专利名称：用于重型机械的滚子转盘组件的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于如在采矿操作和建筑中经常使用的重型机械、比如拉铲挖掘机、 动力挖掘机等的滚子转盘组件的滚子和轨道构造。
背景技术：
在重型运土设备、比如用于采矿的拉铲挖掘机或动力挖掘机中，上部结构通过滚子转盘组件以可旋转的方式支撑在下部结构上。悬臂通常从上部结构延伸且在悬臂的上端设置有滑轮。起升钢丝绳取决于应用一般从滑轮向下延伸到铲斗或戽斗。在拉铲挖掘机应用中，铲斗也通过牵索连接到上部结构。起升钢丝绳和牵索都能够控制铲斗的运动。拉铲挖掘机的下部结构通常安装在用于在地面上运动的履带行走部分或步移式矿车机构上。滚子转盘组件可包括联接到上部结构的上环形轨道、联接到下部结构的下环形轨道以及定位在环形轨道之间的滚子。轨道能够是分段的。滚子通常为锥形的，使它们的较大直径位于径向向外部分处。
施加到滚子转盘组件的锥形滚子的垂直载荷引起推力载荷，该推力载荷趋向于径向向外地对滚子施力。这些载荷根据被执行的操作改变，且能够在挖掘操作期间急剧地增加。为了抵消这些径向力，一些滚子转盘组件设有在其内端具有凸缘的滚子，通常称为凸缘滚子。凸缘可以抵靠下和/或上环形轨道的内边缘，从而抵抗滚子径向向外移动的趋势。在某些已知的轴承组件中，凸缘和环形轨道之间的接触能够导致产生非常高的应力的高度集中的点接触或线接触。此外，当与施加到铲斗或戽斗的载荷相关的倾覆力矩与上部结构相对于下部结构的旋转组合时，滚子转盘组件内的滚子可能变得移位。在某些加载情形中，凸缘的边缘可能接触下轨道的上表面或上轨道的下表面。这样的移位和不期望的滚子和轨道之间的接触能够进一步加重点加载或线加载且导致在相关联的部件上产生显著地大的应力。结果，滚子转盘部件的接触表面，尤其是轨道上的接触表面，可能因剥落或清铲而劣化， 这最终能够导致滚子转盘组件的失效。
在重型运土设备中的滚子转盘组件的直径测得从3米至大于20米。高达几百公吨的非常大的载荷可通过轴承组件传递到下部结构，且悬臂上的载荷产生的倾覆力矩能够在小段的轴承组件上产生高度集中的应力。而且，沿滚子转盘的给定的弧长的加载在比如挖掘、卸料、运输等的操作期间能够是不均勻的。在动态的非均勻加载情况下，滚子转盘组件的滚子可相对于轨道扭转或变形，进一步使载荷集中在小的接触区域且引起成本高昂的失效。发明内容
在某些实施方式中，重型运土机械包括下部结构；上部结构，所述上部结构由下部结构支撑并能相对于下部结构旋转；大体环形的下轨道，所述下轨道安装在下部结构上； 大体环形的上轨道，所述上轨道安装在上部结构上；以及多个锥形的滚子，其接合并定位在上轨道和下轨道之间。多个锥形滚动中的每个都包括具有加大端、减小端以及在加大端和减小端之间延伸的滚子表面的大体截头锥形主体部分。主体部分限定滚子轴线。多个锥形滚子中的每个还包括从主体部分的减小端径向延伸且包括面向加大端的凸形的凸缘接触表面的凸缘部分。
在其他实施方式中，用于重型机械的滚子转盘组件的锥形滚子包括具有加大端、 减小端以及在加大端和减小端之间延伸的滚子表面的大体截头锥形主体部分。主体部分限定滚子轴线。锥形滚子还包括从主体部分的减小端径向延伸且包括面向加大端的凸形的凸缘接触表面的凸缘部分。
在再一个实施方式中，用于重型机械的滚子转盘组件将重型机械的上部结构以可旋转的方式支撑在重型机械的下部结构上方。滚子转盘组件包括锥形滚子，锥形滚子包括具有加大端、减小端以及在加大端和减小端之间延伸的滚子表面的大体截头锥形主体部分。主体部分限定滚子轴线。锥形滚子还包括从主体部分的减小端径向延伸且包括面向加大端的凸形的凸缘接触表面的凸缘部分。滚子转盘组件还包括下轨道。下轨道包括上表面以及内轨道表面，滚子表面沿所述上表面滚动。下轨道包括在内轨道表面和上表面之间的过渡段。过渡段包括由凸缘接触表面接触的成角度部分。
图1是包括滚子转盘组件的拉铲挖掘机的正视图。
图2是图1的拉铲挖掘机的滚子转盘组件的俯视图。
图3是图2的滚子转盘组件的一部分的放大的剖视图。
图4是沿图3的线A-A截取的局部剖视图。
图5是沿图3的线B-B截取的局部剖视图，且显示了图2的滚子转盘组件的滚子的剖面。
图6a是类似于图5的剖视图，示出了与滚子转盘组件的上轨道部分和下轨道部分对齐的滚子。
图6b是图6a的圈住部分的放大的剖视图，显示了当滚子与下轨道部分对齐时滚子和下轨道部分之间的接合。
图7是图5的滚子的凸缘和滚动表面区域的放大的剖视图。
图8是图2的滚子转盘组件的下轨道部分的俯视图。
图9是沿图8的线B-B截取的剖视图。
图10是显示了图9的圈住部分的放大的剖视图。
图11是图8的下轨道部分的透视图。
图12是类似于图7的放大剖视图，但也显示了图8的下轨道部分。
图13a是类似于图6a的剖视图，但示出了处于相对于滚子转盘组件的上轨道部分和下轨道部分的移位位置中的滚子。
图1 是图13a的圈住部分的放大的剖视图，显示了当滚子与下轨道部分对齐时5滚子和下轨道部分之间的接合。
上面指定的附图不必按比例绘制。应理解，本发明的应用不局限于在下面的说明中提出的或在上述附图中图示的部件的结构和布置的细节。本发明能够有其他实施方式且能够以各种方式实践或实施。而且，应理解，此处使用的短语和术语是用于说明的目的且不应认为是限制性的。
具体实施方式
图1图示了拉铲挖掘机2，该拉铲挖掘机包括下部结构、框架、矿车或基部4 (其可以为履带式驱动机构或步移式矿车)和以可旋转的方式支撑在基部4上方的上部结构、框架或操作室6。悬臂7从操作室6伸出且支撑铲斗8。结合悬臂7，使用一系列滑轮、导向装置和线来沿地面操纵铲斗8，用于挖掘和采矿操作。在基部4和操作室6之间联接了滚子转盘组件10，且该滚子转盘组件10以可旋转的方式支撑操作室6用于围绕中心轴线12旋转。操作室6相对于基部4的旋转也用来在挖掘和采矿操作期间操纵悬臂7和铲斗8。尽管前述说明具体地指拉铲挖掘机，但是应理解，此处进一步论述的滚子转盘组件10可用于其他应用比如动力挖掘机、起重机等，其中上部结构或操作室6相对于下部结构或基部4旋转。
也参考图2至图5和图6a，滚子转盘组件10包括通过内滚子带15、外滚子带16 以及衬套和销组件18的组件联接在一起的多个锥形滚子14，衬套和销组件18将滚子14 以可旋转的方式联接到内滚子带15和外滚子带16。如图6a中进一步显示的，滚子14设置在下轨道部分20和上轨道部分22之间。下轨道部分20联接到基部4，而上轨道部分22 联接到操作室6。当操作室6相对于基部4旋转时，上轨道随操作室6围绕中心轴线12旋转，从而使滚子14沿下轨道部分20的上表面M和上轨道部分22的下表面沈滚动。上轨道部分22的一些构造包括允许润滑剂被提供到上轨道部分22的下表面沈的润滑剂通道 28 (参见图6a)。
参考图5和图6a，每个滚子14限定用于接纳将滚子14联接到内滚子带15和外滚子带16的衬套和销组件18的中心孔30。中心孔30又限定滚子轴线32，当上轨道部分22 相对于下轨道部分20围绕中心轴线12 (参见图1)旋转时滚子14围绕滚子轴线32旋转。 每个滚子14包括从滚子14的内端(相对于中心轴线12)径向向外(相对于滚子轴线32) 延伸的凸缘34。滚子14还成锥形且限定大体截头锥形滚动表面36，该截头锥形滚动表面具有邻近凸缘34的减小直径部分38和在滚子14的外端(相对于中心轴线1 处的加大直径部分40。
下轨道部分20的上表面M和上轨道部分22的下表面沈每个均以大体与截头锥形滚动表面36的角度对应的角度设定。结果，从上部结构6施加到上轨道部分22的轴向定向的载荷趋向于径向向外对滚子14施力(例如，图5和图6a的右侧)。如图6b所示，如果滚子14由于加载而显著地向外运动，则凸缘34将接触下轨道部分20。具体地，凸缘将接触内轨道表面42的成角度部分62，从而进一步限制滚子14的径向向外运动。在动态的非均勻加载下，滚子14可能扭转或变形，这能够减小滚子14和下和/或上轨道部分20、22 之间的接触面积，从而不期望地增大部件之间的接触应力。如下所述，凸缘34、滚动表面36 和内轨道表面42被构造成减小当凸缘34接触内轨道表面42时由滚子14和下轨道部分20受到的应力。
图7是滚子14的凸缘34和滚动表面36的区域的详细图。对于下面对滚子14的几何形状的描述，术语“径向地”、“周向地”和“轴向地”是相对于图6a图示的滚子轴线32 而言的。滚子14包括面向中心轴线12(参见图1)的大体平的轴向面向的内端表面44。凸缘34限定以基本上直角与环形端表面44相交的大体圆柱形外表面46。在某些实施方式中，圆柱形外表面46通过在圆柱形外表面46和环形端表面44之间提供半径49 (图7虚线所示)而融合到环形端表面44中。圆柱形外表面46限定成角度的、弧面的且凸形的凸缘接触表面50的径向外边缘。在某些实施方式中，圆柱形外表面46通过在圆柱形外表面46 和凸缘接触表面50之间提供半径48 (图7虚线所示)而融合到凸形的凸缘接触表面50中。 凸缘接触表面50经由内半径52过渡到滚动表面36，滚动表面36包括内边缘离隙部分54、 中心部分56和外边缘离隙部分58。
当在图7中的剖面中观察时，凸缘接触表面50限定从内半径52延伸到圆柱形外表面46的弧或曲线。可从弧的内端至弧的外端绘出弦线60，当半径48存在时，该弧的外端由弧与圆柱形外表面46的延伸部相交的点限定。弦线60限定相对于基准平面P的角度 Al，该基准平面P垂直于滚子轴线32 (为了绘图清楚起见，基准平面P被示出为与内端表面 44共面；然而，应理解，在所有实施方式中，内端表面44可以不垂直于滚子轴线3 。在某些实施方式中，角度Al在约1度和约5度之间。在其他实施方式中，角度Al在约1.5度和约4. 25度之间。在别的其他实施方式中，角度Al在约2度和约3.5度之间。通常，具有更大直径的滚子转盘组件与相对较小值的角度Al相关联，而具有较小直径的滚子转盘组件与相对较大值的角度Al相关联。凸缘接触表面50的隆起也提供隆起高度H，该隆起高度 H定义为凸缘接触表面50和弦线60之间的最大距离。在某些实施方式中，隆起高度H在约0. 010英寸和约0. 040英寸之间。在其他实施方式中，隆起高度H在约0. 020英寸和约 0. 030英寸之间。根据所选的具体几何形状，最大隆起高度H可出现在沿凸缘接触表面的不同位置处。
滚动表面36尽管为大体截头锥形，但是也是略微凸形的且包括内边缘离隙部分 54和外边缘离隙部分58。在图7中从左轴向地移动到右，中心部分56的直径以基本恒定的比率增加。如所示，内边缘离隙部分M和外边缘离隙部分58每个均径向向内且远离从中心部分56延伸的切线Ll偏离。每个边缘离隙部分54、58都均包括在轴向方向的长度D， 且离隙值R定义为边缘离隙部分M、58和切线Ll之间的最大距离。在某些实施方式中，长度D在离隙值R的约150倍和约400倍之间。在其他实施方式中，长度D在离隙值R的约 200倍和约300倍之间。在别的其他实施方式中，长度D约为离隙值R的250倍。应理解， 对于内边缘离隙部分讨和外边缘离隙部分58，D和R的值以及D和R的相对值不必相同。 优选地，滚动表面36的中心部分56与内边缘离隙部分M和外边缘离隙部分58之间的过渡点Q是平滑的以除去可能使施加到滚子14或施加到下轨道部分20或上轨道部分22 (参见图6a)的应力增大的任何尖锐的边缘。
参考图8至图11，下轨道部分20包括与凸缘接触表面50 (参见图6b)配合以减小滚子14和下轨道部分20中的应力的特征。尽管此处仅论述了下轨道部分20，但是应理解，下轨道部分20的与凸缘接触表面50配合的特征也可设置在上轨道部分22上。如图8 所示，每个下轨道部分20基本上为拱形的，具有与滚子转盘组件10的直径对应的曲率。如图6b和图9至图11所示，下轨道部分20的内轨道表面42与上表面M之间的过渡段包括大体平的(当在剖面中观察时)成角度部分62和轨道半径64。如图10所示，成角度部分 62限定相对于内轨道表面42的其余部分的角度A2和第一过渡点T 1。成角度部分62还限定在成角度部分62和轨道半径64之间的第二过渡点T2。在某些实施方式中，角度A2在约2度和约5度之间，在其他实施方式中，角度A2在约3. 5度和约4. 25度之间。在其他实施方式中，角度A2约为4度。角度A2不必与角度Al相同。在某些实施方式中，轨道半径 64约为0. 25英寸。在其他实施方式中，轨道半径64高达0. 50英寸。
图6b和图12图示了滚子14的与下轨道部分20的内轨道表面42的成角度部分 62接触的凸缘34。如所示，凸缘接触表面50在第一过渡点Tl和第二过渡点T2之间的位置接触成角度部分62。当滚子14与下轨道部分20正确地对准时，凸缘接触表面50在成角度部分62的从过渡点Tl向上约1/3路径处接触成角度部分。凸形的凸缘接触表面50和成角度部分62的结合产生以较均勻的方式分布应力的较大的椭圆形接触区域。而且，当部件因连续使用而磨损时，成角度部分62往往会形成非常轻微的凹面，该凹面能够进一步增大接触面积，该增大的接触面积进一步减小部件上的应力。
参考图13a和图13b，拉铲挖掘机2经历的某些加载情形能够导致滚子14与下轨道部分20和上轨道部分22之间的移位。当经历这种移位时，凸缘接触表面50和成角度部分62之间的接触区域向上朝第二过渡点T2移动，使得接触近似地分布在成角度部分62的上半部。隆起的且成角度的凸缘接触表面50、成角度部分62、内边缘离隙部分M以及内半径52和轨道半径64的相对半径的结合通常确保凸缘34和下轨道部分20之间的所有接触以凸缘接触表面50在第一过渡点Tl和第二过渡点T2之间接触成角度部分62而发生，从而减小凸缘；34和下轨道部分20中的应力。
尽管上述几何形状的不同组合可取决于滚子转盘组件的直径、滚子的直径和长度、滚子的锥度以及特定的载荷情况等被融合到给定的滚子转盘组件，但是滚子转盘组件 10的一个具体实施方式
融合有包括具有约2度的角度Al、约0. 030英寸的隆起高度H和约为离隙值R的250倍的边缘离隙长度D的滚子凸缘34 ；以及具有约4度的角度A2和约 0. 25英寸的半径64的下轨道部分20。
权利要求
1.一种重型运土机械，包括 下部结构；上部结构，所述上部结构由所述下部结构支撑且能相对于所述下部结构旋转； 大体环形的下轨道，所述下轨道安装在所述下部结构上； 大体环形的上轨道，所述上轨道安装在所述上部结构上；以及多个锥形滚子，所述多个锥形滚子接合并定位在所述上轨道和所述下轨道之间，所述多个锥形滚子中的每个都包括大体截头锥形主体部分，所述大体截头锥形主体部分具有加大端、减小端以及在所述加大端和所述减小端之间延伸的滚子表面，所述主体部分限定滚子轴线；以及凸缘部分，所述凸缘部分从所述主体部分的所述减小端径向延伸，且包括面向所述加大端的凸形的凸缘接触表面。
2.如权利要求1所述的重型运土机械，其中所述滚子表面包括中心部分和从所述中心部分朝所述凸缘延伸的内边缘离隙部分，并且其中所述内边缘离隙部分轴向向内地偏离开从所述中心部分朝所述凸缘部分延伸的切线。
3.如权利要求1所述的重型运土机械，其中所述凸缘接触表面限定位于与所述滚子轴线共面的剖切平面中的曲线，并且其中在所述曲线的径向内端和径向外端之间绘出的弦线相对于基准平面限定一个锐角，所述基准平面垂直于所述滚子轴线且大体上与邻近所述减小端的滚子端表面对齐。
4.如权利要求3所述的重型运土机械，其中所述锐角在约1度和约5度之间。
5.如权利要求1所述的重型运土机械，其中所述下轨道包括内轨道表面、与所述多个滚子中的每个的滚子表面接合的上轨道表面、以及在所述内轨道表面和所述上轨道表面之间的过渡部分，并且其中所述多个滚子中的每个的所述凸缘接触表面能与所述过渡部分接合，以响应于施加到所述上部结构的载荷而大体上维持所述多个滚子相对于所述下轨道的对齐。
6.如权利要求5所述的重型运土机械，其中所述过渡部分包括相对于所述内轨道表面成角度的大体平的部分；以及在所述大体平的部分和所述上轨道表面之间延伸的轨道半径部分。
7.如权利要求6所述的重型运土机械，其中所述大体平的部分和所述内轨道表面之间的角度在约2度和约5度之间。
8.如权利要求6所述的重型运土机械，其中所述凸缘接触表面限定位于与所述滚子轴线共面的剖切平面中的曲线，并且其中在所述曲线的径向内端和径向外端之间绘出的弦线相对于基准平面限定第一角度，所述基准平面垂直于所述滚子轴线且大体上与邻近所述减小端的滚子端表面对齐，并且其中所述大体平的部分和所述内轨道表面之间的第二角度与所述第一角度不同。
9.一种用于重型机械的滚子转盘组件的锥形滚子，所述滚子转盘组件将所述重型机械的上部结构以可旋转的方式支撑在所述重型机械的下部结构的上方，所述锥形滚子包括大体截头锥形主体部分，所述大体截头锥形主体部分具有加大端、减小端以及在所述加大端和所述减小端之间延伸的滚子表面，所述主体部分限定滚子轴线；以及凸缘部分，所述凸缘部分从所述主体部分的所述减小端径向延伸，且包括面向所述加大端的凸形的凸缘接触表面。
10.如权利要求9所述的锥形滚子，其中所述滚子表面包括中心部分和从所述中心部分朝所述凸缘延伸的内边缘离隙部分，并且其中所述内边缘离隙部分轴向向内地偏离开从所述中心部分朝所述凸缘部分延伸的切线。
11.如权利要求10所述的锥形滚子，其中凸形的凸缘接触表面经由内半径过渡到所述内边缘离隙部分中。
12.如权利要求9所述的锥形滚子，其中所述凸缘接触表面限定位于与所述滚子轴线共面的剖切平面中的曲线，并且其中在所述曲线的径向内端和径向外端之间绘出的弦线相对于基准平面限定一个锐角，所述基准平面垂直于所述轴线且大体上与邻近所述减小端的滚子端表面对齐。
13.如权利要求12所述的锥形滚子，其中所述锐角在约1度和约5度之间。
14.一种用于重型机械的滚子转盘组件，所述滚子转盘组件将所述重型机械的上部结构以可旋转的方式支撑在所述重型机械的下部结构的上方，所述滚子转盘组件包括锥形滚子，所述锥形滚子包括大体截头锥形主体部分，所述大体截头锥形主体部分具有加大端、减小端以及在所述加大端和所述减小端之间延伸的滚子表面，所述主体部分限定滚子轴线，所述锥形滚子还包括从所述主体部分的所述减小端径向延伸的凸缘部分、并且包括面向所述加大端的凸形的凸缘接触表面；以及下轨道，所述下轨道具有上表面和内轨道表面，所述滚子表面沿所述上表面滚动，所述下轨道包括在所述内轨道表面和所述上表面之间的过渡段，该过渡段包括由所述凸缘接触表面接触的成角度部分。
15.如权利要求14所述的滚子转盘组件，其中所述过渡段还限定从所述成角度部分向所述上表面延伸的轨道半径部分，并且其中所述凸缘接触表面在所述轨道半径部分的下方接触所述成角度部分。
16.如权利要求14所述的滚子转盘组件，其中所述凸缘接触表面限定位于与所述滚子轴线共面的剖切平面中的曲线，并且其中在所述曲线的径向内端和径向外端之间绘出的弦线相对于基准平面限定一个锐角，所述基准平面垂直于所述滚子轴线且大体上与邻近所述减小端的滚子端表面对齐。
17.如权利要求16所述的滚子转盘组件，其中所述锐角在约1度和约5度之间。
18.如权利要求16所述的滚子转盘组件，其中所述成角度部分和所述内轨道表面之间的角度不同于所述锐角。
19.如权利要求18所述的滚子转盘，其中所述成角度部分和所述内轨道表面之间的角度在约2度和约5度之间。
20.如权利要求18所述的滚子转盘，其中所述成角度部分和所述内轨道表面之间的角度大于所述锐角。
全文摘要
本发明涉及用于重型机械的滚子转盘组件。用于重型机械的滚子转盘组件包括围绕中心轴线同心地布置的上环形轨道和下环形轨道以及在上轨道和下轨道之间的锥形滚子。每个锥形滚子包括凸缘，该凸缘具有与下轨道接触的成角度且凸形的凸缘接触表面。下轨道和/或上轨道能够包括设定成与凸缘接触表面接触的成角度表面。滚子和下轨道的几何形状设定成减小由于凸缘接触表面和成角度表面之间的接触而施加到滚子和下轨道的应力。
文档编号E02F9/08GK102535564SQ20111036187
公开日2012年7月4日 申请日期2011年11月15日 优先权日2010年11月16日
发明者杰森·克努特 申请人:哈尼施费格尔技术公司