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回轉支承軸承

介紹
回轉支承軸承又叫轉盤軸承,有些人也稱其為:旋轉支承 、 回旋支承?;剞D支承是一種能夠承受綜合載荷的大型軸承,可以同時承受較大的軸向、徑向負荷和傾覆力矩?;剞D支承軸承一般帶有安裝孔、內齒輪或外齒輪、潤滑油孔和密封裝置,因而能使主機設計結構緊湊,引導簡便,維護容易。

回轉支承的英文名稱為Slewing bearing或Slewing ring bearing又或Turntable bearing。

回轉支承軸承有無齒式,外齒式和內齒式的四點接觸球軸承、雙排角接觸式球軸承交叉圓柱滾子軸承、交叉圓錐滾子軸承和三排圓柱滾子復合軸承四個系列,其中四點接觸球軸承具有較高的靜負荷能力,交叉圓柱滾子具有教高的動負荷能力,交叉圓錐滾子軸承的預過盈能使軸承具有較大的支撐剛性和回轉精度,三排圓柱滾子組合軸承由于承載能力的提高引向軸承高度,各種力量分別由不同滾道承受,所以同樣受力情況下,其軸承直徑可大大縮小,因而有使主機更加緊湊的特點是一種高承載能力的回轉支承軸承?;剞D支承軸承廣泛用于起重機械、采掘機械、建筑機械、港口機械、船舶機具以及高精度的雷達機械和導彈發射架等設備的大型回轉裝置上。

應用
  回轉支承在現實工業中應用很廣泛,被人們稱為:“機器的關節”,其主要應用在被廣泛應用于:汽車起重機、鐵路起重機、港口起重機、船用起重機、冶金起重機、集裝箱起重機、挖掘機、灌裝機、以及CT機駐波治療儀、航海儀、雷達天線座、導彈發射架、坦克、機器人以及旋轉餐廳等等方面。
種類
 三排組合滾子回轉支承軸承
  三排滾柱式回轉支承具有三個座圈上下及徑向滾道各自分開,使得每一排滾柱的負載都能確切地加以確定,能夠同時承受各種載荷,是四種產品中承載能力最大的一種,軸、徑向尺寸都較大結構牢固,特別適用于要求較大直徑的重型機械,如斗輪式挖掘機、輪式起重機、船用起重機、鋼包回轉及大噸位汽車起重機等機械上。
雙排角接觸球回轉支承軸承
  雙排球式回轉支承具有三個座圈,鋼球和隔離塊可直接排入上下滾道,根據受力狀況,安排了上下兩排直徑不同的鋼球。
  這種開式裝配非常方便,上下圓弧滾道的承載角都為90°,能承受很大的軸向力和傾翻力矩。當徑向力大于0.1倍的軸向力時滾道須特殊設計。雙排球式回轉支承的軸向、徑向尺寸都比較大,結構堅固,特別適用于要求中等以上直徑的塔式起重機、汽車起重機等裝卸機械上。
單排交叉滾子回轉支承軸承
  單排交叉滾柱式回轉支承,由兩個座圈組成,結構緊湊、重量輕、制造精度高,裝配間隙小,對安裝精度要求高,滾柱為1:1交叉排列, 能同時承受軸向力、較大徑向力和傾翻力矩。被廣泛用于起重運輸、工程機械和軍工產品。
單排四點接觸球回轉支承軸承
  單排四點接觸球軸承回轉支承由兩個座圈組成,結構緊湊、重量輕、鋼球與圓弧滾道四點接觸,能同時承受軸向力、徑向力和傾翻力矩?;剞D式輸送機、焊接操作機、中小型起重機和挖掘機等工程機械均可選用。
型號和生產企業
型號 
回轉支承軸承具有以下部分型號(中國標準):
  ■ 單排四點接觸球式回轉支承 (01 系列)
  ■ 雙排異徑球式回轉支承 (02 系列)
  ■ 單排交叉滾柱式回轉支承 (11 系列)
  ■ 三排滾柱式回轉支承 (13 系列)
  ■ 單排四點接觸球式回轉支承 (HS 系列)
  ■ 單排交叉滾柱式回轉支承 (HJ 系列)
  ■ 單排四點接觸球式回轉支承 (QU、QW、QN 系列)
  回轉支承軸承具有以下部分型號(參照INA):
  ■ 四點接觸式回轉支承 (VL 系列)
  ■ 四點接觸式回轉支承 (VS 系列)
  ■ 四點接觸式回轉支承 (V 系列)
  ■ 單排交叉滾子式回轉支承 (XS 系列)
  ■ 單排交叉滾子式回轉支承 (X 系列)
生產企業和品牌

全球做回轉支承軸承的企業很多,著名企業有:
INA,KAYDON,FAG,Rothe Erde,LYC,ZWZ,IMO,SKF,JINBEARINGS,THK,SHILLACORP,ROLLIX等等

如何選擇回轉支承
負載選擇
回轉支承作為活動部件和固定底座的連接件,必須具備把活動件的應力傳遞到底座的能力。為選擇具備足夠能力的適當回轉支承,須精確地介定所受的全部應力,包括由質量、負載和結構慣性產生的影響。必須區分固定載荷和變動載荷及動態負載引起的影響,后者構成“疲勞”應力。作用于回轉支承上的力的方向須準確介定,這樣才能確定有效傾斜力矩。
我們要區分:
· 軸向載荷其方向與回轉支承的轉軸平行,這些軸向載荷的合力稱作F A 。
· 徑向載荷在垂直轉軸的平面內,這些徑向載荷的合力稱作F R 。
軸向載荷
·徑向載荷

·傾斜力矩(彎曲)
在與轉軸平行的平面內。在轉軸所在平面內產生的力稱為M T。
·回轉力矩C D
控制回轉支承旋轉的力矩

等值負載的計算
為了計算方便,須將徑向載荷合力FR通過系數KR轉換成等值的軸向載荷如下:
對標準的回轉支承:
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

對輕系列和輕系列實心截面系列軸承 ──→ K R= 3,225等值載荷Feq可根據下列公式得到:
·對水平安裝的回轉支承垂直的旋轉軸:F eq= F A+K R.F R
·對垂直安裝的回轉支承水平的旋轉軸:F eq= F A+1,2.K R.F R


支承功能
了解載荷和工況使我們能設計回轉支承的“支承”功能。如:運動形式、速度、加速、溫度、環境等。
根據所受載荷的性質,從一個滾道向另一個滾道的載荷傳遞是變化的。為了計算滾道尺寸,我們介定負載等同于最大應力區域內的所有外作用力。根據應用、使用情況,下列系數對這些載荷加以修正。
我們區分:
·應用系數KA
·使用系數KU
·安全系數KS

應用系數KA
是一個考慮了與回轉支承元件有關的應用特性的參數。這個系數由本公司的經驗獲得,它被確定在“應用系數”表中。

使用系數KU
根據特定的工況決定:振動、沖擊、突發過載等,如果無其它指定值,則它的額定值為1。

安全系數KS
由應用標準化準則介定的,須符合諸如FEM、LLOYDS、API……的特定條例。如機器的設計者必須把校準系數用到軸承所受載荷的計算中時,一般都取值為1。

應用系數

機器 平均速度
(tour/min)
應用系數
(KA)
臺車 1.5 1.65
裝卸叉車 1 1.35
輪式鏟車 1.5 1.50
鏟車 0.8 1.35
打機 2.5 1.80
澄清器(處理水) 0.6 1.35
繩斗電鏟 1.5 1.65
礦用挖掘機 1.5 2
風力發電機 0.8 1.65
加料吊車 1 1.65
甲板吊 0.8 1.35
汽車吊 1 1.50
履帶式吊鉤起重機 1.5 1.80
鐵路起重機 1 1.5
林用起重機 1.5 1.80
抓斗起重機 1.5 1.80
套筒式汽車吊 1.5 1.65
固定臂汽車吊 1 1.50
海面鉆探吊車 1 1.80
港口起重機 1 1.65
機器 平均速度
(tour/min)
應用系數
(KA)
轉塔式塔吊 1 1.80
轉盤式塔吊 1 1.65
混凝上攪拌機 1 1.65
鏟車 5 2.40
液壓升降平臺 1 1.50
纜鏟車 2.5 2.00
液壓鏟車 2.5 2.00
轉車臺 1 1.35
混凝卜輸送泵 1.5 1.65
焊接定位臺 0.8 1.75
轉臂式吊車 1 1.35
低速旋轉雷達 1 1.35
快速旋轉雷達 5 2.40
低速旋轉發射機 1 1.35
機器人 3.5 1.65
快速旋轉掃描儀 3.5 1.65
炮塔 1.5 1.50
重載卷筒 2 1.65
振動打夯機 2.5 2

這些系數都是由每種型號應用的大量觀察和統計而得出的。
標準參數如下:
·額定壽命:6000小時 ·在正常氣候條件下工作 ·常規應用(非特殊)

根據能力選擇回轉支承
回轉支承的負載能力根據它的特性計算,它取決于:
·外形大小 ·環圈材料特性 ·熱處理 ·滾動元件的特性、數量、尺寸 ·滾動元件的接觸參數

最大允許能力曲線如圖所示,其中Ox軸表示等值軸向載荷OY軸表示傾斜力矩,為了簡便,用一條稱為“極限曲線”的直線代表能力曲線。
通過在圖上畫出表示相應載荷的點,就可以確定回轉支承的大小,這個點就叫做“應用點”。
在水平軸上:Px=Feq·KA·KU·KS
·在垂直軸上:Py= MT·KA·KU·KS

無論如何,應用點P應該控制在極限曲線下面。

使用壽命
許多外界因素都對軸承使用壽命有很大影響,從中可以列出:
·支座的幾何精度 ·載荷作用下結構變形 ·氣候條件和環境 ·維護工作的質量 ·使用工況
長期在沖擊、振動或劇烈動作或間歇動作情況下使用,都會明顯縮短額定使用壽命。

KT=OL/OP
將應用點與極限曲線比較,就可以得到使用壽命的估計值比值OL/OP稱為KT

使用壽命

利用右圖就可以得到使用壽命的估計值D:
·根據水平軸上KT值,就可直接由曲線看出使用壽命估計值(小時)
使用系數
轉速影響
只有在低轉速:IRPM(每分鐘1 轉)時,圖示的使用壽命估計值D才有效。 這個值必須乘上根據不同速度由右圖示出的速度系數KV。

D(n)= KV x L

對于擺動轉動,可用如下公式
計算平均轉速
n平均=0,60 x n實際

速度系數

固定功能

為了傳遞確定的載荷,必須使軸承在相連支架上機械緊固,這樣就使回轉支承與其支座形成剛性聯接??尚械木o固方式有多種,其中最有效的方式是采用螺栓和螺母聯接。焊接是絕對不允許的。在安裝時選用合適螺栓和緊固方式,以及我們的技巧都是回轉支承發揮正常功能及應用安全的重要條件。

螺栓質量
ISO 898-1標準確定了用于結構裝配的螺栓質量等級,本公司推薦使用等級為10.9高抗拉螺栓,特殊情況則用8.8級和12.9級。
螺母必須是相應螺栓的同等級別或更高級別,對于螺栓直徑為d,推薦螺母高度為1Xd。
對于用Z或N字正火鋼制的套圈,要求使用淬硬平墊圈。
對墊圈的最低要求:
·屈服強度大于等于600 Mpa ·直徑:DR=2d ·厚度:h>=0.3d
只要可能,盡量優先使用外六角頭螺栓,而不是圓柱頭螺栓(內六角頭)。
本公司推薦:螺栓和螺母能確保機械性能相互匹配且預先潤滑,這樣才能得到已知穩定的螺栓/螺母摩擦系數。
對螺栓的表面處理不能引起脆裂變化。

螺栓機械性能最低要求(根據 ISO

等級 抗拉強度(Mpa) 屈服強度(Mpa) 疲勞強度(Mpa)
8.8 800 640 40 特殊
10.9 1040 940 40 推薦
12.9 1220 1100 40 特殊

螺栓聯接計算
本公司計算公式將現行標準、條例以及許多試驗研究成果都能考慮在內。主要是參考AFNOR FD E 25-030推薦的VDI2230(1988)以及API 2C(1995)標準。
如果是懸掛載荷請向我們查詢。
標準計算假設
·支座載荷為壓力
·螺栓等距,均勻布置在節圓上
·鋼制回轉支承和支架
·支架的厚度、剛度、表面平直度要符合要求(參見“結構”)
·回轉支承用螺栓直接固定在支架上
·若為徑向重載,推薦使用對中孔或粘接以使螺栓免受剪切應力
·夾緊長度至少應等于螺栓直徑5倍:LK>=5.d.

支承載荷 懸掛載荷

螺栓數計算
根據使用及載荷能力選定回轉支承后,就要確定相應的固定螺栓,從最不利的載荷情況出發,根據下列公式計算所需固定螺栓的最小數目??傊?,要保持足夠數目的螺栓以確?;剞D支承與支架的有效聯接,而不致發生轉盤變形。

N= 1,6.FK(4.MT-Fp.Df)
Df(Ts·Fpc)

此處:
N=理論需要螺栓數目
1.6=緊固系數(裝配誤差系數)根據FD E 25-030擰緊力矩等級B級
Fk = 螺栓拉伸系數,見圖
MT = 回轉支承所受總傾斜力矩kNm
FA = 軸向載荷kN
Df = 固定圓直徑m
Ts = 緊固張力
d = 螺栓直徑mm
?m = 滾道公稱直徑m
Fpc = 因蠕變的張力損失kN,見圖
Lk = 夾緊長度mm

螺栓拉伸系數

螺栓拉伸系數Fk
這個系數考慮了裝配的幾何尺寸,它以螺栓直徑以及夾緊長度與直徑的比率為基礎。最佳緊固是在回轉支承和支架上打通孔:使用螺栓螺母,緊固長度長,螺栓剛度足夠且張力損失最小。如果用螺栓在攻絲的支承孔固定,則孔深不小于1.25 d。

緊固張力:Ts
固定螺栓的緊固張力必須足以保證連接不松動,以防裝配疲勞。
最小緊固予緊力計算:
必須檢查所選螺栓直徑的標準予緊力是否滿足運行產生的動態應力。

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

根據選定的螺栓直徑:聯接等級10.9標準緊固張力在R. 80%時由下表示出。

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

張力損失:Fpc

張力損失

在緊固過程和外載荷作用下以及兩接觸部件的表面粗糙度將減小螺栓的予拉伸,因此產生張力損失,這就降低了裝配時的予緊力。
這種張力損失在下列圖表中示出,它取決于螺栓直徑d和比率LK/d 。

螺帽接觸壓力計算:
通常,如果使用熱處理過的平墊圈,就不必進行這種計算。如果使用有帽螺釘,則需計算(Chc)。

必須令:
FB最大 < P允許
Ac

FB最大 = Ts + 0,13 x FE

FE=( 1 ) [ 4 x MT -FA ]
N ?m
Ac= ( π (dw2-Di2)
4
允許壓力:
N和Z代號鋼 400 MPa
D和X代號鋼 620 MPa
E36型鋼 270 MPa

注 意
任何型號的彈性墊圈都是有絕對不允許使用的,否則將取消所有擔保。

旋轉功能

本公司的回轉支承都要有一個驅動機構來控制運動部件的旋轉。這種功能可由不同方法獲得:
1 齒輪傳動(最常用) 2 皮帶傳動 3 鏈傳動 4 直接傳動

齒輪傳動
在外圈上直接切削成漸開線齒,直齒或螺旋齒,而內圈則只能是直齒。

齒形
本公司大多數軸承都有齒輪,并經過正齒高修正,這樣可顯著減小壓力,且通過減小齒高可避免小齒輪齒根干擾。同樣也須對小齒輪進行齒高修正,以避免在齒數小于18時發生幾何干擾。由于傳動應力會引起軸彎曲和齒輪變形,這有害于良好的嚙合,為免于這些缺陷,建議對小齒輪進行剖面校正:比如中凸形齒、修緣齒我們的工程部會提供援助。

強度
我們的額定圖表示了疲勞T的最大允許切向力。選用適當的載荷系數就能獲得持續運轉能力。

T=2 CD
Dref

CD= 齒輪力矩
Dref=節圓直徑
如不另外說明,所示數值對于代號Z的正火狀態XC45號鋼材:齒圈有效,如達不到這些值,本公司可進行表面淬火從而顯著提高齒根抗彎強度和抗壓‘強度,在重載時,本公司將對齒及套圈上齒根進行全面淬火,如果要求抗磨性好,可對齒側進行表面淬火。

齒的精度
如無另外說明,本公司根據AFNOR或DIN標準來制造回轉支承的齒,符合下列準則:
未經表面熱處理

DIN級別 AFNOR級別 最大直徑 最大模數 任選
12 12 所有尺寸 25 模數45用特殊工具
10-11-12 11-10-9 所有尺寸 20
9-10 8-9 3100 22 要求特種設備·根據要求制造
7-8 7 2500 20

需要較高的精度齒,如5級或6級,則需進行齒面研磨(向我們的工程部查詢)

表面淬硬的齒
·一般通過表面淬火達到55 HRc (土5)。
·上表所示齒的等級只是一部分,本公司對11-12級可達到AFNOR或DIN標準。

鄭重聲明
本公司認為AFNOR,DIN或ISO所界定的有關各種精度級別齒的各項特性參數都應滿足。
如果顧客只對某一、二項參數提出要求時,本公司可保證更高精度。

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