文档介绍：*
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港口起重机回转支承轮齿与法兰分析
武汉理工大学物流工程学院
港口物流技术与装备教育部工程研究中心
胡吉全
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一
三
回转支承疲劳强度计算
回转支
在齿根应力较大的区域沿着齿宽方向选择一条线作为路径，提取线上的节点应力，节点应力分布如图1-5所示。
轮齿有限元分析
图1-5 齿根节点应力分布
沿着齿宽方向，应力基本是对称分布，靠近两端的弯曲应力较大，中心处弯曲应力较小。
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实际中由于回转机构安装误差或者转台变形，导致轮齿受到偏载荷的作用，在以上基础上施加偏载荷均布作用于齿宽的三分之一，有限元分析结果如图1-6所示，齿根最大弯曲应力。
轮齿有限元分析
图1-6 齿根弯曲应力云图
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在齿根应力较大的区域沿着齿宽方向选择一条线作为路径，提取线上的节点应力，节点应力分布如图1-7所示。
轮齿有限元分析
图1-7 齿根节点应力分布
施加偏载荷后，一端的齿根应力明显增大很多，当外界的偏载荷使齿根应力超过许用值时，轮齿齿根会出现裂纹，进而加速轮齿断裂。
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回转支承本身的刚度较小，特别是横向刚度很差，主要依赖与其连接的法兰刚度，保证法兰有足够的刚度至关重要。法兰结构形式一直在不断改进，其结构形式主要有支座式、平法兰板式、圆筒插入式、加厚法兰板及圆筒插人式、增加过渡圆筒的加厚法兰板形式。
法兰结构形式
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本文分析的MQ4040门座起重机回转支承与圆筒门架连接的法兰内圈直径 3454mm，外圈直径 3834mm，法兰板上开72个螺栓孔，孔径 45mm，螺栓孔中心线直径 3742mm。回转支承与转台连接的法兰内圈直径 3268mm，外圈直径 3640mm，法兰板上开72个螺栓孔，孔径 45mm，螺栓孔中心线直径 3358mm。法兰板厚为120mm，与法兰连接的过渡圆筒厚度为30mm。
法兰结构形式
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圆筒门架采用SHELL93壳单元，回转支承主体和法兰结构采用SOLID95实体单元，螺栓采用LINK8杆单元。将滚动体与滚道看成一个整体，杆单元的位置在螺栓孔中心，杆单元与法兰板连接的节点耦合，添加初始应变模拟高强度螺栓预紧力，忽略角钢和筋板。法兰与回转支承的接触采用面—面接触，目标单元为Targe170，接触单元为Conta174，。
法兰有限元模型建立
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法兰板厚为120mm，过渡圆筒厚度为30mm的有限元模型和回转支承部分模型如图2-1、图2-2所示。
法兰有限元模型建立
图2-1 整体有限元模型
图2-2 1/4回转支承有限元模型
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计算载荷工况数据如下表。
法兰有限元计算结果
名称
载荷工况
A
B
C
D
垂直力V（N）
×106
×106
×106
×106
水平力H（N）
×105
×105
×105
0
倾覆力矩M（）
×107
×106
×106
×107
表2-1 回转支承计算载荷
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在上部圆筒端面建立一个刚性平面，将水平力、垂直力和倾覆力矩施加到刚性平面的中心节点，圆筒门架底部施加全约束。法兰板厚为120mm，过渡圆筒厚度为30mm，不同载荷工况下计算的回转支承上、下法兰板的位移云图如下。
法兰有限元计算结果
图2-3 上部法兰变形图(工况A)
图2-4 上部法兰变形图(工况B)
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过渡圆筒厚度为30mm，不同厚度的法兰板在不同载荷工况作用下计算得出的变形角度见下表。
法兰有限元计算结果
法兰
板厚
(mm)
载荷工况
A
B
C
D
上法兰
下法兰
上法兰
下法兰
上法兰
下法兰
上法兰
下法兰
80
90
100