机械毕业设计716高空作业车的转台结构设计及有限元分析设计(3)

高空作业车的转台结构设计及有限元分析

第二章 高空作业车的转台的结构分析

§2.1 高空作业车的转台总体结构设计

回转平台，俗称为转台，它是构成轮式全回转起重机的三大承载结构件之一。常见的转台形式有:框架式、单板加肋式、单墙大箱式、箱形立板式和箱形积木式等。转台结构为高空作业车组成的重要组成部分,属于金属结构部分在设计的过程中要综合考虑转台的结构大小、转台的选材、以及转台受到的力的大小。 2.1.1转台的组成

转台的结构主要有：底板、转台的回转支承、传动齿轮、以及转台组成。

一 底板：不论转台采用何种结构，都必须具有很大的整体刚度，以保证它所承受的载荷能有效的传递，起重机可以平稳地工作。而转台底板的平面刚度则对保证回转支承的转动灵活及转台整体刚度起着至关重要的作用。在高空作业小车中底板放在固定转塔上。在此不做详细的介绍一般均采用圆盘型结构。如下图：

图2-1 转台的底板

转盘的大小通常根据设计者对转台设计的尺寸来确定，根据不同型号的作业小车所需要的不同结构的转台来设计底板的大小[6][7]。

二 转台的回转支承：转台的回转支承属于回转机构。回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两部分组成。前者将起重机的回转部分支持在固定部分上，后者驱动回转部分

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相对于固定部分回转。[8]

回转支承装置简称回转支承，主要分为柱式和转盘式两大类，根据不同的使用要求各 种回转支承的特点以及制造厂的加工条件等合理地选定。回转支承保证作业车回转部分有确定的回转运动，并承受作业车回转部分作用于它的垂直力、水平力和倾覆力矩。 1 柱式回转支承装置

(1)定柱式回转支承装置

定柱式回转支承装置结构简单、制造方便，起重机回转部分的转动惯量小，自重和驱动功率较小，能使起重机的重心降低。

(2)转柱式回转支承装置

转柱式回转支承装置结构简单，制遣方便。适用于起升高度和工作幅度较大而起重机的高度尺寸没有严格限制的起重机(如塔式、门座起重机)。 2 转盘式回转支承装置

现代转盘式回转支承装置主要有滚子夹套式和滚动轴承式(过去中小吨位起重机上使用的滚轮式回转支承已由滚动轴承式取代)。

(1)滚子夹套式回转支承装置(图2一2)

图 2-2 滚子夹套式回转支承装置

1—转盘 ；2—转动轨道；3一中心轴枢； 4一固定轨道;5一拉杆;6—滚子7一反抓滚子

它由许多圆锥或圆柱形滚子装在上下两个环形轨道之间.固结在转台底面的轨道通常在受力大的前后方制成两段圆弧形。

圆锥滚子用于轨道直径较小的情况，可以避免附加的摩擦阻力与磨损。由于圆锥形滚

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子产生轴向力，因此滚子装在由许多拉杆构成的保持架上。

在轨道直径较大的情况下，可以采用圆柱形滚子。圆柱形滚子可制成单轮缘或双轮缘装在由槽钢制成的保持架上。这种保持架应该有足够的强度和刚度。滚子夹套式回转支承装置已逐渐被滚动轴承式回转支承装置所取代。

(2) 滚动轴承式回转支承装置(图2—3——2—6)

图2-3 单排四点接触球式回转支承

图2-4 双排式回转球轴承

图2-5 单排交叉镶柱式回转支承

图2-6 三排滚柱式回转支承

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图2-3它由两个座圈组成，结构紧凑、重量轻、高度尺寸小。内外座圈上的滚道是两个对称的圆弧面，钢球与圆弧面滚道四点接触，能同时承受轴向、径向力和覆复力矩。适用子中小型起重机。

图2-4它有二个座圈，采用开式装配，钢球和隔离块可直接排入上下滚道，上下两排钢球采用不同直径以适应受力状况的差异。滚道接触压力角较大(60度—90度)，因此能承受很大的轴向载荷和倾覆力矩。适用于中型塔式起重机.汽车起重机。

图2-5它由两个座圈组成，滚柱轴线1：1交叉排列，接触压力角为45度,由于滚柱与滚道间是线接触，所以承载能力高于单排钢球式。这种回转支承制造精度高。装配间隙小，安装精度要求较高，适用于中小型起重机。

图2-6它由三个座圈组成，上下及径向滚道各自分开。上下两排滚柱水平平行排列，承受轴向载荷和倾覆力矩，径向滚道垂直排列的滚珠承受径向载荷，是常用四种形式的回转支承中承载能力最大的一种，适用于回转支承直径较大的大吨位起重机。

在本设计中采用的转台辅助支承是单排四点接触球式回转支承，其与上部转台的底板的连接方式如下图：

上部转台回转支承

图2-7 转台与支撑的联结

采用此种支承的主要优点是：结构紧凑、重量轻、高度尺寸小且能同时承受轴向、径

向力和复合力矩适用于中小型起重机。

由上图可以看出转台的 底板与下部的回转支承之间采用的是螺栓连接。当液压马达输出的转矩带动传动轴做回转运动时，这时传动齿轮与传动轴之间也用了几个小螺钉连接，将动力传给了传动齿轮，传动齿轮带动回转支承上的齿轮，支承上的齿轮的外圈与上部转台底板用了6个螺栓联结将动力传给了转台，而齿轮的内圈上则用螺钉与底盘连接固定。

三 传动齿轮：在起重机机构中应用最多的是齿轮传动，蜗杆传动使用较少，链传动只在

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个别情况下使用。 齿轮传动分开式传动和闭式传动，电动起重机的所有机构都采用闭式齿轮传动(减速器)，开式齿轮传动只在特殊情况下使用(如回转机构的布置，要求末级传动为开式齿轮传动，设计机构时无合适的减速器可供选用)。使用开式齿轮传动时，齿轮圆周速度一般不超过1 .5 m/s。[8]

齿轮传动还有定轴传动(或普通齿轮传动，齿轮的几何轴线固定不动)和行星传动〔齿轮的几何轴线可动〕之分。

平行轴传动多采用圆柱直齿或斜齿轮:相交轴传动多采用锥齿轮或蜗杆传动;两轴不平行不相交时，可采用双曲面齿轮、蜗杆传动、交错轴斜齿轮和曲线锥齿轮传动等。

在齿轮传动中，如果从动齿轮直径很大(一般大于3 m),或者从动部分为大模数齿条(模数大于16mm)，齿轮圆周速度又在0. 6 m/s以下，为了简化制造，可使用针轮柱销传动。门座起重机的回转机构和变幅机构有时采用针轮柱销传动。

链条传动只用子传动距离较大、不便于采用齿轮传动的场合(如某些门式起重机的大车运行机构)。

在本次设计的过程中传动齿轮与固节在转台支承的齿轮是开式传动，采用的是外啮合由小齿轮的转动来带动外啮合齿轮转动，由于外啮合齿轮和转台之间是用螺栓联结从而来带动转台运动，最后带动杆臂工作。所以这里的传动齿轮起着重要的作用，通过传动齿轮才能把动力传给转台，来控制臂工作的时候所需要的条件。 四 转台结构[9][10] （方案1）

转台结构的主要作用是连接下部传动齿轮与杆件，也也是此次设计的重点。转台结构采用前后两个高强板，在前后高强板上再加上加强筋形成倒π型结构，底部采用圆盘形结构。如下图2-8

图2-8 转台的外部结构图1

由图可以看出转台上圆孔主要用于装下臂的销轴，下圆孔用来装升缩缸的销轴。上下盖板及两侧与高强板构成了箱形结构，在外侧加了两个加强筋以提高强度、刚度和稳定性。

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