滾動軸承轉盤式旋轉支承裝置的內、外座圈各有一圈螺栓分別與回轉部分或車架支承部分相連。回轉部分上的全部載荷通過螺栓傳至支承裝置座圈,經滾動體傳到另一座圈上,再經螺栓傳至車架。因此,連接螺栓的可靠性是回轉支承裝置正常工作的保證。 作用在旋轉機構上的水平力H由內外座圈與轉臺和底架的圓柱定位面承受,垂直力V和傾翻力矩wr是由連接螺栓承受。螺栓在安裝時有一定的預緊力,其作用是提高螺栓的疲勞強度,防止連接構件的結合面產生間隙在受載時造成沖擊。連接螺栓在脈動載荷下,不應松動,并保持回轉支承裝置與回轉平臺或車架的整體性。
1.載荷在連接螺栓上的分配規律
設在每一座圈上有n個連接螺栓,垂直力V對連接螺栓起壓和作用,壓應力均勻分布在螺栓上(見圖8-10)。傾翻力矩M使轉臺以O-O為軸線,一側螺栓受力為壓力,另一側的為拉力。計算螺栓受到的最大外力要考慮垂直力V和傾翻力矩M共同作用的效果。由于連接螺栓數量較多,可將載荷視為沿螺栓中心圈周方向的分布載荷,即單位長度載荷,螺栓受載與中心螺栓到軸線O-O距離成正比。
圖8-10 連接螺栓受力圖
(1)在傾翻力矩M作用下,單位長度載荷:
根據力的平衡原理,有:
作用在螺栓上M引起的最大載荷:
式中:PM--螺栓中心分布的圓周上單位長度上的載荷;
--相鄰螺栓在分布圓周上的中心角;
Z--螺栓的數量;
D--螺栓中心分布圓直徑;
t--螺栓間距。
(2)在垂直力V的作用下,V均勻分布在螺栓上的載荷:
(3)在垂直力V與傾翻力矩M共同作用下,螺栓受到的載荷:
(4)考慮螺栓受力變形后的載荷。隨著臂架的圓周運動,每一個連接螺栓都經過軸向受壓到受拉的交變力作用。螺栓與被連接構件受力與變形見圖8-11,在圖8-11b中,曲線Ⅰ為螺栓彈性,曲線Ⅱ為被連接構件彈性。
圖8-11螺栓載荷與變形分析
當工作載荷P=0時,螺栓所受載荷為預緊力P0(A點),變形伸長量為λ0,被連接件變形壓縮量δ0;
當工作載荷P≠0時,螺栓受拉力增加,實際受拉力為P1=P0+△P1(A點),變形量為λ0+λ1;被連接件變形量為δ0-λ1,殘余鎖緊力為P2=P0-△P2。此時螺栓受到的總拉力為外力與被連接件的殘余鎖緊力之和,即
所以
螺栓的最大拉力:
式中:X--與螺栓和被連接件剛度有關的載荷系數;
CI--被連接件剛度系數;
CⅡ--螺栓的剛度系數;
P0--螺栓預緊力。
螺栓連接是保證旋轉支承裝置安全工作的重要部分,螺栓的破壞將導致起重機旋轉部分傾覆的事故。螺栓連接計算,主要是根據螺栓所受的最大靜拉力進行抗拉強度計算,然后校核其疲勞強度。螺栓常見的破壞形式是螺桿產生裂紋,甚至被拉斷。就破壞性質來說,大部分是因材料的疲勞所致。