郭少博 张运生
甘肃省特种设备检验检测研究院，甘肃省兰州市，730050
摘要：随着经济发展和人民生活水平的提高，休闲娱乐成为民众的主要消费领域，为游乐设施的发展提供了强大的动力，同时游乐设施大多为高速运转且运动形式复杂多样，运行过程中与游客的生命安全息息相关。游乐设施的运动形式主要有旋转运动、直线运动以及旋转和直线运动的复合运动。其中旋转运动是游乐设备的主要运动形式，如转马、自控飞机和高空飞翔等，实现旋转运动的主要部件为回转支承。中国的第一套回转支承诞生于1964年，回转支承被称为“机器的关节”，起到承上启下的作用。由于球式回转支承精度高、而自身轻度偏低，对安装技术要求较高，广泛应用于游乐设施产品中，作为回转机构的主要零件，其安装的可靠性，关系着游乐设施的可靠性与安全性。
关键词：大型游乐设施；回转支承载荷分析；选型
引言
回转支承通常尺寸很大，类似于轴承，因此常被称作“大轴承”。中国的第一套回转支承诞生于1964年，近40年来才逐步得到广泛应用。回转支承被称为“机器的关节”，是两部件之间做相对旋转运动的重要传动部件，需承受相对运动过程中的轴向力、径向力及倾翻力矩。回转机构作为游乐设施主要机构之一，也是工作最为频繁的机构，而回转支承作为回转机构的主要零件，其选型计算显得尤为关键，直接影响到回转机构的可靠性。其中滚动轴承式回转支承广泛应用于各种游乐设施中，是关键的承载零部件，其承载能力的计算决定着回转支承的校核与选型。
回转支承结构形式
1.1机构形式
回转支承主要由外圈（有齿或无齿）、密封带、滚动体（滚球或滚柱）、隔离块和内圈（有齿或无齿）等组成。根据外部结构，回转支承分为无齿式、外齿式和内齿式三种。根据内部结构，可分四个系列：四点接触球回转支承、双排角接触球回转支承、交叉圆柱（圆锥）滚子回转支承和三排圆柱滚子组合回转支承。其中单排四点接触球式回转支承由两个套圈组成，结构紧凑，重量轻，钢球与滚道四点接触，能同时承受轴向力，径向力和倾覆力矩，广泛应用于各种游乐设备。
1.2安装形式
在游乐设备领域，回转支承的安装方式有以下两种形式：水平安装和立式安装。飞行塔类和自控飞机类游乐设施运行特点是，绕中心轴旋转。飞行塔类游乐设施有高空飞翔、摇头飞椅等，自控飞机类游乐设施有自控飞机、大章鱼等。这类设备中回转支承的安装形式为水平安装。观览车类游乐设施运行特点是，绕水平轴旋转或摆动。观览车类游乐设施有狂呼、大摆锤等，这类设备中回转支承的安装形式为立式安装。
2回转支承选型计算
回转支承的主要作用是：支承设备和乘客重量，承受满载和偏载运行过程中的垂直作用力和倾翻力矩，并在回转驱动装置的作用下绕回转中心轴转动或摆动。回转支承在运行过程中一般要承受轴向力Fa、径向力Fr和倾覆力矩m的共同作用，在不同的应用场合中，由于设备的结构形式及工作方式不同，上述三种载荷的作用组合情况也会有所变化，有时是其中两种载荷的共同作用，有时仅仅是其中一个载荷的单独作用。回转支承载荷示意图如图1所示。
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在回转支承的尺寸系列中，每一种回转支承都对应一个承载曲线图。承载曲线图中共有三类曲线：第一类为静态承载曲线，它表示回转支承在静止状态时所能承受的最大负荷，可根据静态承载曲线图初步选型；第二类为动态承载曲线，它表示回转支承在连续工作（30000个工作循环）所能承受的最大负荷，用于校核回转支承寿命；第三类为回转支承螺栓极限负荷曲线（螺栓等级8．8、10．9、12．9），主要用于安装螺栓的强度校核。在游乐设施行业，回转支承通常在低速、大负荷下运转，其寿命主要是由静态载荷决定，按静态工况下所承受的作用力对回转支承选型并对安装螺栓强度进行校核；按动态工况下所承受的作用力来校核回转支承的寿命。根据计算得到的当量载荷Fa′、m′的值对应回转支承承载能力曲线图中的横坐标和纵坐标进行描点，当该点位于该型号回转支承承载能力曲线以下时，说明该型号回转支承满足设计要求。四点接触球回转支承的接触角要与外载荷在45°～60°间取得不同匹配，所以分别按接触角α为45°和60°两种情况计算。
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3实例分析
自控飞机是集旋转、升降运动形式于一体的游乐设施，一般由底座、支架、大臂和飞机座舱等组成。自控飞机以回转支承为界，上部是回转运动部件，下部是基础支撑部件；回转支承分别通过高强螺栓将两个相对回转部件固定，同时将回转支承上部的所有载荷（重力载荷、弯矩等）通过回转支承传递到下部基础支撑部件上。以某型号12臂自控飞机为例，上部回转部件的质量m0＝9t，座舱的回转半径r＝6．0m，每个大臂端部有2名乘客，满载24名乘客，每名乘客的质量m1＝0．075t，标准重力加速度ｇ＝9．8m／s2。自控飞机回转支承为单排四点接触球式回转支承，型号为010．40．1000．001，回转支承用螺栓为8．8级。自控飞机的回转速度很慢，对径向载荷可以忽略不计，并忽略风载荷的影响。由于自控飞机运行时大臂不断做升降起伏运动，因此造成冲击现象，考虑冲击系数ｋ＝1．3。本文分为两种工况计算回转支承的最大静态载荷，工况1：满载；工况2：1／2偏载。
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结语
旋转类游乐设备的运动形式多种多样，有转动和摆动，有边旋转边上升，有沿倾角旋转。大部分旋转类的游乐设施都离不开回转支承，回转支承的安装和使用应严格按照有关规定进行，以满足游乐设备的使用要求，避免安装错误使设备损坏或寿命降低。
参考文献
[1]黄建华.回转回转支承在港口堆取设备上的应用[J].中国港口,2014（05）：62-64.
[2]蒋旭君.交叉滚柱式回转支承载荷分布及游隙的影响[J].重庆理工大学学报（自然科学）,2017（07）：102-108.