求助：一個手搖滾筒的理論分析

小a小橘子

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。
滾筒直徑300，長度500，重量10kg，滾筒里面放入質量為20kg的物體。
' D& W) Z; `* ?4 s' d6 v軸長600，手柄長度不超過300。其他數據可以估算。
需要設計計算軸，軸承選用和校核，手柄受力分析。
（軸受到的是均布載荷嗎？
% \/ j) p. i; l) D; o! C   屬于心軸還是轉軸，按彎曲強度計算還是彎扭強度計算
. B" D% u4 w/ S  y( R+ L7 _   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
8 t  a% k8 ]5 F0 U$ f. }   如果是轉動心軸的話，如何用彎曲強度計算）
4 J# U4 b; M( b: z* W/ S( X1 J 求大神指導，如果愿意的話請留下聯系方式。
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曉昀

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？
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？
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* _7 y% e8 S$ f: _7 q還有一個問題如圖片所示。

小a小橘子

曉昀 發表于 2018-5-20 10:57
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 c& m0 g2 x, ~. }$ l( C* ]手柄長度不超過300，這個300是 ...

$ a2 Y' L/ X6 w% a, J  k- z  N20kg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。
圖指的是機座，沒錯。

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曉昀

小a小橘子 發表于 2018-5-20 11:09
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 ...

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？

小a小橘子

曉昀 發表于 2018-5-20 11:17
8 v. w. M! A9 O, h0 m) x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？

% L( t* i/ p0 W' |, S# B7 D9 [' i20kg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

曉昀

小a小橘子 發表于 2018-5-20 11:23
0 ?- i, i2 V  z! b, c; g. n* j20kg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

明白了。下午幫你看看。

曉昀

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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，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）。
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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。
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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。
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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。
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
1 D( q5 S4 `' r7 u' r) [8 Z+ Z: \T1=30*0.98*0.15=4.41N.m

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
T2=70*0.98*0.3=20.58N.m  
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）
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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。
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

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小a小橘子

曉昀 發表于 2018-5-20 21:16
) P( l$ }* p# x5 M. x, q1、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 ...

2 e  @- G& o7 ~/ A好詳細，一下子就豁然開朗了，非常感謝。
* l; z3 Q& B) j- w$ x" d4 c- Y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。
6 E. j& V( @8 Q' c5 |; r; ~

曉昀

晚上給你說說怎么計算吧

曉昀

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。