【文章內(nèi)容簡介】 回轉(zhuǎn)支承工作狀況比較差，要承受很高的軸向載荷、傾覆力矩，這些載荷都是由齒圈，滾圈的滾道和齒輪所傳遞和承受，因此回轉(zhuǎn)支承在選擇材料上要考慮材料的抗拉、抗壓、疲勞強(qiáng)度都比較高，并有足夠的韌性和耐磨性能。鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)支承的聯(lián)接螺栓強(qiáng)度計(jì)算的條件，是求取支承上所承受的負(fù)荷，主要包括總軸向力Fa，總傾覆力矩M。鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)及安裝形式，其自重及兩側(cè)盛滿鋼水的鋼包通過底座全部作用到基礎(chǔ)上，所有的傾翻力由底座的96個(gè)螺栓來承受。 鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的載荷參數(shù)鋼包自重G=160t鋼水重量=310t鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)半徑e=6300mm空包帶蓋重P1=163t滿包帶蓋重P2=473t滿包不帶蓋重P3=470t 鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)各種工作狀況分析鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)承載約有以下5種工況：（1）兩側(cè)鋼包滿包；（2）一側(cè)鋼包滿包，另一側(cè)鋼包空包；（3）一側(cè)鋼包滿包，另一側(cè)鋼包空包（4）一側(cè)鋼包空包，另一側(cè)鋼包無包（5）兩側(cè)均是空包。最大偏載發(fā)生在一側(cè)鋼包滿包，另一側(cè)無鋼包的工況，在這種工況下回轉(zhuǎn)臺(tái)就會(huì)產(chǎn)生最大的傾翻力矩。 鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)基礎(chǔ)載荷和螺栓受力計(jì)算鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)支承是一種高承載能力的新型支承，主要應(yīng)用于負(fù)荷較大，較復(fù)雜的場合。鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)支承螺栓將其緊固在底座上的，因此回轉(zhuǎn)支承上所承受的負(fù)載和傾覆力矩都是通過聯(lián)接螺栓傳遞到設(shè)備的下部及基礎(chǔ)上，這樣螺栓就成為整體的重要零件之一，若螺栓損壞將造成嚴(yán)重的后果，因此對(duì)螺栓的設(shè)計(jì)與計(jì)算具有重要的意義。一般情況下，鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的聯(lián)接螺栓有兩組，經(jīng)查閱相關(guān)資料，鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的回轉(zhuǎn)支承是三排滾柱式，所以內(nèi)滾圈上一組。外滾圈上一組，并且內(nèi)外滾圈的螺栓的規(guī)格和數(shù)量一般相同，螺栓的數(shù)目應(yīng)為偶數(shù)，基本是均勻分布在整個(gè)滾圈的圓周上的。由于內(nèi)滾圈上的螺栓的分布圓直徑比外滾圈上的小，因此單個(gè)螺栓所受的載荷比較大，所以螺栓的承載能力計(jì)算應(yīng)該以內(nèi)滾圈上的螺栓受載能力為準(zhǔn)。鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)回轉(zhuǎn)支承上作用的軸向載荷Fa、傾覆力矩M皆由聯(lián)接螺栓來傳遞，當(dāng)軸向載荷直徑較大時(shí)，必須給螺栓材料規(guī)定下的預(yù)緊力，因?yàn)椋海?） 螺栓是在變動(dòng)載荷下工作的，需要采用預(yù)緊力來提高其疲勞強(qiáng)度；（2） 防止回轉(zhuǎn)支承在受載過程中產(chǎn)生縫隙，避免附加沖擊。對(duì)于三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承，如果螺栓松弛或損壞，直接影響支承內(nèi)部的軸向間隙，使?jié)L道發(fā)生傾斜，接觸應(yīng)力增大間接使軸承發(fā)生破裂，使支承遭到破壞。螺栓沿圓周均勻分布，其最大工作外載荷的分布線密度：公式中 B兩個(gè)螺栓間的圓周距離 螺栓中心分度圓直徑螺栓工作外負(fù)載荷的線密度所以螺栓上外負(fù)荷所產(chǎn)生的總力矩即受載最大螺栓上的全部工作外負(fù)荷為聯(lián)接螺栓的預(yù)緊力Py螺栓預(yù)緊應(yīng)力公式中Ky聯(lián)接面緊密性的安全系數(shù)，取Ky=~2 X基本符合系數(shù)，取X=~ 螺紋根部處的斷面積預(yù)緊時(shí)螺紋上的摩擦力矩預(yù)緊扭矩作用在螺栓上的最大計(jì)算負(fù)載為：螺紋內(nèi)徑斷面的拉應(yīng)力螺紋內(nèi)徑斷面的切應(yīng)力對(duì)塑性變形的安全系數(shù)螺栓循環(huán)應(yīng)變幅值螺栓疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)老師提供部分圖紙及部分?jǐn)?shù)據(jù)，選擇的三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)，根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》等資料確定，其內(nèi)滾圈螺栓分布圓直徑=2625mm ，螺栓數(shù)目n=96，螺栓直徑d=42mm,螺栓孔直徑=45mm，被連接零件總高度h=317mm ，軸向力Fa=4720KN ，傾翻力矩M= m 螺栓材料選用40Cr，調(diào)質(zhì)到屈服極限=900（Mpa）。計(jì)算結(jié)果如下：（1） 受載最大的螺栓上工作外負(fù)荷 =（2） 螺栓安裝時(shí)的預(yù)緊力Py=（3） 螺栓上的預(yù)緊應(yīng)力= （4） 預(yù)緊扭矩（5）作用在螺栓上的最大計(jì)算負(fù)荷為：（5） 螺紋內(nèi)徑斷面的拉應(yīng)力=（6） 預(yù)緊時(shí)螺紋上的摩擦力矩（7） 螺紋內(nèi)徑斷面的切應(yīng)力（8） 螺紋內(nèi)徑斷面的最大合成應(yīng)力（9） 塑性變形的安全系數(shù)（可用）（10） 螺栓循環(huán)應(yīng)變幅值（11） 螺栓疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》查得，根據(jù)材料40Cr，查表得螺栓屈服極限為900Mpa。結(jié)論：所選的螺栓安裝時(shí)滿足工作條件下的強(qiáng)度要求。小結(jié)：通過以上選型計(jì)算和承載能力計(jì)算可以得出：（1） 三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承適宜受力情況較復(fù)雜的場合，能夠同時(shí)承受較大的軸向力和傾覆力矩。（2） 選擇的三排滾柱式回轉(zhuǎn)支承能夠滿足本設(shè)計(jì)題目所要求的鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)的承載要求：軸向力4720KN、m.（3） 所選的回轉(zhuǎn)支承采用螺栓滿足工作時(shí)的強(qiáng)度要求。第三章 鋼包回轉(zhuǎn)臺(tái)聯(lián)接螺栓受力分析的方法 有限元方法的發(fā)展 有限元是近似求解一般連續(xù)域問題的數(shù)值方法。它首先應(yīng)用于結(jié)構(gòu)的應(yīng)力分析，然后又在熱傳導(dǎo)、電磁場、流體力學(xué)等領(lǐng)域中得到廣泛的應(yīng)用。離散化的思想可以追溯到20世紀(jì)40年代．1941年A．Hrennikoff首次提出用構(gòu)架方法求解彈性力學(xué)問題，當(dāng)時(shí)稱為離散元素法，僅限于用桿系結(jié)構(gòu)來構(gòu)造離散模型．如果原結(jié)構(gòu)是桿系，這種方法是精確方法，發(fā)展到現(xiàn)在就是大家熟知的結(jié)構(gòu)分析的矩陣方法．究其實(shí)質(zhì)這還不能說就是有限單元法的思想．1943年Rcourant在求解扭轉(zhuǎn)問題時(shí)為了表征翹曲函數(shù)而將截面分成若干三角形區(qū)域，在各三角形區(qū)域設(shè)定一個(gè)線性的翹曲函數(shù)．這是對(duì)里茲法的推廣，實(shí)質(zhì)上就是有限單元法的基本思想，這一思想真正用于工程中是在電子計(jì)算機(jī)出現(xiàn)后。20世紀(jì)50年代因航空工業(yè)的需要，美國波音公司的專家首次采用三結(jié)點(diǎn)三角形單元，將矩陣位移法用到平面問題上．同時(shí)。聯(lián)邦德國斯圖加特大學(xué)的J．H．Argyris教授發(fā)表了一組能量原理與矩陣分析的論文，為這一方法的理論基礎(chǔ)作出了杰出貢獻(xiàn)．1960年美國的R．W．C10ugh教授在一篇題為“平面應(yīng)力分析的有限單元法”的論文中首先使用有限單元法(the Finite E1ement Method)一詞，此后這一名稱得到廣泛承認(rèn)．20世紀(jì)60年代有限單元法發(fā)展迅速，除力學(xué)界外，許多數(shù)學(xué)家也參與了這一工作，奠定了有限單元法的理論基礎(chǔ)，搞清了布限單元法與變分法之間的關(guān)系，發(fā)展了各種各樣的單元模式，擴(kuò)大了有限單元法的應(yīng)用范圍。20世紀(jì)70年代以來，有限單元法進(jìn)一步得到蓬勃發(fā)展，其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到所有工程領(lǐng)域，成為連續(xù)介質(zhì)問題數(shù)值解法中最活躍的分支。由變分法有限元擴(kuò)展到加權(quán)殘數(shù)法與能量平衡法有限元，由彈性力學(xué)平面問題擴(kuò)展到空間問題、板殼問題，由靜力平衡問題擴(kuò)展到穩(wěn)定性問題、動(dòng)力問題和波動(dòng)問題，由線性問題擴(kuò)展到非線性問題，分析的對(duì)象從彈性材料擴(kuò)展到塑性、粘彈性，粘塑性和復(fù)合材料等，由結(jié)構(gòu)分析擴(kuò)展到結(jié)構(gòu)優(yōu)化乃至設(shè)計(jì)自動(dòng)化，從固體力學(xué)擴(kuò)展到流體力學(xué)、傳熱學(xué)、電磁學(xué)等領(lǐng)域。它使復(fù)雜的工程分析問題迎刃而解。有限單元法的基本思想是將物體（即連續(xù)的求解域）離散成有限個(gè)且按一定方式相互聯(lián)結(jié)在一起的單元組合，來模擬或逼近原來的物體，從而將一個(gè)連續(xù)的無限自由度問題簡化為離散的有限自由度問題求解的一種數(shù)值分析法。物體被離散后，通過對(duì)其中各個(gè)單元進(jìn)行單元分析，最終得到對(duì)整個(gè)物體的分析。網(wǎng)格劃分中每一個(gè)小的塊體稱為單元。確定單元形狀、單元之間相互聯(lián)結(jié)的點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。單元上節(jié)點(diǎn)處的結(jié)構(gòu)內(nèi)力為節(jié)點(diǎn)力，外力（有集中力，分布力等）為節(jié)點(diǎn)載荷。有限元方法是與工程應(yīng)用密切結(jié)合的，是直接為產(chǎn)品設(shè)計(jì)服務(wù)的。因而隨著有限元的理論發(fā)展與完善，各種大大小小、專用的、通用的有限元結(jié)構(gòu)分析程序也大量涌現(xiàn)出來。專用的分析軟件主要是針對(duì)特定類型的工程或產(chǎn)品用于產(chǎn)品性能分析、預(yù)測(cè)和優(yōu)化的軟件。它以在某個(gè)領(lǐng)域中的應(yīng)用深入而見長，如美國ETA公司的汽車專用CAE軟件LS/DYNA3D及ETA/FEMB等。數(shù)值模擬技術(shù)通過計(jì)算機(jī)程序在工程中得到廣泛的應(yīng)用．到20世紀(jì)80年代初期，國際上較大型的面向工程的有限元通用程序達(dá)到幾百種，其中著名的有：ANSYS，NASTRAN，ABAQUS，ASKA，ADINA，SAP與COSMOS等．它們多采用FORTRAN語言編寫，規(guī)模達(dá)幾萬條甚至幾十萬條語句，其功能越來越完善，不僅包含多種條件下的有限元分析程序，而且?guī)в泄δ軓?qiáng)大的前處理和后處理程序．由于有限元通用程序使用方便、計(jì)算精度高，其計(jì)算結(jié)果已成為各類工業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)和性能分析的可靠依據(jù)．大型通用有限元分析軟件不斷吸取計(jì)算方法和計(jì)算機(jī)技術(shù)的最新進(jìn)展，將有限元分析、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和優(yōu)化技術(shù)相結(jié)合，己成為解決現(xiàn)代工程學(xué)問題必不可少的有力工具。 有限元法分析的一般步驟 結(jié)構(gòu)離散化結(jié)果離散化就是將結(jié)構(gòu)分成有限個(gè)小的單元體，單元與單元、單元與邊界之間通過節(jié)點(diǎn)聯(lián)結(jié)。結(jié)構(gòu)的離散化是有限元分析的第一步，關(guān)系到計(jì)算精度與計(jì)算效率，是有限元法的基礎(chǔ)步驟，包含以下三個(gè)方面的內(nèi)容：（1）單元類型選擇。離散化首先要選定單元類型，這包括單元形狀、單元節(jié)點(diǎn)數(shù)與節(jié)點(diǎn)自由度等數(shù)等三個(gè)方面的內(nèi)容。（2）單元?jiǎng)澐?。劃分單元時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：①網(wǎng)格劃分越細(xì)，節(jié)點(diǎn)越多，計(jì)算結(jié)果越精確。網(wǎng)格