Оцінка міцності осі заміни шківа

Ремонт ... Мої гаражні ворота мають противаги, а вага дверей з'єднаний з противагою сталевим тросом, який проходить через два шківи. Оригінальні (чавунні) шківи мали голчасті роликові підшипники, але не мали жодної мастила, і, можливо, неправильне припинення / зміцнення зовнішнього кільця викликало надмірний знос, і мені довелося їх замінити.

Я знайшов сумісні з розмірами заміни, але вони мають "нормальний" кульковий підшипник, який повинен бути здатний нести вантаж. Я намагався знайти спосіб, щоб визначити, чи буде стоїть вісь, але хоч і більш вузька. Тепер спрощена конфігурація:

Біла - це вісь, синя - фіксована фурнітура, а зелений - підшипник нового шківа. Всі заходи в мм. Додатковий простір полягає в тому, що оригінальний роликовий підшипник був ширшим.

Це шлях, за яким слід кабель:

Я переглянув багато сторінок, і я не впевнений, як це вирішити. Проблема полягає не в тому, щоб повністю зсунути стрес. Я знайшов дуже мало інформації про межі "вигину" круглих барів (осі). Вага дверей становить близько 60 кг (так само, як і ваги, звичайно), а вантаж розподіляється по кожній стороні дверей.

Інтуїтивно я підозрюю, що це відбудеться, але тоді моя механічна інтуїція не так розвинена (я інженер-електронік). Коротше кажучи, чи матиме ось (м'яка сталь) 10 мм вагу? Або мені потрібен більш затверділий матеріал?

beam bearings

— John
джерело

Чи володіє цей шкив цілим вагою 60 кг, або є два шківи, щоб він бачив лише близько 30 кг напруги? Крім того, кабель залишає шківа на 180 градусів від того, де він прийшов або на 90 градусів? Це впливає на результуючу силу на зборі осі / шківа. FWIW, в загальному випадку вигин не буде керуватися для такого короткого проміжку і зсуву є єдиним вірогідним режимом відмови. Якщо двигун запускається і раптово зупиняється, доцільно додати мультиплікатор до статичного навантаження, щоб представити це. подвоєння навантаження є досить консервативним правилом.

— Ethan48

Так, він тримає повну вагу (ну, тільки зупиняють вагу, як я прокоментував вантаж розподіляється над двома противагами з кожного боку дверей). Додам малюнок до питання, але шківи не зменшують навантаження. Кабель слід за шківом на 90 °.

— jcoppens

ОК, так що з напругою 30 кг в кабелі, ви будете мати ~ 1,4 * 30 кг результуючого навантаження на кожній осі.

— Ethan48

Так. З запропонованим фактором безпеки і з урахуванням тертя противаг у корпусі, досягаючи максимуму, можливо, трохи більше.

— jcoppens

Хорошим початком було б не враховувати той факт, що навантаження розподіляється по невеликій частині вала і розглядає проблему як основний "Триточковий згин" простого опори балки з центральним навантаженням.

Для цього випадку навантаження Макс. Стрес ($; sigma_ {max} $) задається:

$$ - sigma_ {max} = frac {P * L} {4Z} $$

Де $ P $ - навантаження в центрі вала, $ L $ - відстань між опорами і $ Z $ - модуль перетину. Для кругової балки:

$$ Z = 0.78r ^ 3 $$

Для м'якої сталі межа текучості, ймовірно, становить близько 240 МПа

Якщо цей аналіз дає прийнятний результат, ви повинні бути в порядку, оскільки розподіл навантаження на ділянки підшипників призведе до зниження максимальних напружень.

— DLS3141
джерело

Це лише перевірка на вигин?

— Ethan48

@ Ethan48 Так. ВП показала, що їхня головна проблема полягає в аналізі вигину в круглому валу.

— DLS3141

Добре ... З приблизними значеннями, це дало б мені 600 * 0.026 / (4 * 0.78 * 0.005 ^ 3) = 40MPa, правильно? (Довжина променя 26 мм, навантаження 60 кг, вал діаметром 10 мм).

— jcoppens

Я бачу практичні додатки, як це кожен день, і ця організація виглядає абсолютно добре для мене. Ваша головна турбота полягає в установці підшипників, які будуть більш-менш легкими в залежності від стану та допусків вала та шківа.

— Chris Johns

Спасибі Кріс. Я вважаю себе досить практичним хлопцем, і хоча більшу частину часу за комп'ютером, я зробив багато механічних / будівельних робіт вдома. Іноді, однак, з'являється сценарій, де інтуїція виходить з ладу ...

— jcoppens