摘 要

本文主要研究大型港口门座起重机中回转支承齿圈轮齿断齿的现象，通过实例来对回转支承的齿轮齿圈啮合部分进行受力及变形分析，利用三维建模软件以及有限元仿真软件，进行模型仿真和受力分析。由于港口门座起重机中回转支承的失效形式中最常见的就是齿圈断齿，带来的后果也是毁灭性的，因此研究断齿出现的原因和寻找解决的办法也是非常必要的。

论文主要研究了回转支承齿圈轮齿的受力情况，并针对具体案例来进行分析。

研究结果表明：回转支承的齿圈的接触应力并未超过许用应力值，但是他的啮合形态却超出标准值，分析计算发现加载后齿轮啮合的齿侧间隙变化较大，其一侧间隙大于标准值，而另一侧却小于标准值，最后会造成局部应力过大而减少使用寿命小，这是由于圆筒刚度不足导致的齿圈轴线偏移引起的，可以增加圆筒刚度来减小带来的影响。

关键词：回转支承；门座起重机；齿圈断齿；设备管理。

Abstract

This paper mainly studies the phenomenon of broken teeth of slewing ring gear wheel in large port gantry crane, analyzes the force and deformation of meshing part of slewing ring gear ring through an example, and carries out model simulation and force analysis by using three-dimensional modeling software and finite element simulation software.Because the most common failure form of the slewing support in the port gantry crane is the ring broken tooth, the consequence is also devastating, so it is very necessary to study the cause of the broken tooth and find solutions.

This paper mainly studies the force situation of the rotating supporting ring gear tooth and analyzes the specific case.

The research results show that the rotary bearing ring gear contact stress did not exceed allowable stress values, but his contact form beyond the standard, analysis found that the backlash of the gear meshing changes after loading is larger, the side clearance is greater than the standard value, and the other side is less than standard value, finally can lead to large local stress and reduce the service life of the small, this is due to the insufficient stiffness of gear ring the cylinder axis deviation, can increase the stiffness to reduce the impact of the cylinder.

Key words：bearing slewing,；portal crane；gear ring broken teeth； equipment management.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 课题研究的背景、目的和意义 1

1.2 国内外的研究现状分析 1

1.2.1 国内外回转支承产品技术发展情况对比分析 2

1.2.2 核心部件的技术水平欠缺 3

1.2.3 制造水平不能满足设计需求 3

第2章 回转支承介绍 4

2.1 门座起重机回转支承轴承运行原理 4

2.2 回转支承的分类 4

2.3 回转支承的选型 7

2.3.1 回转机构设计参数 7

2.3.2 回转支承选型计算 7

第3章 回转支承的受力分析及计算 9

3.1 计算总轴向力 10

3.2 计算总倾覆力矩 11

3.3 计算总径向力 11

3.4 小齿轮驱动力矩 12

第4章 回转支承的建模及仿真 13

4.1 三维模型的建立 13

4.1.1 圆筒 13

4.1.2 法兰 14

4.1.3 转台 14

4.1.4 小齿轮 15

4.1.5 回转支承 16

4.2 有限元软件仿真 17

4.3 结果与结论 19

第5章 设备管理对策 22

5.1 设备管理与生产相结合 22

5.2 设备维护保养与计划检修相结合 22

5.3 设备检测方法的改进 23

5.4 设备维修与技术改造相结合 23

5.5 小结 24

第6章 总结与展望 25

6.1 总结 25

6.2 展望 25

参考文献 27

致谢 28

绪论

门座起重机是港口装卸的典型设备，具有使用广泛、价格便宜和使用灵活等特点。大型门机回转支承齿圈断齿失效现象出现较多，对门机回转支承齿圈的受力情况进行分析和仿真，总结齿圈失效出现的原因，设计新的金属结构，找出解决的办法。同时根据设备管理的理论与方法，通过对金属结构失效机理分析，提出有创新性的见解。

课题研究的背景、目的和意义

港口是一个国家的要塞，港口与世界交流的窗口。特别是最近十几年来，港口的地位越来越高，由于改革开放，我们国家与世界其他国家的交流日趋频繁，港口的使用频率也越来越高。而起重机械作为港口中最为重要的设备之一，他的作用也是逐渐的显现出来了。

门座起重机是随着港口事业的发展而来的。与此同时，门座起重机还逐步推广应用到作业条件与港口相近的船台和水电站工地等处。港口中数量最多、作用最大的班与机械就是起重机械了，而门座起重机又是所有起重机械中使用最多的，在各大港口都是有着多门座起重机的。然而，最为港口最重要的生产设备，起重机的安全和耐久使用的问题也变得比较重要。门座起重机的最常见的故障主要表现有回转支承齿圈磨损出现较大间隙，致使反向回转时候回出现较大的回转冲击，这对于齿轮的啮合是非常不利的，在生产实践中应尽量减少此类情况的出现。

除了出现回转冲击之外，回转支承还有另一种失效形式，那就是齿圈轮齿折断。在查阅案例后发现，有接近九成的失效案例都是因为齿圈断齿损坏的。这种齿圈断齿一旦出现，将会导致整个起重机无法工作，直接导致港口的工作停滞，对经济效益的影响非常大，会带来巨大的损失。然而现阶段对于回转支承的齿圈断齿现象的专业研究还不是很多，对于齿圈断齿的修复的研究文献也是非常少。

国内外的研究现状分析

中国制造的大型港口起重机械现在已经走向全世界，在全球港口机械市场上早就占据了重要的地位。然而我国的回转支承产品发展起步较晚，也就是到70年代末80年代初才有一定的规模。起初，市场上用量最大的是单排四点接触球式回转支承，而且滚道直径在Φ500～Φ1500mm之间的占其中的绝大部分；如今，随着特种车和工业机器人等的发展，回转支承产品的需求量大大增加，并且对产品的质量和创新性也是逐渐有了更高的要求。

国内外回转支承产品技术发展情况对比分析

相较于其他发达国家而言，我们国家的回转支承生产企业的技术相对比较落后、工艺装备也是不如其他国家的先进，装备的覆盖范围面比较有限，管理技术还是停留在很早以前的认识基础上，导致制造出来的产品质量与国际上的先进水平还有较大的差，主要可以下面从几个方面进行分析对比：

1. 设计技术

国外的设计师都非常喜欢用CAD程序进行自动设计，这样只需要把工况、尺寸、速度等等一些使用时的具体数据，输入到计算自动设计机软件中去，程序就可以自动完成结构数据的设计，并同时计算产品的承载能力，所有步骤一气呵成，中间不再需要人为因素的参与。而国内的设计水平一直都是不如外国先进，因此我们的很多设备都需要从外国进口，很多零件不能自主制造，这也在一定程度上限制了我国的起重机的整体设计水平的提高。

1. 工艺技术

在国外，他们的厂家都已经使用了数控加工机床进行单间或批量加工，这种CNC机床的优点是制造工艺简单，而在零件的加工过程中，只需要较少的装夹次数就能完成整个加工过程，这就避免了由于多次装夹带来的误差，也大大缩短了零件的加工周期。利用数控机床加工出来的零件的精度也是比较高的，因此成对的零件利用数控机床加工后其配合精度就能达到要求，可以轻松保证装配时候的装配合套率，，这也为零件产品质量提供了保障。

1. 试验技术

在一些东西大型的港口机械的设计开中，初期的许多数据都是来源于长期的经验和历史案例中的，只有通过不断的摸索，不断地去试验，才能得到最终想要的合适的数据。所以，现在大家比较重视试验设备和试验方法。但是现阶段国内研究这方面的人还是比较少，应该逐渐完善这些研究，逐步建立自己的科研体系，不再需要依靠其他国家，最后能够独立自主的完成产品的设计和制造。

1. 质量控制

再现在这个阶段，我国的生产水平还是落后国际水平比较远的，外国的的生产车间里基本上都是全自动的检测机器，而不像我国还是人工检测产品质量。与人工检测相比，外国的机器自动检测不仅效率高，而且精度高，结果可靠度很高，人工检测不仅费时费力，检测结果还不是很准确，这些方面还需要发达国家学习。要尽快研究设计出自己的自主产权的检测设备。

核心部件的技术水平欠缺

我国在原动机、材料等核心部件的技术水平还是比较落后的，这就在一定程度上限制了起重机整机设计的发展水平。外国厂家掌握着核心技术，会严重制约我国起重机整机的技术研发。