直径或联结推力轴承的螺栓中心圆直径。图5-2是螺栓的拉力P在回转台旋转时，随着转角的变化而变化的情况。因倾翻力矩使螺栓产生的拉力与相位角的余弦成比例，最大拉力产生于=处。联结推力轴承的两圈螺栓及地脚螺栓0180承受了相同的倾翻力矩，由于其中心圆直径不同，所以螺栓的拉力不同，但其变化情况是相同的15。图图5-1负荷情况负荷情况图图5-2负荷变化情况负荷变化情况上述各个螺栓在紧固时都要有一定的预紧力，以防止在承受倾翻力矩时发生松动。预紧力一般取为工作拉力P的1.35-1.5倍，即：0P=（1.35-1.5P）0P螺栓受力与变形情况如图5-3所示。图中直线AB表示螺栓受力与变形的关系；直线CD表示联按件的受力与变形关系。AB与CD相交于E点，纵坐标EF表示预紧力。在预紧力的作用下，螺栓的拉伸量为，联接件的压缩0P0P1量为，如图5-3a所示。2当螺栓承受工作拉力P时，其作用力由增加到变形量由增加了一0P1P2个数量变压件的作用力由变为，其变形量由减少了一个数量，如0P2P2图5-3b所示。根据静力平衡条件有：=P+1P2P即螺栓的总拉力等于工作拉力加连接件上剩余预紧力之和。计算工作拉力时，需把冲击力考虑在内。冲击力一般取为静负荷的1.15至1.25倍。由图5-3可见：=（-）1P0P1C式中螺栓的刚度系数。1C同时还有=(-)0P2P2C式中联结件的刚度系数。2C从以上两个公式可得：=-2P0PPCCC212=+0P2PPCCC21221=P+=+1P2P0PPCCC211式中(+)称为相对刚度系数。设计计算时可取=4，则其相对刚1C1C2C2C1C度系数为0.216。图图5-3预应力螺栓受力情况预应力螺栓受力情况a紧固时螺栓的受力与变形；b承受拉力时的负荷与变形5.2联结推力轴承的螺栓的校核已知联结螺栓为90个M45的螺栓用42CrMo合金钢制造，性能等级为10.9级，屈服强度为=931MPa；螺栓中心圆直径为4.112m；钢包及钢水的s重量为480t；回转台自重为1.69t；钢包重心至回转中心距离，即回转半径为6.5m；取螺栓的预紧力为工作拉力的1.35倍，冲击系数为1.25；查参考文献4知螺栓小径d=42.597mm。1）M45螺栓的最小截面面积：F=0.0014223)210597.42(2m2）转臂重量及负荷总重量为=6.49N，在每个螺栓处的压力为：1P610A=6.4990=7.2N6104103）由倾翻力矩使螺栓所受的最大拉力为：B=（+Q）g1+2（）-11m0r22cos2coscos2222112.4=4806.5（23.12.056）-1410=65.7N410式中=36090=4004）螺栓的最大静拉力为：=B-A=65.7-7.2=58.5NP4104104105)螺栓的最大冲击负荷为：P=1.25=1.2558.5=73.1NP4104106）螺栓的预紧力取为：=1.35P=1.3573.1=98.7N0P4104107）螺栓的总拉力：=+0.2P=98.7+0.273.1=1.13N1P0P4104106108）螺栓的拉应力：=F=1.130.00142=796MPa1P6109）螺栓的安全系数：=931796=1.171.5，可以通过。23第六章开式齿轮的设计计算校核6.1齿轮传动的失效型式（1）轮齿折断轮齿折断有多种形式，在正常情况下，主要是齿根弯曲疲劳折断，因为在齿轮受载时，齿根处产生的弯曲应力最大，再加上齿根过渡部分的截面突变及加工刀痕等引起的应力集中作用，当齿轮重复受载后，齿根处就会产生疲劳裂纹，并逐步扩展，导致齿轮疲劳折断18。（2）齿面磨损在齿轮传动中，齿面随着工作条件的不同会出现多种不同的磨损形式。例如当啮合齿面落入磨料性物质时，齿面即被逐渐磨损而导致报废。这种磨损称为磨粒磨损。它是开始齿轮传动的主要失效形式之一。（3）齿面点蚀点蚀是吃面疲劳损伤的现象之一。在润滑良好的闭式齿轮传动中，常见的齿面失效形式多为点蚀。所谓点蚀就是齿面材料在变化着的接触应力作用下，由于疲劳而产生的麻点状损伤现象。齿面上最初出现的点蚀仅为针尖大小的麻点，如工作条件未加改善，麻点就会逐渐扩大，甚至数点连成一片，最后形成了明显的齿面损伤。（4）齿面胶合对于高速重载的齿轮传动，齿面间的压力大，瞬间温度高，润滑效果差，当瞬时温度过高时，相啮合的两齿面就会发生粘在一起的现象，由于此时两齿轮又在作相对滑动，相粘结的部位即被撕裂，于是在齿面上沿相对滑动的方向形成伤痕，成为胶合。（5）塑性变形塑性变形属于齿轮永久变形一大类失效形式，它是由于在过大的应力作用下，轮齿材料处于屈服状态而产生的齿面或齿体塑性流动所形成的。塑性变形一般发生在硬度低的齿轮上；但在重载作用下，硬度高的齿轮上也会出现。齿轮的失效形式很多。除上述5中主要形式外，还可能出现过热、侵蚀、电蚀和由于不同原因产生的多种腐蚀与裂纹等等，可参看有关资料19。6.2设计准则由上述分析可知，所设计的齿轮传动在具体的工作情况下，必须具有足够的、相应的工作能力，以保证在整个工作寿命期间不致失效。因此，针对上述各种工作状况及失效形式，都应分别确立相应的设计准则。但是对于齿面磨损、塑性变形等，由于尚未建立起广为工程实际使用而且行之有效的计算方法及设计数据，所以目前设计一般使用的齿轮传动时，通常只保证齿根弯曲疲劳强度及保证齿面解除疲劳强度两准则进行计算。对于高速大功率的齿轮传动，还要按保证齿面抗胶合能力的准则进行计算。至于抵抗其他失效的能力，目前虽然一般不进行计算，但应采取相应的措施，以增强轮齿抵抗这些失效的能力。24由实践得知，在闭式齿轮传动中，通常以保证齿面接触疲劳强度为主。但由于齿面硬度很高、齿芯强度又低的齿轮或材质较脆的齿轮，通常则以保证齿根弯曲疲劳强度为主。如果两齿轮均为硬齿面且吃面硬度一样高度时，则视具体情况而定。开式（半开式）齿轮传动，按理应根据保证齿面抗磨损及齿根抗折断能力两准则进行计算，但迄今为止，对齿面抗磨损能力的计算方法尚不够完善，因此目前仅以保证齿根弯曲疲劳强度作为设计和校核准则。为了延长开式，半开式齿轮传动的寿命，可视具体需要而将所求的的模数适当增大。6.3开式齿轮的校核开式齿轮的已知参数：m=24，=19，=38，=194，=0.61z2z3z3nTnrmin，=2，=5.11，电机输入功率=45kW，减速器总传动效率1i12zz2i23zzNP=0.940.970.91=0.83。因此只进行校核计算。（1）齿轮材料及精度等级的选择由齿轮的失效形式可知，设计齿轮传动时，应使齿面具有较高的抗磨损、抗点蚀、抗胶合及抗塑性变形的能力，而齿根要有较高的抗折断能力。因此齿轮材料性能的基本要求是齿面要硬。齿轮材料必须满足工作条件的要求。本开式齿轮传递的功率较大，传递的扭矩也较大，因此选择力学性能高的合金钢，并且使用硬齿面。查阅参考文献10表10-1，可知齿轮材料可选20CrMnTi，热处理为渗碳淬火，由于均为硬齿面，所以硬度可以都选为60HRC，齿芯部硬度为300HBS。国家标准对齿轮用齿轮副规定了13个精度等级。分别用阿拉伯数字0、1、212表示，其中0级精度最高，其余各级依次递降，12级精度最低。齿轮副中两个齿轮的精度等级一般取成相同等级，也允许取成不同等级，此时应按其中精度较低者确定齿轮副的精度等级。13个精度等级中，目前0、1、2级精度的加工工艺水平和测量手段尚难达到，有待发展。3-5级为高精度等级，6-8级为中等精度等级，9-12级为低精度等级。其中6级是基础级，也是设计中常用等级，它是滚齿、插齿等一般常用加工方法在正常条件下所能达到的等级，可用一般计量器具且进行测量。本开式齿轮可以选择中等精度等级即6级精度20。（2）载荷系数K的计算载荷系数K=FFVAKKKK1）齿轮受轻微冲击，且原动机为电动机，因此查参考文献10表10-2可得使用系数=1.25AK2）小齿轮的分度圆直径=m=2419=456mm；1d1z小齿轮的转速=25.110.6=6.14rmin；1n321nii齿轮的线速度V=3.146.14