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标题:被一个实际问题转化而成的物理模型难住了 [打印本页]
作者:万恶之根 时间:2021-7-8 21:21
标题:被一个实际问题转化而成的物理模型难住了
工作上碰到了一个问题，我把它简化成了一个物理模型，如图1，用一个力F，以一定速度去拍打杆子，本以为没负载的齿轮组会将这个力释放出去。可没想到当这个F很大，速度很快的时候，齿轮竟然断裂了（实际的齿轮组更多），我思考了几天，还是不知道怎么去受力分析，校核这个问题，网上也不好搜关键字，于是来必威体育网址问问大神。

由此我想到了另一种更为简单的情况，如图2，可理解为一块放在桌子上的砖，伸出来一些，当我以一个力F去拍打它，速度较慢的时候，砖的另一头自然会翘起，然后掉落下桌子。但是当我这个力很大，速度很快的时候，砖就断了，同样，这该怎么校核呢？求帮助，谢谢了~

作者:okmeiyou 时间:2021-7-8 21:49
所以说隔行如隔山，你的设计没有考虑到转动惯量（惯性）问题，好像力量都被齿轮吃了。而且齿轮还有传动比，如果是反向施力，肯定齿轮扫断都没反应。
作者:万恶之根 时间:2021-7-8 22:04
|okmeiyou发表于 07-08 21:49所以说隔行如隔山，你的设计没有考虑到转动惯量（惯性）问题，好像力量都被齿轮吃了。而且齿轮还有传动比，如果是反向施力，肯定齿轮扫断都没反应。
确实跟惯性相关，这点我有想到，只是不知道用怎么样的公式去描述
作者:sgxap666 时间:2021-7-9 07:38
你这是增速了吧，反过来可能会好些
作者:杀猪的爷们 时间:2021-7-9 08:26
齿轮间的摩擦力
作者:Dreaming___snai 时间:2021-7-9 08:31
这种属于冲击载荷，齿根部受力大很多
作者:一个小学生呀 时间:2021-7-9 08:36
本帖最后由 一个小学生呀 于 2021-7-9 08:47 编辑

给你讲一下，你就会觉得很简单了！
如果你平时设计时，对滚珠丝杠选过型（和你这个问题实质其实一样），应该有印象。
你可以查下丝杠选型其中有一项叫做：容许转速，校核允许转速时有有理论公式的，
可以按公式计算即可。
你这个齿轮机构，是个加速机构，加速到容许转速，肯定就断了，正常现象！

其实有更简单的原理模型：直接在竖直方向，一个电机连接一根轴（不要其他任何负载），
电机速度无限制的加快（假设连接处无限可靠坚固），这根轴肯定达到一个转速后也会断掉，一样的道理。


作者:做钢的 时间:2021-7-9 08:52
本帖最后由 做钢的 于 2021-7-9 09:17 编辑

齿轮哪部分断裂，是轮齿断裂还是整个齿轮断裂。冲击力F冲击杆头后是一直作用在杆头，还是冲击后就消失了
这两个问题不说清楚，别人根本没法回答。
现在回答的都在胡扯呢，连事实是什么都没搞清楚你回答个头

作者:gszsg 时间:2021-7-9 09:14
从杆子这边看，你这是加速速齿轮箱，所以惯量很大，能改成等速，或是降速吗，改不了的话，要考虑F的施加速度。
作者:move3309 时间:2021-7-9 09:25
你图二的思考是对的，但你还不知道拍砖的诀窍，在拍之前的那一瞬间砖和桌面要翘起一个缝隙。昨晚刚看了个视频，一个没练过功夫的物理老师课堂上给学生表演拍砖。
作者:move3309 时间:2021-7-9 09:27
sgxap666 发表于 2021-7-9 07:38
你这是增速了吧，反过来可能会好些

师傅，西边有妖怪，那我们往东去呗
作者:机器画家 时间:2021-7-9 10:12
刚则折，柔恒存，柔弱胜刚强。
作者:702736 时间:2021-7-9 10:23
看你图中增速比已经要30多了，再加级就是100以上了，都快自锁了。
作者:sfcp 时间:2021-7-9 11:51
2#说的非常到位
作者:2011ayoon 时间:2021-7-9 12:33
你要从最后一个齿轮反推，比如惯性力矩5，速比10，上级就是50，再上级就是550（每一级都有附加）
作者:811359242 时间:2021-7-9 13:45
有公式计算，Ft=Mv-MV0，F平均作用力，t作用时间，右边是动量的变化量，这个问题不好计算，主要是作用时间很麻烦
作者:万恶之根 时间:2021-7-9 14:30
|sgxap666发表于 07-09 07:38你这是增速了吧，反过来可能会好些
是增速的，但后面的齿轮瞬间角加速度是很大的，乘以转动惯量，相当于收到的冲击扭矩很大，所以才断裂
作者:sgxap666 时间:2021-7-9 14:34
万恶之根 发表于 2021-7-9 14:30
是增速的，但后面的齿轮瞬间角加速度是很大的，乘以转动惯量，相当于收到的冲击扭矩很大，所以才断裂

不知为何这样设计， 要不把齿轮改大点，要不换个结构。
作者:万恶之根 时间:2021-7-9 14:35
|做钢的发表于 07-09 08:52 本帖最后由 做钢的 于 2021-7-9 09:17 编辑



齿轮哪部分断裂，是轮齿断裂还是整个齿轮断裂。冲击力F冲击杆头后是一直作用在杆头，还是冲击后就消失了

这两个问题不说清楚，别人根本没法回答。

现在回答的都在胡扯呢，连事实是什么都没搞清楚你回答个头


实际是电机减速箱里的行星轮整个都断裂。
另外，工况就是猛的打一下杆子，没有持续加力。
下图是当时齿轮断裂的情况。
作者:万恶之根 时间:2021-7-9 14:38
|move3309发表于 07-09 09:25你图二的思考是对的，但你还不知道拍砖的诀窍，在拍之前的那一瞬间砖和桌面要翘起一个缝隙。昨晚刚看了个视频，一个没练过功夫的物理老师课堂上给学生表演拍砖。
哥， 我说的拍砖情况是砖另一侧没有用手扶着，只是猛的拍下去。
图中展示的是一个理想化的模型，可能实际没人能做到不扶着而直接把砖拍裂，但不难想象，当施加的力足够大，速度足够快，这种情况是会发生的。
作者:万恶之根 时间:2021-7-9 14:40
|702736发表于 07-09 10:23看你图中增速比已经要30多了，再加级就是100以上了，都快自锁了。
都是圆柱直齿轮，咋会自锁？里面又没有蜗轮蜗杆等能够自锁的机构
作者:万恶之根 时间:2021-7-9 14:44
|2011ayoon发表于 07-09 12:33你要从最后一个齿轮反推，比如惯性力矩5，速比10，上级就是50，再上级就是550（每一级都有附加）
????但是这样传递过来，相加，最后该用什么关系式把这个情况表达出来呢？????
作者:万恶之根 时间:2021-7-9 14:46
|811359242发表于 07-09 13:45有公式计算，Ft=Mv-MV0，F平均作用力，t作用时间，右边是动量的变化量，这个问题不好计算，主要是作用时间很麻烦
光用这个动量守恒公式好像还不够。
比如你施加的力较小，但作用时间很长，F*t这个值依然很大。但这种情况下齿轮不会断裂，而且旋转把这个力给释放了
作者:万恶之根 时间:2021-7-9 14:48
|sgxap666发表于 07-09 14:34
不知为何这样设计， 要不把齿轮改大点，要不换个结构。
本意是通过高速齿轮通过减速机构带动产品转动，但是人拍打产品，反着带动电机，就把里面的齿轮箱搞坏了
作者:万恶之根 时间:2021-7-9 14:49
|gszsg发表于 07-09 09:14从杆子这边看，你这是加速速齿轮箱，所以惯量很大，能改成等速，或是降速吗，改不了的话，要考虑F的施加速度。
F的施加速度不是我能管控的，是客户使用的工况之一，虽然这种情况并不常见。-_-#
作者:a32916 时间:2021-7-9 16:29
冲击载荷系数本来就高，折断掉的齿轮应该是最小或者受力最大的齿轮，受力超过齿根折断的最大的应力了，肯定断
作者:l7612175 时间:2021-7-9 17:03
1：验算齿轮重合度，越大越好
2.小齿轮宽度和硬度要比大齿轮都要大和硬
3.不管你咋算的，最终允许的负载扭矩限制在你计算结果的一半。
作者:远祥 时间:2021-7-10 19:52
是的，前期的计算分析比较关键！
作者:oldpipe 时间:2021-7-11 09:44
只有16楼说到了点子上！更进一步说，这是个 冲击力学的问题，传统的静力学、动力学范畴无解。如果没有专门的力学知识又一定要解决问题的话，最有效的办法是通过试验获得力学数据。
作者:机甲的浪漫 时间:2021-7-11 21:25
我觉得很多问题从一部分原理来分析一点问题都没有，但是套用到最基本的理论里却漏洞百出。楼主这个问题我觉得套用能量守恒可以知道为什么齿轮会断，能量不守恒。更具体的就是从动量、转动惯量这些方面分析。本办法就是做大量的实验，一个一个去试
作者:2011ayoon 时间:2021-7-12 08:12
万恶之根 发表于 2021-7-9 14:44
????但是这样传递过来，相加，最后该用什么关系式把这个情况表达出来呢？????

实际就和计算输出力矩一样的原理，只不过变成了阻力矩（惯性矩）了
作者:梦醒丶路口 时间:2021-7-12 09:06
如果这个施加的力是瞬时的，不知道是否可以考虑加一段缓冲，先卸掉最开始最大冲击力，以减少对齿轮轴的损伤
作者:xinshiji666 时间:2021-7-13 17:27
采用F=ma公式，m假定是推力，a是加速度；
这里假如推力m=50N，速度较慢时a=1m/s^2，此时作用在杆子上的力F=50*1=50N;
当加速度很快，比如a=10m/s^2时，此时F=50*10=500N，冲击时认为加速度很快，当然能测算出来最好了！
有了这个力，根据作用半径可以计算作用在齿轮上的力矩，逐级推算，再核算齿轮强度。
当然这个不一定代表真实情况，但简单推算可试试！
作者:kongping 时间:2021-7-14 16:44
本帖最后由 kongping 于 2021-7-14 16:50 编辑

这个问题在理论力学里属于碰撞问题，就是碰撞发生碰撞前后齿轮对于轴心的动量矩变化量等于齿轮碰撞作用点的碰撞冲量与到轴心距离的乘积，你的结构是定轴系齿轮增速结构，碰撞齿轮后面的传动比和齿轮质量都是以知，可以假设某个转速下算出碰撞齿轮的动量矩，再假设碰撞后的转速，算出碰撞齿轮动量矩变化量，之后算出碰撞冲量，碰撞冲量是力与碰撞时间的乘积，这时可假设碰撞时间为0.001秒（弹性碰撞，这个时间可以自己根据经验设定），再算出这个碰撞力，最后可算下这个齿轮在这么大的力作用下能否断裂。
作者:爱看书的pig 时间:2021-12-31 14:27
个人认为：在电机和负载之间添加保护措施，例如保护联轴器可以规避这个问题。

另一方面，单纯从学术问题上来讲，很好奇楼主找到答案没，希望解决后分享一下~~~
作者:鲤鱼lh 时间:2022-1-3 14:23
可不可以假想成杠杆原理 打击的瞬间 相当于给齿轮一个集中的力全部打击在一个齿上 只需要计算单个齿的强度 也就是齿厚能不能受这么大的力 会不会被破坏
作者:鲤鱼lh 时间:2022-1-3 14:23
鲤鱼lh 发表于 2022-1-3 14:23
可不可以假想成杠杆原理 打击的瞬间 相当于给齿轮一个集中的力全部打击在一个齿上 只需要计算单个齿的强度 ...

也就是集中载荷
作者:鲤鱼lh 时间:2022-1-3 14:43
鲤鱼lh 发表于 2022-1-3 14:23
也就是集中载荷

F=m（v末速度-v初速度）/t 由于时间没法确定但是是一瞬间 不好估算 但力肯定很大




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