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。
! {0 S( `1 w( T' m* u滚筒直径300，长度500，重量10kg，滚筒里面放入质量为20kg的物体。
; d' D; ^  B% Y' |! l, g; f轴长600，手柄长度不超过300。其他数据可以估算。
  z# U# D* n, Q/ ?4 s5 n. Y: E需要设计计算轴，轴承选用和校核，手柄受力分析。
) y/ J+ d% _+ X" q+ ~1 ^（轴受到的是均布载荷吗？
! u; L3 n0 R) z0 X   属于心轴还是转轴，按弯曲强度计算还是弯扭强度计算
* P1 J9 f! e+ c: u7 Z4 d' R/ g8 b   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
- g# j; R+ P) B3 F* V# l2 p' S   如果是转动心轴的话，如何用弯曲强度计算）
求大神指导，如果愿意的话请留下联系方式。

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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？
* ~( J" E2 l& C9 ^8 N0 B3 J3 v' Z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？
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还有一个问题如图片所示。
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小a小橘子

晓昀 发表于 2018-5-20 10:57
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？
4 e, Z! x: Q9 n7 u4 G' E7 A* X手柄长度不超过300，这个300是 ...

/ _* S, P  J: O/ n6 L$ [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。
图指的是机座，没错。
  x& C# |. v, u
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晓昀

小a小橘子 发表于 2018-5-20 11:09
4 ?8 G/ b! [8 R2 [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 ...

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？

小a小橘子

晓昀 发表于 2018-5-20 11:17
$ G0 [) Y' ]. s( I5 B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？

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
) S( g9 u5 Q, f' s5 y+ V

晓昀

小a小橘子 发表于 2018-5-20 11:23
0 r' U; L& t4 t! O+ Y) I20kg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

- a: E) I$ X/ u& E. K明白了。下午帮你看看。

晓昀

  \5 ~& Q+ h0 @0 d, A6 e% I  Q
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）。

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。
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3、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。
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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。
& ?+ E# Q5 A7 ^; r3 U2 B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
/ `3 o5 ]) w  u# j/ m& l3 j& oT1=30*0.98*0.15=4.41N.m

4 U: O9 o. O& _) Y6 F6 N( o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
T2=70*0.98*0.3=20.58N.m  
' k) p) @4 W. S% w4 b0 M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）
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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。
5、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
$ N0 ]( {) I. C; h2 q
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小a小橘子

晓昀 发表于 2018-5-20 21:16
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 ...

好详细，一下子就豁然开朗了，非常感谢。
+ O: V& P2 i, n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。