5-4-2扭矩和扭矩图(精)
材料力学-扭转1ppt课件
横截面上 —
max
T IP
max
IP
T
max
T WP
Ip—截面的极惯性矩,单位:m4 , mm 4
WP
Ip
max
WP —抗扭截面模量,单位:m3, mm3.
整个圆轴上——等直杆:
max
Tm a x WP
三、公式的使用条件: 1、等直的圆轴, 2、弹性范围内工作。
30
四、圆截面的极惯性矩 Ip 和抗扭截面系数Wp
d
dx
d / dx-扭转角变化率
二)物理关系:
弹性范围内 max P
G → G
G
d
dx
方向垂直于半径。
28
三)静力关系:
T A dA
T A dA
G d 2dA dx A
I p
2dA
A
Ip
横截面对形心的极惯性矩
T
GI p
d
dxp
29
二、圆轴中τmax的确定
结论:
横截面上 0, 0 0 0
根据对称性可知剪应力沿圆周均匀分布;
t D, 可认为剪应力沿壁厚均匀分布,
且方向垂直于其半径方向。
t
D
20
3、剪应力的计算公式:
T
AdA.r0
2 0
r0
2td
r02t2
d
T
2r0 2t
薄壁圆筒横截面上的剪应力计算式
21
二、关于剪应力的若干重要性质
例题: 1、一传动轴作200r/min的匀速转动,轴上装有五个轮子。 主动轮2输入的功率为60kW,从动轮1、3、4、5依次输出的 功率为18kW、12kW、22kW和8kW。试作出该轴的扭矩图。
扭矩
题9-11图题9-12图
9-12图示矩形截面杆,两端受集中力偶矩 的作用,沿杆全长作用有均布力偶,其集度 。已知: , 。⑴作矩形杆的扭矩图。⑵求矩形杆的最大切应力。
解(1)画出扭矩图如图所示。
Tmax=12N·m
(2)计算矩形杆的最大切应力
1.5
查表9-2可得 = 0.231
(2)轴内的最大切应力。先计算
IP= = mm4= 16.62×103mm4
再计算 = MPa = 15.8 MPa
位于AB段轴的外表面。
(3)截面C相对截面A的扭转角
rad
=0.023 rad
(空14行)(空14行)
题9-5图题9-6图
9-6变截面圆轴承受外力偶作用,如图所示。AB段和BC段轴的直径分别为d1和d2,且 ,材料的切变模量为G。若已知Me=0.5kN•m,a=100mm,G=80GPa,d2=60mm。试求:⑴横截面上最大的切应力;⑵A截面相对C截面的扭转角。
MB= 9549 = 9549× N·m = 636.6 N·m
MC= 9549 = 9549× N·m = 954.9 N·m
再画出两轴的扭矩图如图示。由图可知:a图T的最大值为954.9N·m;b图T的最大值为1591.5N·m。因此,图a为合理布置的形式。
9-3图示空心圆轴,外径D=50mm,内径d=20mm,两端受外力偶矩Me= 1kN•m作用,材料的切变模量G= 80GPa。试求:⑴横截面上距圆心25mm处A点的切应力和切应变;⑵截面切应力最大值和最小值,并作应力分布图。
= MPa =122.2MPa
(4)AB轴的最大切应力应在DC段的表面
= MPa =238.8 MPa
材料力学 第4章_扭转
d x d z d y d y d z d x 0
返回
4. 切应力互等定理
切应力互等定理: 也称切应力双生定理, 指在单元体相互垂直的两 个面上,切应力必成对存 在,且数值相等;两者都 垂直于两个平面的交线, 方向共同指向或背离这一 交线。
纯剪切
BC B
TCD mB mC 700N m
(b)
TDA mA 1146N m
可见:主动轮与从动轮位置不 同,轴内最大扭矩也不同,显 然(a)方案比(b)方案合理。
返回
§4.3 圆轴扭转时的应力与强度条件
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一、薄壁圆筒扭转时的切应力 1. 变形现象 圆周线大小、形状、间距 不变,纵向线相同倾斜。 2. 横截面上应力分析 因纵向纤维无正应变, 有角应变,因此横截面上 无,有, 与圆周相切。 又因壁很薄,可近似认 为沿壁厚应力相等。
第4章 扭转
第4章 扭转
§4.1 扭转的概念 §4.2 外力偶矩、扭矩和扭矩图
§4.3 圆轴扭转时的应力与强度条件
§4.4 圆杆扭转时的变形及刚度条件
§4.5 非圆截面杆的扭转概念
§4.1 扭转的概念
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工程中的受扭转杆件
拧紧螺母的工具杆产生扭转变形
返回
工程中的受扭转杆件
返回
工程中的受扭转杆件
r
d dx
横截面上任一点的 ⊥半 径,并与该点到轴线的距离 成正比。
返回
4. 应力公式 静力关系
T
dA
横截面上分布内力系对 圆心的矩等于扭矩T。
T d A A d d 2 G d A G d A A dx dx A
材料力学:第5章:扭转
d
dx d
在外表面上
d dx
d r dx
2. 物理关系 根据剪切胡克定律, 当剪应力不超过材料 的剪切比例极限时
G
剪应力方向垂直于半径
d G dx
3.静力学关系
dA
dA T
A
o
dA
d G dx dA T A d 2 G dA T dx A
2
I p dA 极惯性矩
d T 则 dx G I p
A
令 I p dA
2 A
d G T T G G Ip Ip dx
d T dx G I p
W = m 2 n
(1) = (2) 得 N×1000× 60 = m 2 n
(2)
N m 9549 n
N ─ kW n ─ rpm m ─ N m N ─ PS n ─ rpm m ─ N m
N m 7024 n
§5-2 扭矩和扭矩图
Ip
极惯性矩:
32 4 4 4 (D d ) D 4 (1 ) 空心圆: I p 32 32 抗扭截面模量: 3 d 实心圆: Wt 16 3 D 4 (1 ) 空心圆: Wt 16
实心圆: I p
d
4
二、圆轴扭转时的变形
d T d x GI p T d dx GI p
d
T dx GI p l
Tl 若T const,则 GIp
Nl l EA
圆轴扭转时的强度条件和刚度条件
强度条件:
刚度条件:
圆轴的扭转工程力学
偶,其力偶矩T称为截面1-1上的扭矩。
扭矩的单位与外力偶矩的单位相同,常用的单位为牛米(N·m) 及千牛米(kN·m)。
下一页 返回
3.2 扭矩和扭矩图
扭矩的正负号用右手螺旋法则判定:将扭矩看做矢量,右手 的四指弯曲方向表示扭矩的转向,大拇指表示扭矩矢量的指 向。若扭矩矢量的方向离开截面,则扭矩为正(图7-3a、b); 反之,若扭矩矢量的方向指的截面,则扭矩为负(图7-3c、d)。 这样,同一截面左右两侧的扭转,不但数值相等,而且符号 相同。
第三章 圆轴扭转
3.1 扭转的概念和外力偶矩的计算 3.2 扭矩和扭矩图 3.3 圆轴扭转时的应力与强度条件 3.4 圆轴扭转时的变形及刚度条件 小 结
返回
3.1 扭转的概念和外力偶矩的计算
3.1.1 扭转的概念
机械中的轴类零件往往承受扭转作用。 杆件产生扭转变形的受力特点是:在垂直于杆件轴线的平面
3.3.2 圆截面极惯性矩IP及扭转截面系 数WP的计算
1. 实心圆截面
对实心圆截面,可取半径为ρ,宽度为dρ的圆环形微面积
(图3-6),dA=2πρdρ , 则实心圆截面的极惯性矩IP为
IP
A
2dA
D 0
/
2
2
3d
=
D 4
32
≈0.1D4
实心圆截面的抗扭截面系数WP为
WP
IP D/2
D 3
3.1.2 外力偶矩的计算
为了求出圆轴扭转时截面上的内力,必须先计算出轴上的外力偶
矩。在工程计算中,作用在轴上的外力偶矩的大小往往是不直接
给出的,通常是给出轴所传递的功率和轴的转速。第4章已述功率、
轴的扭转--外力,扭矩
垂直截面上的应力关系
k
切应力关系
F
2
sin 2
A A m k k p
F k
k
n
F
90
2
sin 2
F
90 0
F
切应力互等定理:
p
k t
在任意两个相互垂直截面上,切应力必同时存在, 它们的大小相等,方向共同指向或背离两截面的交线。
即:
对给定的截面,与成正比
O
x
q R O2 B' d B C' C q dx
T
的方向:与半径垂直
A
O1 A'
p
(3) 静力学方面 由合力矩定理
T
d dA T dA A G A dx d d 2 G A dA G I p dx dx
Ip
D 4
32
Wp
Ip D2
D 3
16
塑性材料
脆性材料
三、圆轴扭转时的强度计算
1. 强度条件
max
T max Wp
[ ]
式中[]——材料的许用切应力, 塑性材料[]=0.5~0.7[σ],脆性材料[]=0.8~1.0[σ]
2. 强度计算的三类问题
(1) 校核强度; (2) 选择截面;
4
2
0
r 2 rd dr
D 4
32
z
d 4
32
dr dA=rd d r d y
即
Ip
d 式中 D
Wp
材料力学件扭转
第98页/共51页
例3-2-3 已知:一传动轴, n =300r/min,主动轮输入
P1=500kW,从动轮输出 P2=150kW,P3=150kW,P4=200kW,试绘
制扭矩图。
1
2
3
m2
m3
m1
m4
解:①计算外力偶矩
m1
9.55
P1 n
9.55
500 300
1
15.9(kN m)
(2) 利用精确的扭转理论可求得
max
D3
16
T
(1 4 )
180 103
0.293
1
230
16 290
4
62.2MPa
第321页/共51页
例3-4-2:一空心圆轴,内外径之比为α=0.5,两端受扭
转力偶矩作用,最大许可扭矩为T,若将轴的横截面面积
增加一倍,内外径之比仍保持不变,则其最大许可扭矩为
[ ]
故轴的强度满足要求。
第343页/共51页
若将空心轴改成实心轴,仍使 max 97.5MPa ,则
max
Tmax Wp
1.98103
d 3 /16
97.5MPa
由上式解出:d=46.9mm。
空心轴与实心轴的截面面积比(重量比)为:
A空 (D2 D 2t2 ) d 2 0.334 1
T
dx Tl
(若T 值不变)
0 GI p
GI p
对于阶梯轴,两端面间相对扭转角 为
n
Tili
GI i1
p第i 376页/共51页
二、单位扭转角: d T (rad/m)
dx GI p
或
材料力学扭转(共56张PPT)
例题: :空心轴和实心轴材料相同,面积相同, α= 0.5。试比较空心轴和实心轴的强度和刚度情况。
解: 1〕确定两轴尺寸关系
面积相同 (1)校核空心轴及实心轴的强度〔不考虑键槽的影响〕;
扭转角单位:弧度〔rad〕 在B、C轮处分别负载N2=75kW,N3=75kW。
D1 d1
D d 2 2可G、I见P扭—在矩—载计抗荷算扭相1、2刚同符度的号。条规件定下和,扭空矩2心图轴绘的制重量仅为实2心轴的31% 。
1、扭转杆件的内力〔截面法〕
m
m
左段:
mx 0, T m 0
T m
右段:
m x
0,
mT 0
T m
m
Tx
T
m
x
内力偶矩——扭矩 T
2、扭矩的符号规定:按右手螺旋法那么判断。
+
T
T
-
3、内力图〔扭矩图〕
扭矩图作法:同轴力图:
例题: 1、一传动轴作200r/min的匀速转动,轴上装有五个轮子。主动轮 2输入的功率为60kW,从动轮1、3、4、5依次输出的功率为18kW、 12kW、22kW和8kW。试作出该轴的扭矩图。
二、 扭转杆的变形计算
1、扭转变形:〔相对扭转角〕
d T
dx GI P
扭转变形与内力计算式
d T dx
GIP
T dx
L GIP
1) 扭矩不变的等直轴
Tl GI p
扭转角单位:弧度〔rad〕 GIP——抗扭刚度。
2)各段扭矩为不同值的阶梯轴
Tili GI pi
3)变截面轴
T (x) dx l GI p (x)
2)、设计截面尺寸:
T
Ip
材料力学--外力偶矩的计算 扭矩和扭矩图 ppt课件
ppt课件 22
§3.4 圆轴扭转时的应力
例题3.4 已知:P=7.5kW, n=100r/min,最大切应力不 得超过40MPa,空心圆轴的内外直径之比 = 0.5。二轴长度相同。
求: 实心轴的直径d1和空心轴的外直径D2;确 定二轴的重量之比。 解: 首先由轴所传递的功率计算作用在轴上的扭矩
d1
A
M e1
C
M e2
d2
B M e3
解:1.外力偶矩
P 400 1 T1 M e1 9549 9549 7640 N m n 500 240 T2 M e 3 T1 4580N m 400
ppt课件 31
§3.5
2.扭矩图
圆轴扭转时的变形
d1
A
M e1
d 0.945 D Wt 0.2 D3 (1 4 ) 0.2 8.93 (1 0.9454 ) 29 cm3
(2) 强度校核
max
T 1930 6 66.7 10 Pa 6 Wt 29 10 66.7MPa [ ]ppt 课件 70MPa
3 2
d2=23 mm
长度相同的情形下,二轴的重量之比即为横截面面积之比:
A1 d 1 45 10 2 = 1.28 2 3 2 A2 D2 1 46 10 1 0.5
ppt课件 24
§3.4 圆轴扭转时的应力
例题3.5 已知:输入功率P1=14kW,P2= P3=P1/2, n1=n2=120r/min, z1=36,z3=12;d1=70mm, d 2=50mm, d3=35mm.[]=30MPa。.
扭矩的符号规定PPT课件
斜截面上应力的计算公式
45 45 max
45
45 min
max
45
min
45
-
41
3.4.3 强度条件
1、强度条件: max[]
等截面圆轴:
max
Tmax Wp
2、强度条件应用:
变截面圆轴:
max
T
Wp
max
1)校核强度:
max
Tm ax WP
≤
2)设计截面尺寸:
了相对转动。表明横截面仍保持平面,且大小、形状不变(平面假设)。
②各纵向线长度不变,但均倾斜了同一微小角度 。
③所有矩形网格均歪斜成同样大小的平行四边形。
-
24
薄壁筒扭转时,因长度不变,故横截面上没有正应力,只有切应力。因筒 壁很薄,假设切应力沿壁厚均匀分布,切应力沿圆周切线方向,与扭矩转向相 同。
AdAr0 T
r 0 A d A r 0 2r 0 t T
T
2Tr02
t
T 2 A0
t
A0 为平均半径所作圆的面积。
-
25
3.3.2 切应力的若干重要性质
1、剪切虎克定律
l
j
做薄壁圆筒的扭转试验可得
j为扭转角 jr0 l
r0j 即j
l
T——
T
2 r02 t
j
r0 j
l
-
26
剪切虎克定律 在弹性范围内切应力与切应变
-
30
变形规律: 圆周线——形状、大小、间距不变,各圆周线只是绕轴线转动了一个不同的角度
纵向线——倾斜了同一个角度,小方格变成了平行四边形 平面假设:变形前的横截面,变形后仍为平面,且形状 、大小以及间距不变,半
材料力学-第4章 扭转
材料力学-第4章 扭转
圆轴扭转横截面上的应力
变 形
O
dx
ρ
R A
d
O’
( ) G G
d
dx
应变特征
B B´
A
B B´
应力分布
C
C
D D´
D D´
应力公式
BB Rd G G G AB dx
19
材料力学-第4章 扭转
圆轴扭转横截面上的应力
材料力学
第四章 扭 转
1
材料力学-第4章 扭转
内容提纲:
• • • • • • • • 概述及示例 外力偶矩、扭矩和扭矩图 圆轴扭转横截面上的应力 圆轴扭转破坏与强度条件 圆轴扭转变形与刚度条件 扭转静不定问题 非圆截面轴扭转 薄壁杆扭转
2
材料力学-第4章 扭转
概述及示例
3
材料力学-第4章 扭转
9
材料力学-第4章 扭转
扭力偶矩计算与扭矩
• 在工程中,功率常用千瓦 Pkw (kW) 或马力 P 给出,角 速度用转速 n(r/min (转/分钟)) 给出,则外力偶矩的计算 公式为
PkW M e 9549 nr /min M e 7024 P 马力 nr /min
1 Pkw (千瓦) 1000 N m /s 1 P (马力) 735.5 N m /s
45o
32
材料力学-第4章 扭转
圆轴扭转破坏与强度条件
从破坏类型可见,对于脆性材料(如铸 铁),其破坏机理是斜截面上的最大拉应力 因此,本质上讲,应对斜截面上的正应力 进行强度计算。然而,由于斜截面上的正应力和 横截面上的剪应力间有固定的关系,所以,习惯 上仍按最大剪应力进行强度计算
材料力学(扭转)
τ
dy
τ
τ´
c
t
z
dx d
3 剪切胡克定律
τ =τ′
当τ ≤τp ,切应力与切应变成正比关系
τ = G ⋅γ
剪切弹性模量
26
§3–4 等直圆杆扭转时的应力和变形
一 等直圆杆横截面应力
①变形几何方面 ②物理关系方面 ③静力学方面
27
无数薄壁圆筒
表
里
28
等直圆杆扭转实验观察: 1. 平截面假设; 2. 轴向无伸缩; 3. 纵向线变形后仍平行。
P P
二 受力特点 构件两端受到两个在垂直于轴线 平面内的力偶作用,两力偶大小 相等,转向相反。
3
三 变形特点 各横截面绕轴线发生相对转动 即:任意两截面间有相对的角位移 — 扭转角
扭转角(ϕAB):B截面绕轴线相对A截面转动的角位移。 切应变(γ):直角的改变量。
ϕAB
A
O B
A
γ
O
B
M
M
4
四轴 工程中以扭转为主要变形的构件。如:机器中的传动轴、 石油钻机中的钻杆等。
γ =ϕ⋅RL
l
2 剪切胡克定律
τT
当τ ≤τp ,切应力与切应变成正比关系
τ = G ⋅γ
剪切弹性模量 Pa
ϕγ
21
剪切弹性模量、弹性模量和泊松比是表明材料弹性性质的三个 常数。对各向同性材料,这三个弹性常数之间存在下列关系
G= E
2(1 + ν )
22
一 受力特点 构件两端受到两个在垂直于轴线平面内的力偶作用,两力偶 大小相等,转向相反。
24
三 薄壁圆筒的扭转 1 实验结论 ① 无轴向正应力 ② 无径向正应力 ③ 切应力环向均布 ④ 切应力径向均布
材料力学-第四章 扭转_1
该轴满足强度条件的要求。
§5-5圆轴的扭转变形与刚度条件
d T d x GI p
T d dx GI p
T dx GI p l
d
Tl 若T const,则 GIp
比较拉压变形:
Nl l EA
公式适用条件:
1)当p(剪切比例极限)公式才成立
2)仅适用于圆杆(平面假设对圆杆才成立)
扭矩T的符号规定:
n
n
T Me
㈩
T Me
㈩
[例5-1]图示传动轴,主动轮A输入功率NA=50 马力,从 动轮B、C、D输出功率分别为 NB=NC=15马力 ,ND=20马 力,轴的转速为n=300转/分。作轴的扭矩图。
解:
NA 50 M A 7024 7024 1170 N m n 300 NB 15 M B M C 7024 7024 351 Nm n 300 NC 20 M D 7024 7024 468N m n 300
外表面dx rd d r dx
横截面上距形心为 的任一点处应变
d
dx d d
dx
(a)
2. 物理关系
剪应力方向垂直于半径。根据剪切胡克定律, 当剪 应力不超过材料的剪切比例极限时 d G G (b) dx
(5-6) (5-7)
max
Wt
T max T Wt Ip
Ip
max
(抗扭截面模量 )
max
max
4.圆与圆环的极惯性矩 I p和抗扭截面模量 Wt
Ip
d /2
0
Байду номын сангаас
扭矩和扭矩图
n——轴的转速,单位为r/min。
2. 扭矩和扭矩图
Me
Me
Me
由于左端有外力偶作用,为使其保持平衡,m—m截 面上必存在一个内力偶矩。它是截面上分布内力的合力 偶矩,称为扭矩,用T来表示。
Me
由平衡方程 T-Me=0
得
T=Me
若取右段为研究对象,也可得到相同的结果,但
扭矩的转向相反。
Me
Me
建筑力学
扭矩和扭矩图
扭矩和扭矩图
1. 外力偶矩的计算
工程中作用于轴上的外力偶矩一般不直接给出, 而是由轴的转速和轴所传递的功率进行计算。
若轴的转速为n(单位为r/min),轴的功率 为P(单位为kW),则外力偶矩为
Me
9549
P n
式中:Me——轴上某处的外力偶矩,单位为N·m; P——轴上某处输入或输出的功率,单位为kW;
3
3
MeD
3) 绘制扭矩图。
350
223 573
T图(N.m)
最大扭矩发生在CA段轴的各个截面上,其值为|Tmax| =573N·m。
建筑力学
谢谢观看!
M eA
9545
PA n
9549
29kW 300r/min
923N m
M eB
9549
PB n
9549
7kW 300r/min
223 N m
M eC
M eD 9549
PC n
9549 11kW 300r/min
350 N m
2) 计算各段轴内横截面上的扭矩。
MeB
1
MeC
MeA
MeD
由平衡方程
1
MeB
扭矩和扭矩图_工程力学_[共2页]
扭转 102 第7章7.1外力偶矩、扭矩和扭矩图7.1.1 外力偶矩的计算工程实际中,往往不直接给出轴所承受的外力偶矩(又称转矩),而是给出它所传递的功率和转速,其相互间的关系为9550P M n = (7.1) 式中:M —作用在轴上的外力偶矩,N ·m ;P —轴所传递的功率,kW ;n —轴的转速,r/min 。
7.1.2 扭矩和扭矩图确定了外力偶矩之后,便可计算内力。
研究轴扭转时横截面上的内力仍然用截面法。
以传动轴为例说明内力的计算方法。
图7-3(a )所示圆轴AB在外力偶作用下处于平衡状态,为求其内力,可用横截面法在任意横截面1-1处将轴分为两段。
取左段为研究对象,如图7-3(b )所示,为保持平衡,1—1截面上的分布内力必组成一个力偶M n ,它是右段对左段作用的力偶。
由平衡条件0x M =∑, 0n M T −=得 n M T =M n 是横截面上的内力偶矩,称为扭矩。
如取右段为研究对象,如图7-3(c )所示,则求得1—1截面的扭矩将与上述扭矩大小相等,转向相反。
为使上述两种方法在同一截面上所得扭矩正负号一致,现做如下规定:按右手螺旋法则,将扭矩用矢量(双箭头)表示,其指向离开截面者为正扭矩,反之为负扭矩。
按此规定,图7-3(b )、(c )所示扭矩均为正值。
在一般情况下,轴内各横截面的扭转不尽相同。
为了形象地表示扭矩沿轴线的变化情况,亦可采用图线表示。
表示扭矩沿轴线变化情况的图线,称为扭矩图。
作图时,以平行于轴线的坐标表示横截面的位置,垂直于轴线的另一坐标表示扭矩。
下面举例说明扭矩的画法。
例7-1 图7-4(a )所示轴,已知转速n = 995 r/min ,功率由主动轮B 输入,P B = 100 kW ,通过从动轮A 、C 输出,P A= 40 kW ,P C = 60 kW ,求轴的扭矩。
解:(1)外力偶矩计算。
由式(7.1)得图7-3 截面法分析扭矩示意图。
材料力学:第四章 扭转
回顾: 极惯性矩、抗扭截面系数的计算
抗扭截面系数 极惯性矩
薄壁圆管 扭转切应力
回顾: 圆轴扭转强度条件 & 应力计算公式
薄壁圆管扭 转切应力
圆轴扭转 强度条件
max
[ ] u
n
扭转极限应力τu =
扭转屈服应力ts (塑性材料) 扭转强度极限tb (脆性材料)
§5 圆轴扭转变形与刚度计算
单辉祖:材料力学Ⅰ
14
例题
例 2-1 MA=76 Nm, MB=191 Nm, MC=115 Nm, 画扭矩图 解:用截断法,列力偶
矩平衡方程,和x轴正向 相同者取正 (1) 1-1截面
单辉祖:材料力学Ⅰ
(2) 2-2截面 T2 MC 115 N m
(3) 画扭矩图
15
§3 圆轴扭转横截面上的应力
单辉祖:材料力学Ⅰ
64
薄壁杆扭转
开口与闭口薄壁杆
截面中心线
-截面壁厚平分线
薄壁杆
-壁厚<<截面中心线 长度的杆件
闭口薄壁杆
-截面中心线为封闭曲线的薄壁杆
开口薄壁杆
-截面中心线为非封闭曲线的薄壁杆
单辉祖:材料力学Ⅰ
65
闭口薄壁杆扭转应力与变形
假设 切应力沿壁厚均匀分布, 并平行于中心线切线 应力公式
单辉祖:材料力学Ⅰ
62
例题
例 7-1 试比较闭口与开口薄壁圆管的抗扭性能,设 R0=20d
解:1. 闭口薄壁圆管
2. 开口薄壁圆管
3. 抗扭性能比较
单辉祖:材料力闭学Ⅰ口薄壁杆的抗扭性能远比开口薄壁杆好
63
§8 薄壁杆扭转
开口与闭口薄壁杆 闭口薄壁杆扭转应力与变形 开口薄壁杆扭转简介 薄壁杆合理截面形状 例题
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n——轴的转速,单位为r/min。
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2. 扭矩和扭矩图
Me Me
Me
由于左端有外力偶作用,为使其保持平衡,m—m截 面上必存在一个内力偶矩。它是截面上分布内力的合力 偶矩,称为扭矩,用T来表示。
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M教学资源库
若取右段为研究对象,也可得到相同的结果,但
得
T2 (M eC M eB ) 573N m
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3
3
由平衡方程
MeD
T3 M eD 0
得
T3 M eD 350N m
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3) 绘制扭矩图。
350
223
573
T图(N.m)
最大扭矩发生在CA段轴的各个截面上,其值为|Tmax| =573N· m。
扭矩的转向相反。
Me Me
Me T
T=Me
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为了使同一截面上扭矩不仅数值相等,而且符号 相同,对扭矩T的正负号作如下规定: 使右手四指的握向与扭矩的转向一致,若拇指指向 截面外法线,则扭矩T为正,反之为负。
Me
T
Me
Me
Me
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为了直观地表示出轴的各个截面上扭矩的变化规 律,与轴力图一样用平行于轴线的横坐标表示各横截 面的位置,垂直于轴线的纵坐标表示各横截面上扭矩 的数值,选择适当的比例尺,将扭矩随截面位置的变 化规律绘制成图,称为扭矩图。
5- 4 - 2
扭矩和扭矩图
1. 外力偶矩的计算
工程中作用于轴上的外力偶矩一般不直接给出,
而是由轴的转速和轴所传递的功率进行计算。
若轴的转速为n(单位为r/min),轴的功率 为P(单位为kW),则外力偶矩为
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P M e 9549 n
式中:Me——轴上某处的外力偶矩,单位为N· m; P——轴上某处输入或输出的功率,单位为kW;
【解】 1) 计算外力偶矩。 轴上的外力偶矩为
M eA PA 29 kW 9545 9549 923 N m n 300 r/min
M eB
M eC
PB 7kW 9549 9549 223 N m n 300 r/min
PC 11kW M eD 9549 9549 350 N m n 300 r/min
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2) 计算各段轴内横截面上的扭矩。
MeB
1
MeC
MeA
MeD
1
由平衡方程
MeB
T1
得
T1 M eB 0
T1 -M eB -223N m
T1为负值,表示假设的扭矩方向与实际方向相反。
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x
MeB
MeC
2
MeA
MeD
2
MeB MeC
由平衡方程
T2 M eC M eB 0
在扭矩图中,把正扭矩画在横坐标轴的上方,负
扭矩画在下方。
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【例】 已知传动轴的转速n=300r/min,主动 轮A的输入功率PA=29kW,从动轮B、C、D的输出功 率分别为PB=7 kW,PC=PD=11kW。试绘制该轴的 扭矩图。
MeB MeC MeA MeD
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