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回转支承轴承

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介绍编辑本段回目录

回转支承轴承又叫转盘轴承,有些人也称其为:旋转支承 、 回旋支承。回转支承是一种能够承受综合载荷的大型轴承,可以同时承受较大的轴向、径向负荷和倾覆力矩。回转支承轴承一般带有安装孔、内齿轮或外齿轮、润滑油孔和密封装置,因而能使主机设计结构紧凑,引导简便,维护容易。

回转支承的英文名称为Slewing bearing或Slewing ring bearing又或Turntable bearing。

回转支承轴承有无齿式,外齿式和内齿式的四点接触球轴承、双排角接触式球轴承交叉圆柱滚子轴承、交叉圆锥滚子轴承和三排圆柱滚子复合轴承四个系列,其中四点接触球轴承具有较高的静负荷能力,交叉圆柱滚子具有教高的动负荷能力,交叉圆锥滚子轴承的预过盈能使轴承具有较大的支撑刚性和回转精度,三排圆柱滚子组合轴承由于承载能力的提高引向轴承高度,各种力量分别由不同滚道承受,所以同样受力情况下,其轴承直径可大大缩小,因而有使主机更加紧凑的特点是一种高承载能力的回转支承轴承。回转支承轴承广泛用于起重机械、采掘机械、建筑机械、港口机械、船舶机具以及高精度的雷达机械和导弹发射架等设备的大型回转装置上。

应用编辑本段回目录

  回转支承在现实工业中应用很广泛,被人们称为:“机器的关节”,其主要应用在被广泛应用于:汽车起重机、铁路起重机、港口起重机、船用起重机、冶金起重机、集装箱起重机、挖掘机、灌装机、以及CT机驻波治疗仪、航海仪、雷达天线座、导弹发射架、坦克、机器人以及旋转餐厅等等方面。

种类编辑本段回目录

 三排组合滚子回转支承轴承
  三排滚柱式回转支承具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、钢包回转及大吨位汽车起重机等机械上。
双排角接触球回转支承轴承
  双排球式回转支承具有三个座圈,钢球和隔离块可直接排入上下滚道,根据受力状况,安排了上下两排直径不同的钢球。
  这种开式装配非常方便,上下圆弧滚道的承载角都为90°,能承受很大的轴向力和倾翻力矩。当径向力大于0.1倍的轴向力时滚道须特殊设计。双排球式回转支承的轴向、径向尺寸都比较大,结构坚固,特别适用于要求中等以上直径的塔式起重机、汽车起重机等装卸机械上。
单排交叉滚子回转支承轴承
  单排交叉滚柱式回转支承,由两个座圈组成,结构紧凑、重量轻、制造精度高,装配间隙小,对安装精度要求高,滚柱为1:1交叉排列, 能同时承受轴向力、较大径向力和倾翻力矩。被广泛用于起重运输、工程机械和军工产品。
单排四点接触球回转支承轴承
  单排四点接触球轴承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。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均可选用。

型号和生产企业编辑本段回目录

型号 
回转支承轴承具有以下部分型号(中国标准):
  ■ 单排四点接触球式回转支承 (01 系列)
  ■ 双排异径球式回转支承 (02 系列)
  ■ 单排交叉滚柱式回转支承 (11 系列)
  ■ 三排滚柱式回转支承 (13 系列)
  ■ 单排四点接触球式回转支承 (HS 系列)
  ■ 单排交叉滚柱式回转支承 (HJ 系列)
  ■ 单排四点接触球式回转支承 (QU、QW、QN 系列)
  回转支承轴承具有以下部分型号(参照INA):
  ■ 四点接触式回转支承 (VL 系列)
  ■ 四点接触式回转支承 (VS 系列)
  ■ 四点接触式回转支承 (V 系列)
  ■ 单排交叉滚子式回转支承 (XS 系列)
  ■ 单排交叉滚子式回转支承 (X 系列)
生产企业和品牌

全球做回转支承轴承的企业很多,著名企业有:
INAKAYDONFAG,Rothe Erde,LYCZWZ,IMO,SKF,JINBEARINGS,THK,SHILLACORP,ROLLIX等等

如何选择回转支承编辑本段回目录

负载选择
回转支承作为活动部件和固定底座的连接件,必须具备把活动件的应力传递到底座的能力。为选择具备足够能力的适当回转支承,须精确地介定所受的全部应力,包括由质量、负载和结构惯性产生的影响。必须区分固定载荷和变动载荷及动态负载引起的影响,后者构成“疲劳”应力。作用于回转支承上的力的方向须准确介定,这样才能确定有效倾斜力矩。
我们要区分:
· 轴向载荷其方向与回转支承的转轴平行,这些轴向载荷的合力称作F A 。
· 径向载荷在垂直转轴的平面内,这些径向载荷的合力称作F R 。
轴向载荷
·径向载荷

·倾斜力矩(弯曲)
在与转轴平行的平面内。在转轴所在平面内产生的力称为M T。
·回转力矩C D
控制回转支承旋转的力矩

等值负载的计算
为了计算方便,须将径向载荷合力FR通过系数KR转换成等值的轴向载荷如下:
对标准的回转支承:
如果:
F R <0.25 ──→ KR=0.5
F A

如果:

0.25< F R <0.25 ──→ KR=1.5
F A

如果:

F R >1 ──→ KR=2.4
F A

对轻系列和轻系列实心截面系列轴承 ──→ K R= 3,225等值载荷Feq可根据下列公式得到:
·对水平安装的回转支承垂直的旋转轴:F eq= F A+K R.F R
·对垂直安装的回转支承水平的旋转轴:F eq= F A+1,2.K R.F R


支承功能
了解载荷和工况使我们能设计回转支承的“支承”功能。如:运动形式、速度、加速、温度、环境等。
根据所受载荷的性质,从一个滚道向另一个滚道的载荷传递是变化的。为了计算滚道尺寸,我们介定负载等同于最大应力区域内的所有外作用力。根据应用、使用情况,下列系数对这些载荷加以修正。
我们区分:
·应用系数KA
·使用系数KU
·安全系数KS

应用系数KA
是一个考虑了与回转支承元件有关的应用特性的参数。这个系数由本公司的经验获得,它被确定在“应用系数”表中。

使用系数KU
根据特定的工况决定:振动、冲击、突发过载等,如果无其它指定值,则它的额定值为1。

安全系数KS
由应用标准化准则介定的,须符合诸如FEM、LLOYDS、API……的特定条例。如机器的设计者必须把校准系数用到轴承所受载荷的计算中时,一般都取值为1。

应用系数

机器 平均速度
(tour/min)
应用系数
(KA)
台车 1.5 1.65
装卸叉车 1 1.35
轮式铲车 1.5 1.50
铲车 0.8 1.35
打机 2.5 1.80
澄清器(处理水) 0.6 1.35
绳斗电铲 1.5 1.65
矿用挖掘机 1.5 2
风力发电机 0.8 1.65
加料吊车 1 1.65
甲板吊 0.8 1.35
汽车吊 1 1.50
履带式吊钩起重机 1.5 1.80
铁路起重机 1 1.5
林用起重机 1.5 1.80
抓斗起重机 1.5 1.80
套筒式汽车吊 1.5 1.65
固定臂汽车吊 1 1.50
海面钻探吊车 1 1.80
港口起重机 1 1.65
机器 平均速度
(tour/min)
应用系数
(KA)
转塔式塔吊 1 1.80
转盘式塔吊 1 1.65
混凝上搅拌机 1 1.65
铲车 5 2.40
液压升降平台 1 1.50
缆铲车 2.5 2.00
液压铲车 2.5 2.00
转车台 1 1.35
混凝卜输送泵 1.5 1.65
焊接定位台 0.8 1.75
转臂式吊车 1 1.35
低速旋转雷达 1 1.35
快速旋转雷达 5 2.40
低速旋转发射机 1 1.35
机器人 3.5 1.65
快速旋转扫描仪 3.5 1.65
炮塔 1.5 1.50
重载卷筒 2 1.65
振动打夯机 2.5 2

这些系数都是由每种型号应用的大量观察和统计而得出的。
标准参数如下:
·额定寿命:6000小时 ·在正常气候条件下工作 ·常规应用(非特殊)

根据能力选择回转支承
回转支承的负载能力根据它的特性计算,它取决于:
·外形大小 ·环圈材料特性 ·热处理 ·滚动元件的特性、数量、尺寸 ·滚动元件的接触参数

最大允许能力曲线如图所示,其中Ox轴表示等值轴向载荷OY轴表示倾斜力矩,为了简便,用一条称为“极限曲线”的直线代表能力曲线。
通过在图上画出表示相应载荷的点,就可以确定回转支承的大小,这个点就叫做“应用点”。
在水平轴上:Px=Feq·KA·KU·KS
·在垂直轴上:Py= MT·KA·KU·KS

无论如何,应用点P应该控制在极限曲线下面。

使用寿命
许多外界因素都对轴承使用寿命有很大影响,从中可以列出:
·支座的几何精度 ·载荷作用下结构变形 ·气候条件和环境 ·维护工作的质量 ·使用工况
长期在冲击、振动或剧烈动作或间歇动作情况下使用,都会明显缩短额定使用寿命。

KT=OL/OP
将应用点与极限曲线比较,就可以得到使用寿命的估计值比值OL/OP称为KT

使用寿命

利用右图就可以得到使用寿命的估计值D:
·根据水平轴上KT值,就可直接由曲线看出使用寿命估计值(小时)
使用系数
转速影响
只有在低转速:IRPM(每分钟1 转)时,图示的使用寿命估计值D才有效。 这个值必须乘上根据不同速度由右图示出的速度系数KV。

D(n)= KV x L

对于摆动转动,可用如下公式
计算平均转速
n平均=0,60 x n实际

速度系数

固定功能

为了传递确定的载荷,必须使轴承在相连支架上机械紧固,这样就使回转支承与其支座形成刚性联接。可行的紧固方式有多种,其中最有效的方式是采用螺栓和螺母联接。焊接是绝对不允许的。在安装时选用合适螺栓和紧固方式,以及我们的技巧都是回转支承发挥正常功能及应用安全的重要条件。

螺栓质量
ISO 898-1标准确定了用于结构装配的螺栓质量等级,本公司推荐使用等级为10.9高抗拉螺栓,特殊情况则用8.8级和12.9级。
螺母必须是相应螺栓的同等级别或更高级别,对于螺栓直径为d,推荐螺母高度为1Xd。
对于用Z或N字正火钢制的套圈,要求使用淬硬平垫圈。
对垫圈的最低要求:
·屈服强度大于等于600 Mpa ·直径:DR=2d ·厚度:h>=0.3d
只要可能,尽量优先使用外六角头螺栓,而不是圆柱头螺栓(内六角头)。
本公司推荐:螺栓和螺母能确保机械性能相互匹配且预先润滑,这样才能得到已知稳定的螺栓/螺母摩擦系数。
对螺栓的表面处理不能引起脆裂变化。

螺栓机械性能最低要求(根据 ISO

等级 抗拉强度(Mpa) 屈服强度(Mpa) 疲劳强度(Mpa)
8.8 800 640 40 特殊
10.9 1040 940 40 推荐
12.9 1220 1100 40 特殊

螺栓联接计算
本公司计算公式将现行标准、条例以及许多试验研究成果都能考虑在内。主要是参考AFNOR FD E 25-030推荐的VDI2230(1988)以及API 2C(1995)标准。
如果是悬挂载荷请向我们查询。
标准计算假设
·支座载荷为压力
·螺栓等距,均匀布置在节圆上
·钢制回转支承和支架
·支架的厚度、刚度、表面平直度要符合要求(参见“结构”)
·回转支承用螺栓直接固定在支架上
·若为径向重载,推荐使用对中孔或粘接以使螺栓免受剪切应力
·夹紧长度至少应等于螺栓直径5倍:LK>=5.d.

支承载荷 悬挂载荷

螺栓数计算
根据使用及载荷能力选定回转支承后,就要确定相应的固定螺栓,从最不利的载荷情况出发,根据下列公式计算所需固定螺栓的最小数目。总之,要保持足够数目的螺栓以确保回转支承与支架的有效联接,而不致发生转盘变形。

N= 1,6.FK(4.MT-Fp.Df)
Df(Ts·Fpc)

此处:
N=理论需要螺栓数目
1.6=紧固系数(装配误差系数)根据FD E 25-030拧紧力矩等级B级
Fk = 螺栓拉伸系数,见图
MT = 回转支承所受总倾斜力矩kNm
FA = 轴向载荷kN
Df = 固定圆直径m
Ts = 紧固张力
d = 螺栓直径mm
Øm = 滚道公称直径m
Fpc = 因蠕变的张力损失kN,见图
Lk = 夹紧长度mm

螺栓拉伸系数

螺栓拉伸系数Fk
这个系数考虑了装配的几何尺寸,它以螺栓直径以及夹紧长度与直径的比率为基础。最佳紧固是在回转支承和支架上打通孔:使用螺栓螺母,紧固长度长,螺栓刚度足够且张力损失最小。如果用螺栓在攻丝的支承孔固定,则孔深不小于1.25 d。

紧固张力:Ts
固定螺栓的紧固张力必须足以保证连接不松动,以防装配疲劳。
最小紧固予紧力计算:
必须检查所选螺栓直径的标准予紧力是否满足运行产生的动态应力。

Ts >( 2,25 )[( 4xMT -FA+80 Nxdx10-3 ]
N Øm

根据选定的螺栓直径:联接等级10.9标准紧固张力在R. 80%时由下表示出。

直径(毫米) 12 14 16 20 22 24 27 30 33
张力(kN) 56 77 106 166 208 239 315 385 480

张力损失:Fpc

张力损失

在紧固过程和外载荷作用下以及两接触部件的表面粗糙度将减小螺栓的予拉伸,因此产生张力损失,这就降低了装配时的予紧力。
这种张力损失在下列图表中示出,它取决于螺栓直径d和比率LK/d 。

螺帽接触压力计算:
通常,如果使用热处理过的平垫圈,就不必进行这种计算。如果使用有帽螺钉,则需计算(Chc)。

必须令:
FB最大 < P允许
Ac

FB最大 = Ts + 0,13 x FE

FE=( 1 ) [ 4 x MT -FA ]
N Øm
Ac= ( π (dw2-Di2)
4
允许压力:
N和Z代号钢 400 MPa
D和X代号钢 620 MPa
E36型钢 270 MPa

注 意
任何型号的弹性垫圈都是有绝对不允许使用的,否则将取消所有担保。

旋转功能

本公司的回转支承都要有一个驱动机构来控制运动部件的旋转。这种功能可由不同方法获得:
1 齿轮传动(最常用) 2 皮带传动 3 链传动 4 直接传动

齿轮传动
在外圈上直接切削成渐开线齿,直齿或螺旋齿,而内圈则只能是直齿。

齿形
本公司大多数轴承都有齿轮,并经过正齿高修正,这样可显著减小压力,且通过减小齿高可避免小齿轮齿根干扰。同样也须对小齿轮进行齿高修正,以避免在齿数小于18时发生几何干扰。由于传动应力会引起轴弯曲和齿轮变形,这有害于良好的啮合,为免于这些缺陷,建议对小齿轮进行剖面校正:比如中凸形齿、修缘齿我们的工程部会提供援助。

强度
我们的额定图表示了疲劳T的最大允许切向力。选用适当的载荷系数就能获得持续运转能力。

T=2 CD
Dref

CD= 齿轮力矩
Dref=节圆直径
如不另外说明,所示数值对于代号Z的正火状态XC45号钢材:齿圈有效,如达不到这些值,本公司可进行表面淬火从而显著提高齿根抗弯强度和抗压‘强度,在重载时,本公司将对齿及套圈上齿根进行全面淬火,如果要求抗磨性好,可对齿侧进行表面淬火。

齿的精度
如无另外说明,本公司根据AFNOR或DIN标准来制造回转支承的齿,符合下列准则:
未经表面热处理

DIN级别 AFNOR级别 最大直径 最大模数 任选
12 12 所有尺寸 25 模数45用特殊工具
10-11-12 11-10-9 所有尺寸 20
9-10 8-9 3100 22 要求特种设备·根据要求制造
7-8 7 2500 20

需要较高的精度齿,如5级或6级,则需进行齿面研磨(向我们的工程部查询)

表面淬硬的齿
·一般通过表面淬火达到55 HRc (土5)。
·上表所示齿的等级只是一部分,本公司对11-12级可达到AFNOR或DIN标准。

郑重声明
本公司认为AFNOR,DIN或ISO所界定的有关各种精度级别齿的各项特性参数都应满足。
如果顾客只对某一、二项参数提出要求时,本公司可保证更高精度。

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参考资料
[1].  Rollix回转支承   http://www.sunmotion.cn/chanpin/rollix-slewing-bearing.html
[2].  Rollix回转支承应用   http://www.sunmotion.cn/chanpin/rollix/applications/rollix-gongchengjixie.html

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