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求助:一個手搖滾筒的理論分析

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發表于 2018-5-20 10:30:06 | 只看該作者 |倒序瀏覽 |閱讀模式
現在需要寫一個設計說明書,其中的理論分析設計計算部分不會。查閱了很多資料還是不懂。這是一個手搖的滾筒,中間有軸和軸承,由機座支撐,驅動方式為手動。' O, L; ?' w( @# l5 s
滾筒直徑300,長度500,重量10kg,滾筒里面放入質量為20kg的物體。! _- V$ ^( g+ P( `7 u. p" N" W' ]% E
軸長600,手柄長度不超過300。其他數據可以估算。
5 \9 N: ^9 `) r需要設計計算軸,軸承選用和校核,手柄受力分析。
" D& `1 G/ p: T1 {(軸受到的是均布載荷嗎?+ K5 K7 {, m! _/ w. n8 n! ]8 H0 v
   屬于心軸還是轉軸,按彎曲強度計算還是彎扭強度計算
" s9 p! q1 H# L0 F- H5 E   轉速和功率未知,可以通過其他已知條件導出嗎,沒有轉速和功率如何估算軸的直徑
: }# [# F6 a6 Q( W" h6 P' |8 p2 R   如果是轉動心軸的話,如何用彎曲強度計算)5 C9 D; E; _! }, a) R2 H7 g
求大神指導,如果愿意的話請留下聯系方式。 - t# p1 A- w4 ?) u3 E

' j& h: O4 g. T
$ Y+ d" P( }2 d" }
+ p$ N) j' R8 o
4 y( r% T( W$ c1 K" D9 q
8 Y* h7 o8 y6 h* f

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2#
發表于 2018-5-20 10:57:18 | 只看該作者
滾筒內放20kg物體,這句話怎么解釋?這20公斤物體放在滾筒內部的什么地方?
. `$ @8 ]9 Q* X; T5 _' h( C8 S/ I) p手柄長度不超過300,這個300是指滾筒中心到手搖柄之間的距離嗎?( D( V6 u) S9 W9 B5 V, X7 a
, ~6 v/ b7 H! b, w: x* G
還有一個問題如圖片所示。
7 v# ]) B1 t8 M

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3#
 樓主| 發表于 2018-5-20 11:09:25 | 只看該作者
曉昀 發表于 2018-5-20 10:574 p5 k) }$ L( i% s1 s( ]
滾筒內放20kg物體,這句話怎么解釋?這20公斤物體放在滾筒內部的什么地方?2 V: j8 _5 m6 V
手柄長度不超過300,這個300是 ...
, K+ _! p% g" q5 F$ H
20kg的物體均勻分布在滾筒內,就是物體和滾筒加起來30kg壓在軸上面機構總高度500,滾筒直徑300,滾筒底部距離下邊200,滾筒中心距離下邊350,手柄長度不超過300指的是搖起來不會干涉并給人手留了50的空間,手柄指的是圖中的曲柄 帶動軸轉動的桿。
6 L2 `0 B& I7 w圖指的是機座,沒錯。2 o0 G; `3 d3 {$ ^# ?: Y
( O. m' q  l) E( r" u
0 w% ]! L2 j; P* K8 V; ]) c4 |
4#
發表于 2018-5-20 11:17:56 | 只看該作者
小a小橘子 發表于 2018-5-20 11:09
' Q0 ~& y' h5 j* q+ E, u: K6 Q  b20kg的物體均勻分布在滾筒內,就是物體和滾筒加起來30kg壓在軸上面機構總高度500,滾筒直徑300,滾筒底部 ...

/ x0 O( e% ?* ^3 ~' ^5 t$ `手柄搖起來,滾筒轉動,這20公斤物體始終處理滾筒最低部,對嗎?
4 K- B. V7 ?4 Z; F: l
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 樓主| 發表于 2018-5-20 11:23:30 | 只看該作者
曉昀 發表于 2018-5-20 11:17
' Z! \2 f, U0 K+ \/ ?) m手柄搖起來,滾筒轉動,這20公斤物體始終處理滾筒最低部,對嗎?
- r/ x2 q4 B0 L& O, ?5 M! @4 @1 Y
20kg物體固定在滾筒上,與滾筒成為一體,相當于只有一個30kg的滾筒在轉
8 c3 s- B5 Z6 i% a" l
6#
發表于 2018-5-20 11:56:11 | 只看該作者
小a小橘子 發表于 2018-5-20 11:23
8 K5 t  A1 ]! a* t! k- Y20kg物體固定在滾筒上,與滾筒成為一體,相當于只有一個30kg的滾筒在轉
; S3 `6 v3 B) W5 c
明白了。下午幫你看看。/ ~9 \+ }5 _/ \5 ?3 c2 B5 j8 T
7#
發表于 2018-5-20 21:16:00 | 只看該作者
本帖最后由 曉昀 于 2018-5-20 21:31 編輯   p3 T& m3 C% O7 \

, @% ]5 G( y) j9 n! @9 ?2 y/ R1、滾筒軸在轉動過程中,受到滾筒自身的重力q,滾筒上綁定的重物重量和人轉動滾筒一端手柄傳遞給滾筒的轉矩,滾筒轉動時既受到彎矩,也受到轉矩。所以,滾筒軸是轉軸,而不是芯軸(芯軸一般只受彎矩,而不受轉矩)。
8 r9 z# \: c: p, k8 k$ j$ z) b! T) w9 F) x, h* B8 q# \
2、軸的設計和計算按照許用彎曲應力計算    先按轉矩初步估算軸的直徑和結構設計,再畫出彎扭合成圖,計算危險截面的最大彎曲應力。( ]9 W+ w. F; S! J0 k8 i8 e( ^

+ r, B$ ~( o: ]5 Z0 ^3、由于滾筒的長度較長,滾筒下綁定的重物重量比滾筒重量還重,所以,軸的強度設計完成之后,按剛度計算公式校核軸徑,調整軸徑值滿足強度和剛度的要求。
$ w3 @7 b( M# V; [/ `0 _; j
% ^$ T! J+ s3 _0 R2 |" U, P  |9 {/ |$ v9 d$ V4 d. O) h$ ]
4、初步估算人手動搖動手柄是否能搖動或者費不費力的問題。
$ B' \4 g5 O5 Z* s% c) P* B將滾筒重量的分布力也按集中力來考慮(為了問題簡單化而設的,實際上,滾筒自重是分布力),那么也就是說,滾筒軸受到集中力是30公斤,這30公斤集中力在滾筒上產生的扭矩為! Y6 v2 r3 _0 K( j
T1=30*0.98*0.15=4.41N.m. u: [5 {8 t! j
" ]* F1 ]/ U6 B: H
人通過手柄要能轉動滾筒,必須克服T1,滾筒才能轉動,那么人給予滾筒軸的轉矩為
% b4 i( N) J& t4 S/ v/ ~6 v/ bT2=70*0.98*0.3=20.58N.m  8 f6 |$ |( m8 ?3 ]5 I0 w
上式中70為搖動滾筒手柄的人的體重;0.3是滾筒軸上人手握住手柄的位置到滾筒中心軸線的距離(題目中已知為不大于300)
' n$ S  x3 e" V8 S- Z9 Y
  v8 z5 Z! D$ [從上面計算看,T2>>T1,也就是人通過手柄搖動滾筒軸,是比較輕松的。- t4 F" L4 F) U- H& K) R  M
5、滾筒軸的結構尺寸已經知道了,軸承按照手冊進行計算和選擇就可以了。如果人工手搖轉動滾筒,轉速取n=2~3r/min即可。你自己再考慮下這個值
6 l" n* K, e4 Y- ?- f) _' h
! K' x: g4 u3 L! F

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老鷹 + 100 問題描述清楚,顯得很專業!

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 樓主| 發表于 2018-5-21 16:14:46 | 只看該作者
曉昀 發表于 2018-5-20 21:160 V: E7 I. T- u1 S; U0 o
1、滾筒軸在轉動過程中,受到滾筒自身的重力q,滾筒上綁定的重物重量和人轉動滾筒一端手柄傳遞給滾筒的轉矩 ...

& k4 {/ `, P5 b1 g% f: [/ l好詳細,一下子就豁然開朗了,非常感謝。
6 X2 S7 P8 I" @2 z不過我最后還有一個疑問,就是在估算軸的直徑時,轉速可以估計那么功率也是可以估計的嗎。我在不知道功率的時候改如何計算,或者功率有個差不多的值嗎。
" q( u6 ~+ q: q# K9 Z
9#
發表于 2018-5-21 18:19:41 | 只看該作者
晚上給你說說怎么計算吧
10#
發表于 2018-5-21 22:08:45 | 只看該作者
轉矩和轉速都已經知道了,利用下面的公式就可以計算滾筒軸轉動時需要的功率,不過這個功率要除以一對軸承的機械效率0.98,才是滾筒軸轉動的實際功率。

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