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标题: 这个滚筒的变形怎样求解？ [打印本页]

作者: 修仙炼魔 时间: 2015-9-2 13:22
标题: 这个滚筒的变形怎样求解？

有一个大滚筒，由钢板卷制后焊接成形，中间焊接有筋板作为支撑，滚筒直径1280mm，厚度18mm。如图所示。

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滚筒加工完后要在圆周面上缠绕一层致密的针布（类似于小锯条，厚度0.6mm，高约3mm）。先在一端钎焊接头，绕玩之后在另一端焊接，拉紧力8KG，滚筒表面粗糙度Ra0.8。要求针布缠绕后滚筒径向变形量不能超过0.03mm。现在老板让我算一下缠绕力导致的滚筒的变形量，打算用有限元软件求解，可是针布对滚筒的压力怎么计算呢？同事有说可以不考虑摩擦，取出针布的一段作为刚体进行受力分析，可是我算了一下，觉得不对。求大神指导。

作者: 万宝龙 时间: 2015-9-2 13:39
感觉没有必要啊，18MM厚度的钢板，8KG的拉力就能拉变形？可算张紧力

作者: 福满三江 时间: 2015-9-2 14:03
18mm筒体这么厚，8KG的力对它可以忽略不计，倒是你的筒体加工要注意。

作者: 万宝龙 时间: 2015-9-2 14:12

万宝龙发表于 2015-9-2 13:39
感觉没有必要啊，18MM厚度的钢板，8KG的拉力就能拉变形？可算张紧力

非要算，圆筒表面积平均受力18KG的力就行拉。

作者: Ryansao 时间: 2015-9-2 14:31
我算过卷筒，不过是高速旋转下的（和你的预紧力是一个意思）。话说以前用的都是一个经验比例，反正造出来的设备跑了十来年没问题。我那时计算采用的是平板系数（计算得出一个合适的筒体厚度），结果是和经验比例做出来的是一样的，也去推导过其他型号的设备，没什么相差，但是那个时候领导没有确定我的计算正确与否，后来换工作了也就不在意了。你可以找机械设计手册，里面有个平板系数，再试着算一次

作者: 小小螺钉 时间: 2015-9-2 14:31
大侠你好，我的想法是这样的：针布是缠绕在滚筒上的，那么整个滚筒面都会受针布的压力（由张紧力所产生）；而滚筒的结构是中间有筋板，那么筋板之间、滚筒一端与筋板之间就可以作为一个简支梁的情况进行计算；1、找出针布在辊面上产生的周向最大压力方向 2、根据筋板的分布位置确定最大危险截面的具体轴向位置，然后就可以根据挠度公式求出其最大的径向变形量

作者: zhujinhuaa1 时间: 2015-9-2 15:02
轴心为什么不用空心轴？

作者: zhujinhuaa1 时间: 2015-9-2 15:11
中间焊接有筋板作为支撑，滚筒直径1280mm，厚度18mm。
整个做出来就是粗，大，笨。 8kgf力要18厚？
中间加强筋不起作用，因为没有着力点，对整体刚性几乎没影响。
整个就是刚性设计，减重！！！

作者: 常大爷 时间: 2015-9-2 15:20
你这个中间的筋板焊接的时候产生的力恐怕就比你那个8公斤的力大的不知多少吧

作者: 修仙炼魔 时间: 2015-9-2 15:23
谢谢各位的回复，我主要是想知道像这种两头拽紧的情况，等效径向压力真的可以按拉紧力除以接触面积计算吗？原理是什么？

作者: 修仙炼魔 时间: 2015-9-2 15:29

常大爷发表于 2015-9-2 15:20
你这个中间的筋板焊接的时候产生的力恐怕就比你那个8公斤的力大的不知多少吧

大侠，别的先不考虑，具体谈一下用绳子箍筋的轴表面压力是怎么计算的吧。我觉得应该是一个弹性力学的问题，有无摩擦力可能结果还会不一样

作者: 万宝龙 时间: 2015-9-2 15:45
之前看过一个帖子，工程师的最高境界就是能把老板和客户忽悠住了，你就算成功了。

作者: 美好生活001 时间: 2015-9-2 16:14
来学习

作者: 常大爷 时间: 2015-9-2 16:31

修仙炼魔发表于 2015-9-2 15:29
大侠，别的先不考虑，具体谈一下用绳子箍筋的轴表面压力是怎么计算的吧。我觉得应该是一个弹性力学的问题 ...

这个没算过,不过说一点自己的意见哈:取滚子表面一点,类似看做一个平面,取焊死的顶端F1,筋对滚子的垂直压力F2,拉力F3(就是你的8KG),,因为你这个筋相对滚子是静止的,所以就有F3=F1+F2*f,这里面有F3,f是已知的,F1是可以测量出来的,F2就可以算出来了,用这个F2对比滚子表面的屈服力,就大概知道形变量了,这个只是个人的看法,我数学不好,估计不是这样考虑的哈,呵呵,不过说一声,你这个18mm厚的滚子上面加8KG的拉力,这个型变量还要考虑啊?我觉得基本可以忽略不计吧,即使是动平衡和同心度都比你这个影响大吧!

作者: SFD123 时间: 2015-9-2 16:36
大哥材料力学，根据内应力平衡方程算出来。？

作者: 修仙炼魔 时间: 2015-9-2 23:35

常大爷发表于 2015-9-2 16:31
这个没算过,不过说一点自己的意见哈:取滚子表面一点,类似看做一个平面,取焊死的顶端F1,筋对滚子的垂直压力 ...

都焊死了还怎么测量啊。而且如果这么算，那均布的压强很小了。假设F1为=0，f=0.15, 则F2=533N。滚筒表面积有5m^2。这样算下来压强才100Pa，等于不存在嘛。可是事实是，我们这个东西是一个很成熟的产品上的一个关键零部件，早期使用的铸铁件，后来改成卷制的钢板了，然后发现缠绕针布的时候滚筒会变形，中间就加了筋板。老板主要是让我进行结构优化，因为惯量太大了，要减重。
我今天又专门问了一下，确实缠绕针布会造成滚筒径向变形的，也有一些论文做过研究，有人是这么建立受力模型的，取针布的半圆，q=P/bR，其中P为张紧力8KG，b为针布的厚度（不是高度），R为滚筒的半径，这样算出来滚筒收到的压强大约有零点几兆帕，经过有限元分析最大会产生一两个丝的变形，我似乎找到了答案。
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作者: 修仙炼魔 时间: 2015-9-3 00:07
刚才又想了一下，似乎这个方法也不太对。如果按照q=P/bR，则假定针布上受到的均布力分解到水平方向上应该是一样的。但是实际的受力分析应该如下图所示，
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竖直方向上的分立相互抵消，只有中间压强的水平方向才是真正的滚筒受到的压力，按照q=P/bR算出来的q，比正确值要小一些。请哪位大侠给指正一下，谢谢。

作者: 修仙炼魔 时间: 2015-9-3 13:14
刚才又想了一下，压力分解到水平方向上的均值应该是
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正确的解应该是0.63q=P/bR

作者: SUN1234 时间: 2015-9-5 09:02
学习了

作者: 良生 时间: 2015-9-6 01:22
对于大直径圆筒，理想的无限长圆筒受压，产生的环向应力远大于径向应力，考虑环向应力导致的变形：
环向应力：80N/(1*0.018m^2)=4444Pa，假设筒长1m
应变：4444pa/200Gpa=22.22e10^-9
周长变形：22.22e10^-9*（pi*1280mm）=8.9e10^-5mm
直径变形：8.9e10^-5mm/pi=2.83e10^-5mm
既然你说的变形都达到0.01mm以上了，这个变形不是环向应力产生的。可以考虑局部的受力不均导致的变形，截取一部分，按两端约束的简支梁计算下局部变形。明天再细想下再讨论。

作者: 修仙炼魔 时间: 2015-9-6 12:23

良生发表于 2015-9-6 01:22
对于大直径圆筒，理想的无限长圆筒受压，产生的环向应力远大于径向应力，考虑环向应力导致的变形：
环向应 ...

大侠说的环向应力是属于剪应力吧，这个滚筒主要是刚度问题，径向变形，强度肯定没问题。现在主要是圆筒的受力分析不是很确定，这个如果定了，后面的挠度计算，不管是手工计算还是有限元，应该都不难搞定的。

作者: 奇酷机械 时间: 2015-9-6 14:10

小小螺钉发表于 2015-9-2 14:31
大侠你好，我的想法是这样的：针布是缠绕在滚筒上的，那么整个滚筒面都会受针布的压力（由张紧力所产生）； ...

在理

作者: 我为人民 时间: 2015-9-6 14:27
走过路过

作者: 良生 时间: 2015-9-6 14:54
本帖最后由良生于 2015-9-6 15:02 编辑

修仙炼魔发表于 2015-9-6 12:23
大侠说的环向应力是属于剪应力吧，这个滚筒主要是刚度问题，径向变形，强度肯定没问题。现在主要是圆筒的 ...

你这里缠绕对圆筒产生沿径向的压力，导致直径缩小，这个压力会使圆筒环沿周向内部产生压应力。你说的挠度，就是压力使筒中间变形大，两端变形小。计算压力可以这样算：p*(L*2*R)=80N*2，最后p=125pa，可见远小于环向压应力。这里L取1m，计算压力的为什么这样，可以把圆筒当受液体静压力看，两者是一样的，你推导公式时注意用面积积分，不要用角度。

作者: 修仙炼魔 时间: 2015-9-6 16:19

良生发表于 2015-9-6 14:54
你这里缠绕对圆筒产生沿径向的压力，导致直径缩小，这个压力会使圆筒环沿周向内部产生压应力。你说的挠度 ...

大侠，这个圆筒上的针布是一圈一圈地缠绕上去的，拉紧力是8KG，还有10-12KG的侧压力，保证每一圈的针布都能够牢靠的贴紧，所以我认为分析时不应该按整个长度的面积积分来算，否则，正如大侠所得，压力只有125Pa，根本不可能有几个丝的变形，这个跟现场的实际情况也是不符的。所以我认为应该这样算：取针布的一段（角度α）进行分析，针布的厚度为b，圆筒半径R，拉紧力为P，产生的压强为q，在y轴上进行投影，由于压强在y轴上的投影是变化的，取均值为qj，bRsinα*qj=Psinα，

压强在y轴投影的均值qj可以这样算：
(, 下载次数: 18)
当 α 趋近于零时，qj=q，所以结合上边的公式，可以求得圆筒收到的压强q=P/bR。

(, 下载次数: 27)

作者: 快意zll 时间: 2015-9-6 20:05
我觉得最大的变形就是卷板时和焊接中间筋板及两端法兰时产生的，只要把这个变形控制好，不用考虑工作时的压力变形。

作者: 良生 时间: 2015-9-7 11:25

修仙炼魔发表于 2015-9-6 16:19
大侠，这个圆筒上的针布是一圈一圈地缠绕上去的，拉紧力是8KG，还有10-12KG的侧压力，保证每一圈的针布都 ...

你意思是每处有多层布？还是每处只有一层？多层每层单独拉紧，哪要乘以层数了算总压力，这个影响大，你们现在实测变形是多大？。你后面积分是没有任何物理意义，一个压力乘以角度再积分，你想想。只有乘以ds才是力。

作者: 修仙炼魔 时间: 2015-9-7 12:03

良生发表于 2015-9-7 11:25
你意思是每处有多层布？还是每处只有一层？多层每层单独拉紧，哪要乘以层数了算总压力，这个影响大，你们 ...

大侠，我们现在是在搞优化，这是我们同行的一个公司的技术介绍，内容很老了，不过原理都是类似的，大侠可以参考一下：
http://www.qdfangji.com/news/580.html
http://www.qdfangji.com/news/26.html

作者: liqiang260 时间: 2015-9-7 12:38
学习了

作者: 良生 时间: 2015-9-8 09:39

修仙炼魔发表于 2015-9-7 12:03
大侠，我们现在是在搞优化，这是我们同行的一个公司的技术介绍，内容很老了，不过原理都是类似的，大侠可 ...

看了着个查了下资料，有点明白了。
针布条是细条状的，采用专用卷绕机在锡林筒体上螺旋卷绕，拉力设置为8kg。那么具体计算，已知：针布b=0.6mm宽，总高剔除锯齿高度，实际受拉高度按t=1mm计算，针布拉应力q=80N/(0.6mm*1mm*10^-6)=1.33e10^8pa=133Mpa，产生的径向压力p=q*t/R=80N/(0.6mm*640mm*10^-6)=0.21Mpa，相当于2.1个大气压，也不小了。
再计算滚筒应力：对滚筒而言，厚度t1=18mm，径向压力P1=0.21Mpa，产生环向压力q1=P1*t1/R，也可以直接按针布拉应力q*t/t1算，这样q1=1mm/18mm*q=133/18=7.39Mpa。
最后算滚筒变形，环向应变=q1/E=7.39Mpa/200Gpa=3.695*10^-5，径向变形=1280mm*3.695*10^-5=4.729*10^-2mm，约等于4.7丝，这个跟你们的数据相差不多了。
加强筋中环向筋和轴向筋，起的作用不一样，环向是增加环向刚度，也就是滚筒整体变大变小；轴向是因为你两端有法兰板，相当于两端固支梁，板会产生的弯矩挠度，筋可以限制这个挠度大小。两者要分开算。

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