求助：一个手摇滚筒的理论分析

小a小橘子

现在需要写一个设计说明书，其中的理论分析设计计算部分不会。查阅了很多资料还是不懂。这是一个手摇的滚筒，中间有轴和轴承，由机座支撑，驱动方式为手动。
滚筒直径300，长度500，重量10kg，滚筒里面放入质量为20kg的物体。
轴长600，手柄长度不超过300。其他数据可以估算。
需要设计计算轴，轴承选用和校核，手柄受力分析。
" `$ f4 T2 h0 }' S8 A  @（轴受到的是均布载荷吗？
   属于心轴还是转轴，按弯曲强度计算还是弯扭强度计算
0 J: N% Q. n+ Y4 i: U   转速和功率未知，可以通过其他已知条件导出吗，没有转速和功率如何估算轴的直径
! y: ~2 J2 `( U: r* T3 C: u; @   如果是转动心轴的话，如何用弯曲强度计算）
- p) n; t1 u$ [! _- b3 u 求大神指导，如果愿意的话请留下联系方式。
0 g% `0 p& f( {% ^7 j
8 y+ F# k' V8 t

) @: h; W5 S+ k8 l5 C+ U  c: S/ H

晓昀

滚筒内放20kg物体，这句话怎么解释？这20公斤物体放在滚筒内部的什么地方？
8 Q' i* Z/ j5 o1 e0 E3 H手柄长度不超过300，这个300是指滚筒中心到手摇柄之间的距离吗？
+ C: }1 f: z5 i8 K" Z; m
还有一个问题如图片所示。

小a小橘子

晓昀 发表于 2018-5-20 10:57
" d# [" J7 l: F7 C$ j+ f  ]滚筒内放20kg物体，这句话怎么解释？这20公斤物体放在滚筒内部的什么地方？
手柄长度不超过300，这个300是 ...

4 X5 `. Q9 \0 |9 x$ w0 Y4 v  d; z1 v20kg的物体均匀分布在滚筒内，就是物体和滚筒加起来30kg压在轴上面机构总高度500，滚筒直径300，滚筒底部距离下边200，滚筒中心距离下边350，手柄长度不超过300指的是摇起来不会干涉并给人手留了50的空间，手柄指的是图中的曲柄 带动轴转动的杆。
! L3 Z& w0 J! Z: i图指的是机座，没错。
* g! H# o! ~5 v

5 B$ ?# }) z. @; ?( m3 X, X  Q( a) t

晓昀

小a小橘子 发表于 2018-5-20 11:09
20kg的物体均匀分布在滚筒内，就是物体和滚筒加起来30kg压在轴上面机构总高度500，滚筒直径300，滚筒底部 ...

8 K5 f+ a0 Q- _, k6 Q手柄摇起来，滚筒转动，这20公斤物体始终处理滚筒最低部，对吗？
8 n! A: T7 y4 z7 t9 z

小a小橘子

晓昀 发表于 2018-5-20 11:17
手柄摇起来，滚筒转动，这20公斤物体始终处理滚筒最低部，对吗？

2 {+ Q1 _9 s) A; D20kg物体固定在滚筒上，与滚筒成为一体，相当于只有一个30kg的滚筒在转

晓昀

小a小橘子 发表于 2018-5-20 11:23
20kg物体固定在滚筒上，与滚筒成为一体，相当于只有一个30kg的滚筒在转

明白了。下午帮你看看。

晓昀

4 h3 z# A# ~" t/ }1、滚筒轴在转动过程中，受到滚筒自身的重力q，滚筒上绑定的重物重量和人转动滚筒一端手柄传递给滚筒的转矩，滚筒转动时既受到弯矩，也受到转矩。所以，滚筒轴是转轴，而不是芯轴（芯轴一般只受弯矩，而不受转矩）。

; D+ f" R9 k! U6 _; [2、轴的设计和计算按照许用弯曲应力计算    先按转矩初步估算轴的直径和结构设计，再画出弯扭合成图，计算危险截面的最大弯曲应力。
: N0 N( ~3 [% Z7 e8 w
' H* i- w) \% ?  v3、由于滚筒的长度较长，滚筒下绑定的重物重量比滚筒重量还重，所以，轴的强度设计完成之后，按刚度计算公式校核轴径，调整轴径值满足强度和刚度的要求。


4、初步估算人手动摇动手柄是否能摇动或者费不费力的问题。
; J, l: C; F* o! o9 o将滚筒重量的分布力也按集中力来考虑（为了问题简单化而设的，实际上，滚筒自重是分布力），那么也就是说，滚筒轴受到集中力是30公斤，这30公斤集中力在滚筒上产生的扭矩为
) [- f) Q3 Z/ _+ Z" rT1=30*0.98*0.15=4.41N.m

人通过手柄要能转动滚筒，必须克服T1，滚筒才能转动，那么人给予滚筒轴的转矩为
8 e: i  ]% Y: bT2=70*0.98*0.3=20.58N.m  
: Y, O9 N* R0 Z2 d' d/ Q! K9 M7 o9 y* T上式中70为摇动滚筒手柄的人的体重；0.3是滚筒轴上人手握住手柄的位置到滚筒中心轴线的距离（题目中已知为不大于300）
3 a% y* ]# y2 X, e+ n( p
从上面计算看，T2>>T1，也就是人通过手柄摇动滚筒轴，是比较轻松的。
0 r2 ^+ `4 P4 q# h* N$ b5、滚筒轴的结构尺寸已经知道了，轴承按照手册进行计算和选择就可以了。如果人工手摇转动滚筒，转速取n=2～3r/min即可。你自己再考虑下这个值

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小a小橘子

晓昀 发表于 2018-5-20 21:16
! F; l5 g8 Q8 v' q# q5 N7 M1、滚筒轴在转动过程中，受到滚筒自身的重力q，滚筒上绑定的重物重量和人转动滚筒一端手柄传递给滚筒的转矩 ...

1 a% N3 W( H" E3 m7 H好详细，一下子就豁然开朗了，非常感谢。
不过我最后还有一个疑问，就是在估算轴的直径时，转速可以估计那么功率也是可以估计的吗。我在不知道功率的时候改如何计算，或者功率有个差不多的值吗。

晓昀

晚上给你说说怎么计算吧

晓昀

转矩和转速都已经知道了，利用下面的公式就可以计算滚筒轴转动时需要的功率，不过这个功率要除以一对轴承的机械效率0.98，才是滚筒轴转动的实际功率。