输油臂回转接头的设计

　　输油臂是液体传输技术进步的标志,它比传统的橡胶管道传输方法节省能源,传输效率高,并大大减轻了工人的劳动强度,为实现港口、码头的液体机械化传输创造了条件。

　　在整个输油臂的设计与制造中回转接头是关键部件,它的设计与加工质量决定着输油臂工作的灵活性和密封性。在回转接头的设计中应力求结构简单,密封性能好,使输油臂趋于自动化操作,运转更灵活。由于输油臂上组装了6个回转接头,使其能够模拟人的肢体运动。输油臂的回转接头可分为立柱、横臂及爪部3向回转接头,每种回转接头的结构均可视为1个轴承总成。

　　1 输油臂结构

　　输油臂结构原理如图1所示。它主要由立柱、横梁和动臂组成,每部分均由金属管和回转接头构成。液体经管道由港口向外输送,也可由油轮直接输送到港口油库,当油轮抵港时,通过调整部件2和3与油轮的相对位置,连接油库与油轮,实现液体与气体输送。

　　2 回转接头的负荷

　　回转接头所承受的载荷除设备自重外,主要有介质压力、风载荷、坡度载荷以及工作中的离心惯性力和机架偏载引起的倾覆力矩等。通过对载荷状态的分析和归纳,各回转接头外力为径向力Fr、轴向力Fa及轴向平面中的力矩M的总和。输送液体时,输油臂与油轮的连接靠人工操作,故要求各支承运转灵活、阻力小。由于回转接头承受力矩载荷、径向载荷及轴向载荷,故选用双列角接触球轴承作为支承的基本结构,其承载力学模型见图2。

　　3 回转接头的内力分析

　　内力分析是研究回转接头在载荷作用下各接触区域的受力状态,它是确定回转接头承载能力和寿命问题的基础。图2所示的受力情况是输油臂立柱回转接头(双列角接触球轴承)同时承受径向载荷、轴向载荷和力矩载荷的典型工况。文献[1]在一定假设的基础上,将这一问题等价分解成2种受力情况的迭加,如图3所示。在问题的处理过程中,作者按静载工况进行处理,这虽然使问题得到了简化,但仍属于静不定问题,求解还是很复杂.

　　由于回转接头可看作是角接触球轴承,能够承受一定的力矩负荷,使内、外圈相对倾斜一定角度。若考虑力矩对轴变形的影响,则支承反力的数目比力的平衡方程数多,故属静不定问题。若假定轴的变形对轴承负荷没有影响,将轴看作简支梁,轴承仅承受垂直于轴线的径向载荷和轴向载荷,这样把静不定问题转化为静定问题处理,已能足够精确地确定轴承所承受的负荷。但是在高速机械、机床主轴等重要场合,必须将支承结构作为整体考虑以决定轴的挠度、轴的动负荷和轴承的受力情况,这时应将支承系统作为静不定系统求解。为使解法简化,可假设:接触区尺寸远比接触物体曲率半径小;忽略接触副的摩擦;载荷区以外的材料是自由的;所有的外力均可简化到统一轴线平面内。