【導(dǎo)讀】具有眾多優(yōu)點(diǎn)和較高經(jīng)濟(jì)效益的混凝土泵車得到了普及和應(yīng)用，混凝土泵車已。成為當(dāng)今建筑施工企業(yè)必不可少的專用設(shè)備。本文首先介紹了混凝土泵車的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)減速器帶動(dòng)回轉(zhuǎn)支承進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)頭安裝在回轉(zhuǎn)支。攏及其混凝土澆注時(shí)定位均是由變幅油缸推（拉）動(dòng)變幅機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。1．回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)液壓部分的設(shè)計(jì),回轉(zhuǎn)支承裝置的選型與計(jì)算。2．回旋支承滿足上車布料桿的傾翻力矩的計(jì)算。3．回轉(zhuǎn)臺(tái)的強(qiáng)度校核及臂架油缸設(shè)計(jì)系統(tǒng)方案可行，能滿足泵車性能要求。本設(shè)計(jì)的主要特點(diǎn)是：機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單,節(jié)省投資，控制方便。對(duì)目前國(guó)內(nèi)的混凝土泵車的。優(yōu)化設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。

　　

【正文】 ???? ?? pGH 10/1 4713(N) 回轉(zhuǎn)支承裝置的受力分析 滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支承裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算，有不考慮軸向間隙及考慮軸向間隙兩種方法，它們分別取不同的許用應(yīng)力。初步計(jì)算時(shí)可采用不考慮軸向間隙的間隙算法，但需要取得恨精確的計(jì)算結(jié)果時(shí)，可用考慮軸向間隙的方法。在本設(shè)計(jì)中，先計(jì)算不考慮軸向間隙的算法。為了便于進(jìn)行回轉(zhuǎn)支承的受力分析，在分析前，要對(duì)支承裝置做些近似的假定：首先認(rèn)為 整個(gè)回轉(zhuǎn)支承由于座圈和回轉(zhuǎn)臺(tái)、底架固接在一起，因而剛性很大，接近絕對(duì)剛體，沒(méi)有相對(duì)的局部變形；其次認(rèn)為彈性變形只發(fā)生在滾動(dòng)體和滾道的接觸處；同時(shí)還認(rèn)為所以滾動(dòng)體直徑是完全相同的。 初步確定滾動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)型式、尺寸和滾動(dòng)體數(shù)量 本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 CAD 圖紙 401339828 根據(jù)載荷的大小、加工、使用和維修條件，定出滾動(dòng)支承的結(jié)構(gòu)型式和尺寸，可按下式確定一排滾動(dòng)體的數(shù)目 Z： ????? KdDZ ? 式中 D—— 滾動(dòng)體中心圓直徑 （ mm） ； d—— 滾動(dòng)體（滾珠）直徑 （ mm） ； K—— 用以考慮為放置隔離 圈而在滾動(dòng)體間留空隙的系數(shù)，一般可取~?K ,在結(jié)構(gòu)允許的條件下應(yīng)取小值。 計(jì)算滾動(dòng)體上所受的最大載荷 滾動(dòng)體上載荷的分布如圖 43 所示。 （ 1）垂直力 Gp在滾動(dòng)體上的分配 垂直力 Gp 是平均分配到各個(gè)滾動(dòng)體上的，所以，作用在一個(gè)滾動(dòng)體上的垂直反力為： NZGP pv 131 ??? （ 2）水平力 H 在滾動(dòng)體上的分配 由水平力 H產(chǎn)生的最大載荷： NiZKHP H ????? 式中 i—— 承受水平力的滾動(dòng)體排數(shù)； K—— 與滾動(dòng)體形狀與滾道有關(guān)的系數(shù)，滾珠軸承 K=。 （ 3） 力矩 M在滾動(dòng)體上的分配 力矩 M產(chǎn)生的滾動(dòng)體最大垂直反力為： 4 圖 43滾動(dòng)體上載荷分布示意圖 NZDKMP M ????? （ 4） 在垂直力 Gp、水平力 H和力矩 M的共同作用下，滾動(dòng)體 上所受的最大載荷 因?yàn)闈L動(dòng)體與滾道的接觸點(diǎn)法線不與軸承軸線平行或垂直，在泵車的回轉(zhuǎn)支承裝置中，此成一角度 045?? （如圖 44 示），則一排滾動(dòng)體將同時(shí)承受徑向和軸向兩個(gè)方向的載荷。這時(shí)，滾動(dòng)體所受的最大法向力為： NPPPN MHVM ax 50745s i n13 74945c os i n i nc oss i n ooo ??????? ??? 本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 CAD 圖紙 401339828 圖 44滾動(dòng)體與滾道接觸受力簡(jiǎn)圖 根據(jù)以上載荷計(jì)算和分析，初選 JB230084 系列 雙排滾球式回轉(zhuǎn)支承 (02系列 )，其參數(shù)如下： 鋼球直徑 d=25mm 螺栓孔個(gè)數(shù) n=48 內(nèi)螺栓中心圓直徑 Du=910mm 滾道中心圓直徑 D0 =980mm 鋼球個(gè)數(shù) n1=204 鋼球之間的隔離寬度 b=2mm 接觸角 ?=450 螺栓直徑 d1=22mm 齒數(shù) Z=95 回轉(zhuǎn)支承裝置的強(qiáng)度計(jì)算 回轉(zhuǎn)支承裝置的強(qiáng)度計(jì)算是校核滾動(dòng)體上受到最大正壓力 時(shí)的變形量。滾動(dòng)體和滾道的塑性變形量之和不得超過(guò) ~ ％的滾動(dòng)體直徑。在混凝土泵車回轉(zhuǎn)支承中，內(nèi)、外滾圈和滾動(dòng)體材料選用強(qiáng)度高、耐磨性好的鉻錳高碳鋼制造，常用牌號(hào)如 GCr1GCr15SiMn 等（ G 表示滾動(dòng)軸承鋼），其表面淬火后硬度為 HRC60～ 65，同時(shí)其淬硬厚度在 以上，其相應(yīng)的線接觸許用應(yīng)力為： )/(3 6 6 0 0~3 0 0 0 0][ 2cmkglj ?? 其點(diǎn)接觸的許用應(yīng)力為線接觸許用應(yīng)力的 2～ 倍左右，則： )/(9 1 5 0 0~6 0 0 0 0)700(][ 2cmkgH R Cpj ??? 因 為回轉(zhuǎn)支承的滾動(dòng)體為滾球，則其點(diǎn)接觸應(yīng)力可由下式求得： 3 2m ax )1(40 00 rN?? ? 式 () 式中 r/1 由文獻(xiàn)二表 83查得： 245c 45c 42c osdc os241 oo39。0 ?????????? ‘dDdr ?? ? 為點(diǎn)接觸計(jì)算系數(shù)，可由文獻(xiàn)二表 84 查的： ?? 則滾動(dòng)體的點(diǎn)接觸應(yīng)力為： 本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 CAD 圖紙 401339828 pjcm ][)/kg( 23 2 ?? ???? 計(jì)算額定靜載荷 Co：座圈材料采用 GCr15，滾道表面硬度 HRC65，查表得 球式回轉(zhuǎn)支承靜容量系數(shù) ,與滾道表面硬度 HRC及滾動(dòng)體直徑 d0有關(guān) ,應(yīng)力系數(shù) f0=，回轉(zhuǎn)支承能夠承受的最大靜承載能力（額定靜載荷）為： )( 5 8 1s i n4 i n o27200 KNndfC e ????????? ? 為與標(biāo)準(zhǔn)的回轉(zhuǎn)支承裝置（ o45?? ）的靜載荷 0C 相適應(yīng)，計(jì)算當(dāng)量載荷 eqC : HKD MKGC HMPeq ??? 0 式 () 式中 KM, KH:系數(shù)，其中 KM=5, KH=，帶入上式 : ）KNHKD MKGC HMPeq ( ????????? 選擇系列化的標(biāo)準(zhǔn)回轉(zhuǎn)支承裝置，要使安全系數(shù)（表 41）： ??? eqS CCT 表 41 不同工作類型的安全系數(shù) 工作類型 機(jī)器舉例 【 Ts】 輕 工 作 中 工 作 較重工作 重 工 作 很重工作 堆取料機(jī)、工程起重機(jī) 塔式起重機(jī)、船用起重機(jī) 抓取起重機(jī)、混凝土泵車 單斗挖掘機(jī)、冶金用起重機(jī) 斗輪挖 掘機(jī)、隧道拋進(jìn)機(jī) ~ ~ ~ ~ ~ 而在混凝土泵車中， ~ ST ， f 實(shí)際值大于最大安全系數(shù)，所以選取此型號(hào)回轉(zhuǎn)支承滿足要求。 回轉(zhuǎn)支承聯(lián)接螺栓選型及強(qiáng)度校核 (參照袖珍機(jī)械設(shè)計(jì)師手冊(cè)，毛謙德編 ) 泵車回轉(zhuǎn)支承裝置的內(nèi)、外滾圈各有一圈螺栓各自與回轉(zhuǎn)部分或車架支承部分相連?；剞D(zhuǎn)部分上的全部載荷通過(guò)螺栓傳至支承裝置滾圈，經(jīng)滾動(dòng)體傳到另一滾圈上，再經(jīng)過(guò)螺栓傳至車架。因此，連接螺栓的可靠性是回轉(zhuǎn)支承裝置正常 工作的保證。 根據(jù)以上回轉(zhuǎn)支承的選型可初步選擇與之相配的螺栓及其配件。初選螺栓： GB/T57821986 螺栓 M22? 2? 160： 性能等級(jí)： 級(jí)，表面氧化， A 級(jí)的六角頭螺栓 1). 螺紋連接的擰緊力矩計(jì)算 回轉(zhuǎn)支承裝置的螺紋連接在裝配時(shí)必須預(yù)緊，目的在于增強(qiáng)連接的剛性、緊密性和防松能力。擰緊螺母時(shí)，擰緊力矩 T 要克服螺紋副的摩擦力矩 T1 和螺母與被連接件 (墊圈 )支撐面的端面摩擦力矩 T2。即： 本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 CAD 圖紙 401339828 dKFTTT 021 ??? 式 () 式中 d—— 螺紋公稱直徑（ mm）； 0F —— 預(yù)緊力（ N）； K—— 擰緊力矩系數(shù)，查表 72，取 k= 預(yù)緊力 0F 的計(jì)算：螺紋連接擰緊后的預(yù)緊力 0F 一般不得超過(guò)材料屈服點(diǎn) S? 的 80﹪ ，一般可?。? AF S? ? 式 () 查表 79可知， S? =640Mpa； A—— 螺栓危險(xiǎn)剖面處的面積， 222 ???? ?A 。 則： KNAF S ????? ? 帶入上式擰緊力矩 T： 4 7 NdKFTTT ??????? 2). 螺栓組受力分析 轉(zhuǎn)矩 M作用在接合面內(nèi)，在 T 的作用下，被連接件不得有相對(duì)滑動(dòng)。 fzrMF /k n?載 式 () 式中 nk —— 可靠性系數(shù)，取 nk =； f—— 接合面摩擦系數(shù)，取 f=。 帶入數(shù)據(jù)可知： 載F =? 718656/? 96? = 螺栓連接的強(qiáng)度校核是要校核螺栓危險(xiǎn)截面的直徑 d，螺栓其他部分的結(jié)構(gòu)尺寸校核都是根據(jù)等強(qiáng)度條件制定的，設(shè)計(jì)時(shí)只需根據(jù)螺栓的直徑 d 查相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)即可。 校核最大應(yīng)力： MP aMPF 300][ 84 22m a x ??????? 許載 ?? 校核最大應(yīng)力副： MP aknMPdFK a TaCa ][ 122m a x ?? ?????????? ?????? 經(jīng)過(guò)校核，所選螺栓基本滿足強(qiáng)度要求，即在設(shè)計(jì)中可以選用。 根據(jù)以上分析計(jì)算，可選標(biāo)準(zhǔn)螺母及墊圈與螺栓相配合 : 螺母： GB/T61701986 M22? ： 性能等級(jí)： 10 級(jí)，不經(jīng)表面處理， A 級(jí)的 1 型六角螺母。 墊圈： GB/T931987 規(guī)格： 22mm，材料為 65mn，表面氧化。 回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng)分析 目前在混凝土泵車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，液壓馬達(dá)與立式圓柱齒輪減速器傳動(dòng)是比較常用的一種。這種傳動(dòng)形式的優(yōu)點(diǎn)是平面尺寸緊湊，傳動(dòng)效率高，是混凝土泵車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置中較為理想的傳動(dòng)方案。 本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 CAD 圖紙 401339828 回轉(zhuǎn)阻力矩計(jì)算 混凝土泵車回轉(zhuǎn)時(shí)要克服的總回轉(zhuǎn)阻力矩為 : 慣風(fēng)傾摩阻 MMMMM ???? 式 () 式中 摩M —— 回轉(zhuǎn)支承裝置中的摩擦阻力矩； 傾M —— 由道路坡度引起的旋轉(zhuǎn)阻力矩； 風(fēng)M —— 風(fēng)阻力矩； 慣M —— 由慣性力造成的回轉(zhuǎn)阻力矩。 摩擦阻力矩 摩M 的計(jì)算 NDM ?? 換麼 ?21 式 () 式中 換? —— 換算摩擦系數(shù)，可取 ?換=； N? —— 滾動(dòng)體法向反力之絕對(duì)值總和。 N? 值的計(jì)算： 因?yàn)楫?dāng)回轉(zhuǎn)支承受到力矩 M 的作用，下排有一部分滾動(dòng)體的法向反力向下，其 ?N 值按下式計(jì)算： ???? ???? c os4s i ns i n2)21(s i n 22 HDKMGN P ????? 式 () 式中 o2 rc c osa rc c os ????? KMDV?。 帶入數(shù)據(jù)可得： NN 47134s i n4 33s i i n oo oo ?????? ????????? ）（ 把此數(shù)據(jù)帶入上式可得摩擦阻力矩 摩M ： NNDM ??????? 換摩 ? 旋轉(zhuǎn)阻力矩 傾M 的計(jì)算 混凝土泵車在陸地上工作時(shí)由于道路坡度引起的旋轉(zhuǎn)阻力矩 : m3230s i ns i n1 i NlGM ini ?? ?? ??傾 式中 k—— 臂架、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等旋轉(zhuǎn)部分個(gè)構(gòu)件的重量 (kg)； il —— 相應(yīng)于上述重量的重心到回轉(zhuǎn)軸線的距離 (m)； ?—— 混凝土泵車的傾斜角（由地形坡度、土壤沉陷等引起）； ?—— 臂架旋轉(zhuǎn)的角度。 風(fēng)力造成的旋轉(zhuǎn)阻力矩 風(fēng)M 的計(jì) 算 臂架工作時(shí)，有時(shí)會(huì)受到側(cè)向風(fēng)作用產(chǎn)生風(fēng)載荷 Fw，可用下式計(jì)算： 本科機(jī)械畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 CAD 圖紙 401339828 qcAF ?w 式中 q—— 風(fēng)壓， Pa；根據(jù)文獻(xiàn) 1 表 42 可選， q=100Pa； c—— 體形系數(shù)，據(jù)文獻(xiàn) 1 表 42 可選， c=； A—— 臂架在垂直風(fēng)向平面上的投影面積， 2m ，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)可取迎風(fēng)面積的值為 10 2m 。 帶入數(shù)據(jù)可得： NF W 1 2 0 0 0 ???? 臂架與方向垂直時(shí)， 由風(fēng)力產(chǎn)生的回轉(zhuǎn)阻力矩達(dá)到最大值 : m1 1 2 8 a x NlFM W ????風(fēng) 式中 l—— 混凝土泵車臂架回轉(zhuǎn)部分迎風(fēng)面積形心到旋轉(zhuǎn)軸線的距離（ m）。 m78961 1 2 8 m a x NMM ???? 風(fēng)風(fēng)等效 慣性引起的回轉(zhuǎn)慣性力矩 慣M 的計(jì)算 慣性引起的回轉(zhuǎn)阻力矩有兩部分組成：臂架中混凝土的回轉(zhuǎn)慣性、臂架及其他布料臂等部分的慣性所引起的慣性阻力矩。 臂架中混凝土慣性所引起的回轉(zhuǎn)阻力矩 : m3680twg 21 NGRM ???慣 式中 w—— 平臺(tái)回轉(zhuǎn)角速度，每分鐘轉(zhuǎn)速為 n時(shí)，則 秒）；/1(30nw ?? t—— 啟動(dòng)時(shí)間，一般在 10~4 秒左右。 臂架及其他布料臂等部分的慣性所引起的回轉(zhuǎn)阻力矩 : 444321333212221111 )()()(21[gt1 VQLLLLVQLLLVQLLLVQM I ????????