回转支承是大型机械装备中实现相对回转运动的核心部件，大范围的应用于风力发电机组、工程机械、港口设备、冶金设备和军工装备等领域。作为连接固定结构和旋转结构的关键环节，回转支承不仅承受轴向载荷、径向载荷和倾覆力矩的联合作用，还要保证旋转的灵活性和精度。一个典型的2兆瓦风力发电机组用回转支承，其承受的最大倾覆力矩可达4000千牛米，轴向力可达2000千牛，径向力可达500千牛，工作寿命要求不低于20年。如此苛刻的工况条件，对回转支承的设计计算和选型提出了极高的要求。
回转支承的结构型式大致上可以分为单排四点接触球式、双排异径球式、单排交叉滚柱式和三排滚柱式四种。单排四点接触球式结构紧密相连，可同时承受轴向力、径向力和倾覆力矩，适用于中小载荷场合。双排异径球式由上下两排钢球组成，推力球承受轴向力，径向球承受径向力，承载能力高于单排球式。单排交叉滚柱式滚柱交叉排列，接触角通常为45度，承载能力和刚性优于球式。三排滚柱式由上下两排推力滚柱和一排径向滚柱组成，承载能力最大，适用于超大型回转支承。
回转支承的承载能力计算是选型的核心内容。承载能力通常用承载曲线来表示，承载曲线是以轴向力和倾覆力矩为坐标的二维图，曲线内的区域为安全工作区域。承载曲线的建立基于滚动体的接触应力分析，对于球式回转支承，采用Hertz接触理论计算接触应力；对于滚柱式回转支承，采用线接触理论计算接触应力。
以单排四点接触球式回转支承为例，其承载能力计算需要仔细考虑以下因素：钢球的直径和数量、滚道的接触角、滚道的曲率半径比、材料的硬度等。钢球与滚道之间的最大接触应力出现在承受最大载荷的钢球处。在联合载荷作用下，各钢球的载荷分布是不均匀的，承受最大载荷的钢球通常位于载荷方向上最不利的角位置。通过建立力学模型，可以计算出在给定载荷条件下各钢球的载荷分布和最大接触应力。
接触应力的许用值与材料硬度有关。通常要求最大接触应力不超过材料硬度的3-4倍（以兆帕为单位时，硬度以HB值表示）。某型回转支承滚道表面硬度为55-60HRC，对应的许用接触应力约为3500-4200兆帕。实际计算中，还需考虑安全系数的影响。静承载能力的安全系数通常取1.25-1.5，动承载能力的安全系数通常取1.0-1.2。
回转支承的寿命评估是选型的另一个重要依据。对于以滚动疲劳为主要失效模式的回转支承，能够使用修正的额定寿命计算方式。基本额定寿命L10的计算公式为L10等于额定动载荷与当量动载荷之比的幂次方乘以10的6次方转。对于球式回转支承，幂次为3；对于滚柱式回转支承，幂次为10/3。
修正额定寿命考虑了可靠性、材料和润滑条件的影响。对于风力发电机组用回转支承，通常要求修正额定寿命不低于175000小时（对应20年设计寿命），可靠性取99%。某型2兆瓦风电机组偏航回转支承的修正额定寿命计算值为210000小时，满足设计的基本要求，但安全裕度仅为20%，在设计中需要非常关注载荷谱的准确性和制造质量的一致性。
齿圈的强度计算也是回转支承设计的重要内容。内齿式或外齿式回转支承的齿圈需要承受驱动齿轮传递的切向力。齿圈的齿面接触疲劳强度和齿根弯曲疲劳强度都有必要进行校核。在实际设计中，齿圈的模数和齿数的选择需要考虑承载能力、传动精度和加工工艺等因素。某型风电偏航回转支承齿圈的模数为14，齿数为128，齿面硬度为55-60HRC，在最大偏航力矩下的齿面接触应力约为1200兆帕，齿根弯曲应力约为250兆帕，均在许用范围内。
回转支承的选型流程通常包括以下步骤：首先根据设备的载荷工况确定轴向力、径向力和倾覆力矩的最大值和等效值；然后根据承载曲线初步选择回转支承的规格；接着进行承载能力校核、寿命校核和齿圈强度校核；最后根据安装空间、重量限制和经济性等因素确定最终选型。
在选型过程中，载荷的确定是最关键也是最容易出错的环节。对于工程机械，载荷工况通常包含多种典型工况，应该要依据各工况的出现频率计算等效载荷。以某型20吨汽车起重机为例，其回转支承承受的载荷在作业工况和行驶工况下差异很大。作业工况下，最大倾覆力矩出现在臂架全伸、最大幅度起吊额载时；行驶工况下，最大倾覆力矩出现在臂架未收回、急转弯时。综合两种工况，按照Miner线性累积损伤理论计算等效载荷，才能得到合理的选型结果。
安装结构的刚度对回转支承的性能有重要影响。回转支承的滚道精度只有在安装面有充足刚度的条件下才能得到保证。某型挖掘机回转支承由于安装面刚度不足，在满载工作时安装面变形导致滚道发生椭圆化，最大椭圆度达到0.3毫米，远超0.1毫米的许用值，导致钢球载荷分布严重不均，常规使用的寿命大幅度缩短。该案例表明，回转支承的选型不能仅关注支承本身的参数，还一定要考虑安装结构的匹配性。
密封结构的设计对回转支承的常规使用的寿命同样至关重要。回转支承一般会用迷宫密封或橡胶密封。迷宫密封结构相对比较简单、寿命长，但密封效果有限，适用于粉尘较少的场合。橡胶密封密封效果好，但存在老化问题，需要定期更换。某型海上起重机回转支承采用了组合密封结构，外层为迷宫密封阻挡海水，内层为氟橡胶密封圈防腐蚀，有效解决了海洋环境下的密封难题。
润滑是影响回转支承寿命的另一个重要的条件。回转支承的润滑方式分为脂润滑和油润滑两种。脂润滑结构相对比较简单，密封性好，但散热性差，更换不便。油润滑散热性好，更换方便，但密封要求高。对于风电偏航回转支承，一般会用脂润滑，润滑脂的填充量约为内部空间的50%-70%。润滑脂的选择应考虑工作时候的温度、转速和载荷条件。某型高寒地区风电回转支承采用了低温润滑脂，在零下40度的环境中仍能保持良好的润滑性能，启动力矩没有明显增大。
近年来，回转支承的表面处理技术取得了显著进展。滚道表面感应淬火是传统的热处理方式，淬火硬度通常为55-62HRC，有效淬硬层深度为3-5毫米。随着表面工程技术的发展，滚道表面激光淬火、渗氮和涂层等新技术逐渐得到应用。某型回转支承滚道表面采用了激光淬火+DLC涂层复合处理工艺，表面硬度达到65HRC以上，摩擦系数降低了30%，台架试验寿命提高了约40%。
回转支承的在线监测技术也在持续不断的发展。通过在回转支承上安装振动传感器、温度传感器和油液传感器，可以实时监测回转支承的运作时的状态。某型智能回转支承集成了振动监测和温度监测功能，当检测到异常振动特征或温度异常升高时，自动发出预警信号。经过两年的试运行，该系统成功预警了3次早期故障，避免了因回转支承失效导致的非计划停机，经济效益显著。
回转支承的设计计算和选型是一项系统性工程，需要考虑载荷工况、结构型式、材料热处理、安装条件、密封润滑和使用环境等多方面因素。随着计算方式的逐渐完备、材料技术的持续进步和智能监测技术的日益成熟，回转支承的性能和可靠性将不断的提高，为各类大型机械装备的安全高效运行提供更可靠的支撑。工程技术人员在进行回转支承选型时，应当充分了解各种技术方案的特点和适合使用的范围，结合具体的应用需求，做出科学合理的选择。
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