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西安工业大学北方信息工程学院毕业设计（论文）
长周期工作[7]。
1.4 课题的研究内容
起重机起升幅度60m,额定起升力矩92.6kNm，臂端起重量1.2t,最大起重量8t,前臂长15.3m,平衡重11.6t,塔顶高7.5m.要求根据结构计算风载荷，惯性载荷，最后转化为回转载荷，设计回转机构，拟定回转机构的传动方案，经过比较得到合理的传动方案，得到合理的传动方案，绘制装配图及传动零件。
1.5 方案设计和比较
塔机对回转传动装置的要求, 按其重要程度顺序归纳为下列几条:
(1) 回转平稳,起动制动惯性力小。这对建筑施工要求塔机作业范围越来越大(即起重臂需越来越长),更显得重要。
(2) 在重载、轻载(或空载)回转时可实现不同的速度,即有调速功能, 以提高施工工效。
(3) 使用可靠,寿命长。如果故障频繁,对施工工期影响太严重。 (4) 工作时可停止定位, 非工作状态可自由转动。
(5) 回转传动装置本身尺寸小重量轻,以便于上支座结构布置及减轻塔身结构和顶升机构的计算负荷,减少压重。这对轨道式作业的塔机尤为突出。
(6) 传动效率高,以节约电能。 传动方案：
第一种型式——单速电机+蜗轮传动减速器+输出小齿轮+销柱式大齿圈+立柱式支承。
这种结构系统大量用于简易型160kN ·m、200kN ·m 塔机, 生产工艺简单, 主机厂能够自制, 价格便宜。但就性能要求而言, 上述六条要求几乎都无法实现, 所以在非简易型的250kN·m 以上的塔机中不能采用。
第二种型式——单速电机+皮带传动+液力偶合器+电磁吸铁制动器+渐开线齿轮一级传动+摆线针轮减速器+输出小齿轮+单排交叉滚柱式回转支承。
这种结构系统是80 年代设计的800kN ·m 级塔机中应用的, 从这一长串的组合就看出结构复杂、传动效率低、不能调速、使用可靠性差、自重大,现场使用也故障频发。
再有针齿摆线平动齿轮减速器的特点：针齿摆线行星齿轮传动是一种新型的齿轮传动装置,现已申请国家发明专利该传动突破了齿轮传动的传统特征,改变了轮齿与轮体的刚性联接为转动联接,使齿轮的全部轮齿成为一组作偏心定轴转动的独立运动体,即偏心针齿。偏心针齿摆线行星齿轮传动正是这样一种具有开发潜力和良好应用前景的传动装置。偏心针齿摆线行星齿轮传动具有传动比大，结构紧
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凑,转臂轴承寿命长等优点,是一种具有发展前景的新型传动。[5]回转起动冲击大 尤其是反转制动，冲击更大。
第三种型式——单速电机+摆线针轮减速器+输出小齿轮+单排交叉滚柱式回转支承(或双排球式回转支承)。
这种结构系统在很多塔机中应用, 使用中反映出的问题有: ①起制动不平稳, 惯性冲击大；②没有定位功能, 使用中采用“打反车”来定位, 加剧了冲击和摆动; ③不能调速；④摆线针轮减速器的输出端原来不是为塔机悬臂结构设计的, 现在用于悬臂形式, 就出现输出端漏油严重、输出轴变形大、开式齿轮啮合不良, 甚至出现减速器下端轴承和壳体损坏的严重故障; ⑤选用的双排球式或单排交叉滚柱式回转支承都是承载能力低、自重大、寿命短、价格贵的结构。
第四种型式——双速电机+液力偶合器+电磁—弹簧制动器+行星传动减速器+ 输出小齿轮+单排球式回转支承。
星齿行星齿轮减速器特点：它是一种新型传动装置，具有重量轻、体积小、重量轻、传动比大点，而且这种传动采用标准的圆柱，齿形最简单，基本实现了受载零件全部做纯滚,并且各主要受力处多为凹凸接触，且有较高的接触强度。[3]而且现在服役的塔机大部分用的都是星齿行星齿轮减速器。
星齿行星减速器如图1.1所示：
图1.1 星齿行星齿轮减速器
1.电机 2.液力耦合器 3.制动器 4.行星减速器 5.输出小齿轮 6.回转支承 7.螺栓 8.螺栓
这是我们成系列配置设计的结构, 简图如图1.1所示：它具有回转平稳、高低两速、停止定位、径向尺寸小、传动效率高、自重轻等特点, 是目前市场上的主流产品，并且有的厂家已经提供成套的产品。
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(1) 行星减速器内的齿轮是淬火后磨削的高精度硬齿面齿轮, 输出小齿轮及回转大齿轮都经表面淬火, 所以传动功率大、传动效率高、噪声小、使用可靠、寿命长。
(2) 行星减速器输出端按塔机悬臂结构专门设计, 采用GB297—87 滚锥轴承、双层骨架式油封、大直径输出轴, 与输出小齿轮花键联接, 克服了前面所述的其它减速器输出端经常出现的多种缺陷,并可根据主机需要,简便地配换各种参数的输出小齿轮, 以满足不同规的塔机要求。
(3) 行星减速器有A 型(长颈)及B型(短颈)两种,可满足不同的上支座结构。传动比i可根据需要另行匹配。
(4) 自重轻。如80年代设计的800kN ·m级塔机, 采用前述第二类结构型式的回转传动装置, 交叉滚柱式回转支承自重864kg, 电机—减速器等双机构自重2×600= 1200kg,整套回转传动装置自重约2064kg。又如现在使用的1600kN ·m 级塔机,原设计采用第三类传动型式, 双排球式回转支承自重约3100kg,双传动机构自重约2×550=1100kg,整套装置自重约为4200kg。采用新的装置, 自重仅有1743kg或1805kg。可见成套回转传动装置在节省的材料和资金都十分可观。
(5) 双速电机与液力偶合器匹配, 具有调速和吸收冲击的功能, 回转平稳。 (6) 单排球式回转支承采用JJ 3611—91《单排球式回转支承》标准, 产品曾获建设部科技进步二等奖、国家科技进步三等奖、建设部部优和国优证书, 由马鞍山回转支承厂生产。行星传动装置获安徽省科技进步三等奖及安徽省优秀新产品奖, 由马鞍山传动机械厂生产。图中件⑦、⑧采用JG/T 5057—1995《建筑机械与设备 高强度紧固件》。上述二厂都是建设部纳入部“七五”及“八五”技术改造的定点企业, 技改后设备先进, 质量保证体系完善, 具有为建设机械提供优质配套的能力。
最后选择第四种传动方案。因为第四种传动方案具有塔机对回转机构装置的要求，具有回转平稳，起动制动惯性力小；使用可靠,寿命长；工作时可停止定位, 非工作状态可自由转动；最重要的是回转传动装置本身尺寸小，重量轻,便于上支座结构布置及减轻塔身结构和塔身的自重,减少了塔身的重量。
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2 回转支撑装置的受力计算
回转支撑装置的受力计算
2.1 滚动轴承式回转支撑的受力计算
作用在回转支撑上的载荷主要包括起重臂架、平衡臂架、平衡重、塔顶部分的自重、最大额定起升载荷、风载荷、惯性载荷以及回转齿轮啮合力的作用。这些力均可向回转中心简化成回转支撑的计算载荷垂直力V，水平力H和力矩M三部分。
作用在滚动轴承上回转支承上的载荷如图2.1所示：
图2.1 作用在滚动轴承式回转支承上的载荷
用下式计算：
V??FQ?Gb?G1?G3 H?F1?FLb?FW2?FL1?FL3
M??FQR?GbLb?FW2hW2?Fvbhvb?G1L1?G3L3?FL3hl3 V=1×8000×9.8+5764×9.8+11600×9.8+1550×9.8=263757.2 N H=473.26+605.58+3.5-77.87-731.97=272.5
M=1×78400×15+56487.2×27+3.5×1.5+605.58×1.8-15190×0.5
-77.87×3-13680×16-731.97×0.3=875321.49 N；
FQ---最大额定载荷，N； FQ=8000×9.8=78400 N
?----起升动载荷系数：取?=1；
F1----作用在重物上的离心力，N； F1=8000×0.06282×15=473.26N； FWQ----作用在重物上的风力，N；
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