孔德强
（徐州徐工随车起重机有限公司，江苏 徐州 221000）
摘要：针对现有回转机构存在的传动效率低、制造精度要求高、回转摆动量大、制造成本高、回转小齿轮易磨损的问题，设计整体式回转机构。实际使用证明，整体式回转机构可降低啮合间隙调试难度，减小回转摆动量，提高传动效率，降低产品成本。
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关键词 ：整体式回转机构；啮合间隙；平面包络蜗杆；斜齿轮
0引言
随车起重机作为一种工程机械设备已广泛应用于交通运输、土木建筑、野外作业、石材业、码头等行业。随车起重机的回转运动由回转机构实现，回转机构是随车起重机的一个关键部件，它能实现重物的回转准确定位，使用频率较高，其性能优劣是衡量随车起重机作业性能的一个重要指标。
1传统回转机构存在的问题
目前，随车起重机的回转运动由回转机构实现，回转机构主要包括回转减速机和回转支承两大部分，其结构如图1所示，回转减速机安装在基座上，回转支承内圈与基座连接，外圈与转台连接，回转减速机与回转支承为渐开线齿轮连接。其运动路线为：液压马达驱动回转减速机，回转减速机通过齿轮传动带动回转支承转动，回转支承带动转台转动。
传统回转机构存在的主要问题如下：
（1） 传动效率低。蜗轮蜗杆式回转减速机为蜗轮蜗杆传动，其蜗杆为阿基米德蜗杆，传动效率极低（0.5左右），回转支承采用的是直齿轮，传动总效率较低。
（2） 制造精度要求高。由于回转支承、减速机两者为互相独立部件，分别安装在基座和转台上，制造时对基座和转台安装孔和配合止口的加工精度要求高，装配时必须现场调试减速机输出端小齿轮与回转支承啮合间隙，装配精度要求高，调试难度大。
（3） 回转摆动量大。由于机构为两级传动，传动路线较长，其中一级为蜗轮蜗杆传动，一级为齿轮传动，两者均存在啮合间隙，再加上加工、装配误差，易出现啮合侧隙较大情况，造成吊机启动和停止时回转摆动量大，影响施工安全。
（4） 制造成本高。一方面加工精度要求高，一方面传动零部件较多，均造成产品成本高。
（5） 回转小齿轮和回转支承易磨损。由于回转小齿轮和回转支承全部暴露在空气中，啮合齿面间易落入磨粒性物质（如砂粒、铁屑等），造成齿面被逐渐磨损而致报废。
2整体式回转机构
整体式回转机构属于平面二次包络环面蜗杆减速器，采用“首钢（SG）-71型蜗杆副”传动，该传动与普通圆柱蜗杆传动相比较，具有接触齿数多、蜗杆齿面可淬硬精确磨削、齿面硬度高、齿面光洁、精度高、啮合中容易形成压动油膜、减少齿面磨损等特点。该回转机构是一种新型回转类产品，它是将回转支承与回转减速机做成一个整体，整体分别与转台、基座固定，整车装配时回转支承与小齿轮啮合侧隙无需重新调整，因此，对随车起重机的结构件加工要求较为简单。整体式回转机构采用蜗杆斜齿轮减速，传动效率高、输出扭矩大、啮合间隙小，可避免转台停车时晃动。同时由于核心部件采用回转支承，因此具备可以同时承受轴向力、径向力、倾翻力矩的能力。平面包络蜗杆传动特点如下：可淬硬磨削，因此加工精度、效率较高，承载能力较大。同时啮合齿数是阿基米德圆柱蜗杆的三倍左右，承载能力提高两倍左右。
2.1工作原理
整体式回转机构工作原理为：液压马达带动平面包络蜗杆运动，蜗杆通过斜齿轮带动回转支承运动，其中回转支承内圈与基座相连接，外圈与转台连接，回转支承运动实现整车回转运动。同时，由于导程角小于当量摩擦角，整体式回转机构具备机械自锁性能，制动可靠性高，起重作业安全性能高。
2.2结构形式
如图2所示，该回转机构由斜齿轮式回转支承内圈4、斜齿轮式回转支承外圈2、钢球3、平面包络蜗杆13、壳体1、马达连接盘11、后端盖6、液压马达5、轴承7、螺钉9、螺钉10、圆柱销8及油杯12组成。斜齿轮式回转支承内圈4与下车相连，外圈2与上车相连，内外圈之间有若干钢球3，内圈4通过螺钉9和圆柱销8连接在壳体1上，蜗杆13前后由轴承7支承在壳体1内，轴承7靠马达连接盘11和后端盖6压紧，马达5通过螺钉10安装在马达连接盘11上，壳体1上布置有油杯12，该装置通过油杯12注入润滑脂润滑。
2.3适用场合
目前，国内整体式回转机构主要应用在太阳能领域，还没有步入工程机械领域。国外整体式回转机构已经得到广泛应用，如德国IMO公司，产品规格有轻、中、重系列，另外有单驱动和双驱动之分。产品已广泛应用到高空作业车、道路清障车、随车起重机等领域。整体式回转机构的结构特点决定了适用范围，主要适用于低转速、倾覆力矩中等的场合。而随车起重机回转速度较低，一般在3 r/min以下，倾覆力矩中等，具备整体式回转机构使用条件。
3整体式回转机构在随车起重机上的应用
整体式回转机构采用蜗杆斜齿轮传动，蜗杆斜齿轮传动加工具有以下优点：蜗轮轮齿加工所用刀具基本参数与相应的蜗杆一致，并且在最终精切成型时，刀具与蜗轮的相应位置也应与相应蜗杆啮合时的相对位置一致。单件小批生产蜗轮时，若缺少蜗轮滚刀，可用飞刀加工蜗轮轮齿，但蜗轮滚刀加工成本高，而采用飞刀加工蜗轮时效率较低。由于蜗轮齿廓形状复杂，齿面无法磨削，因此加工精度较低，齿面硬度小。渐开线圆柱斜齿轮加工相对比较快捷、方便，加工效率高，且可对齿面进行磨削加工，齿面精度和硬度也较高。所以采用渐开线圆柱斜齿轮代替蜗轮，发挥圆柱斜齿轮加工优势，可以大大提高生产效率、降低生产成本，在工程中相当有应用前景。
目前，整体式回转机构在国内工程机械领域很少应用。2012年11月份，我公司开始小批量试用该产品，经现场调试发现回转运动过程中存在异响问题，初步判断为蜗杆与回转支承啮合产生的干摩擦声，后经过拆检，发现回转支承磨损严重。前期，推断为蜗杆属于高速运动，蜗杆与斜齿轮之间润滑采用润滑脂，而润滑脂适合低速场合，油膜不易建立起来，且散热条件不好，导致啮合过程中出现干摩擦产生的回转异响。该传动类型为蜗杆与斜齿轮传动，属于非常规机械传动，同时由于机械结构限制，不易实现液体润滑，只能采用润滑脂润滑。期间，经过多次更改工艺路线和多次试制产品，均未能解决回转异响问题。后来请教国内平面包络蜗杆专业研究机构的专家，并从润滑油膜角度出发，多次更改润滑脂牌号，包括采用美孚油，回转异响的频率有所降低，但未能彻底解决异响问题。最后，基于金属材料和热处理角度考虑，改变了材料和热处理方式：蜗杆选用42CrMo，氮化处理，表面硬度60～65HRC，深度0.4～0.5 mm；斜齿轮选用50Mn调质处理。改变后，经过一段时间整机的各种工况试验，均未发现回转异响问题。目前，公司中小吨位随车起重机已普遍采用整体式回转机构，在产品性能提高的同时，生产成本也得到了很大降低。同时，该机构成功应用到高空作业车和道路清障车领域。
4结语
整体式回转机构跟传统的回转机构相比，具有传动效率高、制造精度要求低、回转摆动量小、安装方便、制造成本低、结构紧凑等优点。整体式回转机构已批量应用于随车起重机，并成功拓展到高空作业车和道路清障车领域。随着整体式回转机构研发水平和制造能力的提高，它必将部分取代传统型回转机构，这也将是中小工程机械的一个发展方向。
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参考文献］
［1］成大先.机械设计手册（第3卷）［M］.4版.北京：化学工业出版社，2002.
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［3］刘舸，苏代忠，彭文捷.渐开线圆柱蜗杆斜齿轮传动试验分析［J］.重庆工学院学报，2006，20（8）：34-37.
收稿日期：2015-09-01
作者简介：孔德强（1979—），男，河南永城人，工程师，研究方向：工程机械。