滚动轴承式回转支承装置摩擦阻力矩计算的探讨

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Discussion of Friction Resistance Torque Calculationfor Roling Bearing Type Slewing BearingsRen YugangAbstract：According tO stress characteristics of various structural forms of rolling bearing type slewing bearing roll-ers，positive pressure calculation of slewing bearing roller which caused friction resistance torque has been analyzed，further applying method of the friction resistance torque calculating formula from Crane Design Manual to three-rOW cy·-lindrical roler slewing bearing has been put forward。

Key words：slewing bearing；friction resistance torque；positive pressure近年来，滚动轴承式回转支承由于其安装方便，使用维护简单 ，在小型安装用门座式起重机上应用较多。本文依据《起重机设计手册》给出的计算公式，就滚动轴承式回转支承装置摩擦阻力矩的计算进行简单分析，并提出了《起重机设计手册》所给出的摩擦阻力矩计算公式在三排滚柱式回转支承上的应用方法。

1 滚动轴承式回转支承分类目前，常用的滚动轴承式回转支承按其结构主要分为单排四点接触球式、单排交叉滚柱式、双排异径球式和三排滚柱式，其结构形式如图 1所示。

其中，单排四点接触球式、单排交叉滚柱式和双排异径球式回转支承的单个滚子可以同时承受垂直力和水平力，而三排滚柱式回转支承则由其中两排水平排列的滚柱承受垂直力，-排垂直排列的滚柱承受水平力。

2 摩擦阻力矩分析及计算2.1 摩擦阻力矩与载荷的关系根据力学公式，回转支承摩擦阻力矩 Tm1÷∞D∑Ⅳ。式中，∞为回转阻力系数，由回转支承二 滚子形式确定；D为回转支承的滚道平均直径，由回转支承外形尺寸确定；∑N为回转支承全部滚子承受的总压力。因此只要计算出全部滚子承受的总压力∑Ⅳ即可得出该回转支承的摩擦阻力矩。

由于回转支承同时承受垂直力 F。、倾覆力矩以及水平力 F 。因此单个滚子承受的载荷也相应分为垂直力 F 造成的载荷 P ；倾覆力矩 造成 的载荷P 以及水平力F 造成 的载荷P 。载嘲 嘲 嘲 嘲单排四点接触球式 单排交叉滚柱式 双排异径球式 三排滚柱式图 1 滚动轴承式回转支承结构形式Figure 1 Structural forms of rolling bearing type slewing bearings收稿 日期：2O12-11-013No.2June 2013《中国重型装备》CHINA HEAVY EQUIPMENT由垂直力 F 引起的载荷 P由倾覆力矩 引起的载荷 P由水平力 F 引起的载荷 P图2 滚子载荷分布示意图Figure 2 Profile of roler loading荷P P P 的分布如图2所示。

其中，回转支承承受的垂直力 F 对滚子造成的垂直载荷 P 总是沿-个方向平均分布；而回转支承承受的倾覆力矩 对滚子造成的垂直载荷P 前后对称，即大小相等，方向相反；回转支承承受的水平力 F 对滚子造成的水平载荷 P 则仅分布在回转支承的-侧。每列滚子同时受到 P P和 P 的作用，分别产生滚子与滚道间与之相对应的匿力 N Nm和 N T，跃以匮力 N Nm和 N1分是载荷 P P 和P 的函数，即 N 厂(P )，N P )，Nr，(P )。又由于P 的实际作用方向是随着吊重的摆动以及风向的变化而变化，且只由- 侧的滚子承受其造成的载荷，所以应单独计算。

因此，回转支承全部滚子承受的总摩擦阻力为：∞∑N ∑lN N I(1)∑lN l (∑If(P )，(P )l∑tf(P )I2.2 存在接触角的回转支承摩擦阻力矩计算由于回转支承的结构不同，其滚子承受的力也不同。其中单排四点接触球式、单排交叉滚柱式和双排异径球式回转支承每列上的单个滚子同时承受垂直力和水平力，即同时承受垂直力 F ，倾覆力矩 和水平力 造成的压力 Ⅳa、Ⅳ邢和Ⅳ 。以单排四点接触球式回转支承为例，由不同载荷造成的滚子受力如图3所示。

此时，由于滚子与滚道的实际接触点法线与水平线间存在-个接触角 ，回转支承每个滚子承受的压力N 厂(P ) ，J7， ，(Pm) ，pⅣ P ) 。

或 或 .商 ：图3 单排四点接触球式回转支承滚子受力示意图Figure 3 Stress diagram of slewing bearing rolerof single row four point contact bal因此，根据《起重机设计手册》，当整个回转支承中所有滚子承压方向-致时，∑Ⅳ÷ sln'y4FcosTl toD∑ⅣltoD( )当整个回转支承中所有滚子承压方向不-致时∑ⅣS(1. )2 KTsinm psln'y旦cosT 1T 盯 Sl ÷∞D∑Ⅳ D[ 2 KTsiny ]式中，arccos ；K为与滚子和滚 刚度有关的系数。

2.3 三排滚柱式回转支承摩擦阻力矩计算对于三排滚柱式回转支承，忽略水平滚子沿半径方向的摩擦力，垂直滚子沿垂直方向的摩擦力，则其垂直力由水平滚子承受，水平力由垂直滚子承受。即水平滚子同时承受垂直力 F ，倾覆力矩 造成的压力 Ⅳa、Ⅳ ，垂直滚子单独承受 F 造成的压力 Ⅳr。因此，由不同载荷造成的滚子受力见图4。

图4 三排滚柱式回转支承滚子受力示意图Figu re 4 Stress diagram of slewing beating rolerof three-rOW cylindrical roler 《中国重型装备》CHINA HEAVY EQUIPMENTNo.2June 2013此时，对于垂直力，压力角 90。；对于水平力，压力角 0。。不同的力所对应压力角值不同，不能以-个压力角值简单代入公式进行计算。

因此，N ，(Pa) I a P ，N ，(P )D p IIn P ，Ⅳr (P ) Pr。且水平滚子与垂直滚子的摩擦面直径不同。因此，笔者认为对于三排滚柱式回转支承，应将垂直力和水平力造成的摩擦阻力矩分项计算。即当整个回转支承中所有水平滚子承压方向-致时：垂直力总压力∑N F ，水平力总压力∑Ⅳ2- 去 (D ∑Ⅳ D：∑Ⅳ2) (D1Fa当整个回转支承中所有滚子承压方向不-致时：垂直力总压力∑Ⅳ。 (1- ) ，4水平力总压力∑Nz-(上接第 2页)而 151%的额定载荷已超出超载限制器的保护范围。从理论上说，该计算按照 FEM标准进行，偏保守，且计算应力在实际情况下不可能发生。

对于钢材来说，当实际应力超过许用应力时，板会产生局部失稳，但根据钢材特性及屈曲理论，产生局部失稳的板材不会马上发生明显的损伤或坍塌，而是造成钢板承载能力下降。在经过-段时间的频繁超载后，使板材屈曲累计损伤，最终导致板材承载能力急剧下降，造成结构出现严重损伤。

后经过实地查看，根据 CMS的故障显示检查，发现事故当天下午设备超载频繁。证实了对象鼻梁变形事故原因的分析是正确的。

4 改进措施针对门座起重机象鼻梁结构发生变形的现∑ⅣFo(1 )2K Tsin1T 1T 叮T ÷∞(D1∑.7v1D2∑Ⅳ2) D1 - )D 为回转支承的水平滚子滚道平均直径，D为回转支承的水平滚子滚道平均直径。

3 总结综上所述，在计算滚动轴承式回转支承摩擦阻力矩时，除根据其所有滚子受力的方向性是否- 致来采用不同的计算公式外，对于不同结构形式的回转支承，也应根据其结构特点，灵活运用《起重机设计手册》提供的计算公式进行计算。