Bewertung der Achsfestigkeit der Ersatzscheibe

Reparaturen ... Mein Garagentor hat Gegengewichte, und das Gewicht des Tores ist mit einem Stahlseil, das über zwei Umlenkrollen läuft, mit den Gegengewichten verbunden. Die originalen (gusseisernen) Riemenscheiben hatten Nadellager, aber es fehlte an Schmierung, und wahrscheinlich verursachte ein falsches Anschließen / Verhärten des Außenrings übermäßigen Verschleiß, und ich musste sie ersetzen.

Ich habe größentaugliche Ersatzteile gefunden, aber sie haben "normale" Kugellager, die die Last tragen sollten. Ich habe versucht, einen Weg zu finden, um festzustellen, ob die Achse die geringere Belastung aushält. Die vereinfachte Konfiguration ist jetzt:

Weiß ist die Achse, Blau ist die feste Hardware und Grün ist das Lager der neuen Riemenscheibe. Alle Maße sind in mm. Der zusätzliche Raum ist, weil das ursprüngliche Rollenlager breiter war.

Dies ist der Pfad, dem das Kabel folgt:

Ich habe viele Seiten durchgesehen und bin mir nicht sicher, wie ich das angehen soll. Das Problem ist nicht vollständig Scherspannung. Ich habe wertvolle Informationen über die Biegebegrenzungen von Rundstangen (Achsen) gefunden. Das Gewicht der Tür beträgt ungefähr 60 kg (wie natürlich das Gewicht) und die Last wird auf jede Seite der Tür verteilt.

Ich vermute intuitiv, dass dies der Fall sein wird, aber dann ist meine mechanische Intuition nicht so weit fortgeschritten (ich bin Elektronikingenieur). Kurz gesagt, trägt die 10-mm-Achse (Baustahl) das Gewicht? Oder brauche ich etwas mehr ausgehärtetes Material?

beam bearings

— John
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Hält diese Rolle das gesamte Gewicht von 60 kg oder gibt es zwei Rollen, so dass nur etwa 30 kg Spannung sichtbar sind? Verlässt das Kabel die Riemenscheibe um 180 Grad oder um 90 Grad? Dies wirkt sich auf die resultierende Kraft auf die Baugruppe aus Achse und Riemenscheibe aus. FWIW, im Allgemeinen wird das Biegen für eine so kurze Spanne nicht gelten und Scherung ist der einzige wahrscheinliche Fehlermodus. Wenn der Motor plötzlich startet und stoppt, ist es ratsam, einen Multiplikator zur statischen Last hinzuzufügen, um dies darzustellen. Die Verdoppelung der Ladung ist eine einigermaßen konservative Faustregel.

— Ethan48

Ja, es hält das gesamte Gewicht (naja, halt nur das Gewicht, da ich kommentiert habe, dass die Ladung auf zwei Gegengewichte an jeder Seite der Tür verteilt ist). Ich werde der Frage eine Zeichnung hinzufügen, aber die Riemenscheiben reduzieren die Last nicht. Das Kabel folgt der Rolle um 90 °.

— Jcoppens

OK, also mit einer Spannung von 30 kg im Kabel haben Sie ~ 1,4 * 30 kg resultierende Last auf jeder Achse.

— Ethan48

Ja. Mit dem von Ihnen vorgeschlagenen Sicherheitsfaktor und unter Berücksichtigung der Reibung der Gegengewichte in ihrer Einhausung erreicht sie möglicherweise einen Spitzenwert von etwas mehr.

— Jcoppens

Ein guter Anfang wäre, die Tatsache außer Acht zu lassen, dass die Last auf einen kleinen Teil der Welle verteilt ist, und das Problem als eine grundlegende "Dreipunktbiegung" eines einfach abgestützten Trägers mit einer Mittellast zu betrachten.

Für diesen Lastfall ist die Belastung ( ) gegeben durch: $\sigma_{max}$

σ_{m a x} = \frac{P * L}{4 Z}

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

Wobei die Last in der Mitte der Welle ist, der Abstand zwischen den Stützen ist und das Widerstandsmoment ist. Für einen Rundträger / eine Welle: $P$ $L$ $Z$

Z = 0.78 r^{3}

$Z = 0.78r^3$

Bei Weichstahl liegt die Streckgrenze wahrscheinlich bei etwa 240 MPa

Wenn diese Analyse ein akzeptables Ergebnis liefert, sollten Sie in Ordnung sein, da die Verteilung der Last auf die Lagerbereiche zu geringeren maximalen Spannungen führt.

— DLS3141
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Dies ist nur die Biegeprüfung, oder?

— Ethan48

@ Ethan48 Ja. Das OP wies darauf hin, dass die Analyse des Biegens in einer runden Welle das Hauptproblem war.

— DLS3141

Ok ... Mit ungefähren Werten würde dies 600 * 0,026 / (4 * 0,78 * 0,005 ^ 3) = 40 MPa ergeben, richtig? (26 mm Balkenlänge, 60 kg Last, 10 mm Schaftdurchmesser) Also wäre ich mehr als OK ...

— jcoppens

Ich sehe jeden Tag solche praktischen Anwendungen, und diese Anordnung erscheint mir absolut in Ordnung. Ihr Hauptanliegen ist die Montage der Lager, die je nach Zustand und Toleranzen der Welle und der Riemenscheiben mehr oder weniger einfach sind.

— Chris Johns

Danke Chris. Ich halte mich für einen ziemlich praktischen Typ, und obwohl ich die meiste Zeit am Computer gearbeitet habe, habe ich zu Hause viele mechanische / bauliche Arbeiten erledigt.

— Hin und wieder