机械基本-圆轴扭转.ppt

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1、第6章 圆轴扭转,主要内容:,2.扭转内力:扭矩和扭矩图,3.扭转切应力分析与计算,1.圆轴扭转的概念,4.圆轴扭转时的强度和刚度计算, , ,1.工程中发生扭转变形的构件,圆轴扭转的概念,2.扭转变形的特点： 受力特点：在垂直于杆件轴线的平面内， 作用了一对大小相等，转向相反，作用平 面平行的外力偶矩；变形特点：杆件任意两横截面都发生了绕杆件轴线的相对转动。 这种形式的变形称为扭转变形。,3.研究对象：轴(以扭转变形为主的杆件）,工程中发生扭转变形的构件,工程中发生扭转变形的构件,扭转内力:扭矩和扭矩图,1.扭转时的内力称为扭矩。截面上的扭矩与作用在轴上的外力偶矩组成平衡力系。扭矩求解仍然使

2、用截面法。,2.扭矩图：用平行于轴线的 x 坐标表示横截面的位置，用垂直于 x 轴的坐标MT表示横截面扭矩的大小，描画出截面扭矩随截面位置变化的曲线，称为扭矩图。,Me,Me,m,m,截面法求扭矩,Me,MT,Me,MT,扭矩正负规定： 右手法则,例1：主动轮A的输入功率PA=36kW，从动轮B、C、D输出功率分别为PB=PC=11kW，PD=14kW，轴的转速n=300r/min.试求传动轴指定截面的扭矩， 并做出扭矩图。,解：1)由外力偶矩的计算公式求个轮的力偶矩：,M A = 9550 PA/n =9550 x36/300 =1146 N.m,M B =M C = 9550 PB/n =

3、 350 N.m,M D = 9550 PD/n = 446 N.m,2)分别求1-1、2-2、3-3截面上的扭矩，即为 BC,CA,AD段轴的扭矩。,M1,M3,M2,M 1 + M B = 0,M 1 = -M B =-350N.m,M B + M C + M 2 =0,M 2 =-M B -M C =-700N.m,M D -M 3 = 0,M 3 = M D = 446N.m,3)画扭矩图：,x,MT,350N.m,700N.m,446N.m,对于同一根轴来说，若把主动轮A安置在轴的一端，例如放在右端，则该轴的扭矩图为：,结论：传动轴上主动轮和从动轮的安放位置不同，轴所承受的最大扭矩(

4、内力)也就不同。显然，这种布局是不合理的。,圆轴扭转时横截面上的应力,1.圆轴扭转时的变形特征:,Me,Me,1)各圆周线的形状大小及圆周线之间的距离均无变化；各圆周线绕轴线转动了不同的角度。 2)所有纵向线仍近似地为直线，只是同时倾斜了同一角度 。,平面假设：圆周扭转变形后各个横截面仍为平面，而且其大小、形状以及相邻两截面之间的距离保持不变，横截面半径仍为直线。,推断结论：,1.横截面上各点无轴向变形,故截面上无正应力。,2.横截面绕轴线发生了旋转式的相对错动，发生了剪切变形，故横截面上有切应力存在。,3.各横截面半径不变，所以切应力方向与截面半径方向垂直。,4.距离圆心越远的点，它的变形就

5、越大。在剪切比例极限内，切应力与切应变总是成正比，这就是剪切虎克定律。,因此，各点切应力的大小与该点到圆心的距离成正比，其分布规律如图所示 ：,MT,根据横截面上切应力的分布规律可根据静力平衡条件，推导出截面上任一点的切应力 计算公式如下：,极惯性矩与抗扭截面系数表示了截面的几何性质，其大小只与截面的形状和尺寸有关。工程上经常采用的轴有实心圆轴和空心圆轴两种，它们的极惯性矩与抗扭截面系数按下式计算：,实心轴:,空心轴:,例1：如图所示,已知M1=5kNm;M2=3.2kNm;M3=1.8kNm; AB=200mm;BC=250mm,AB=80mm,BC=50mm,G=80GPa。求此轴的最大切应力。,求AB、BC段扭矩,解：,根据切应力计算公式:,MAB= -5kN.m,MBC= -1.8kN.m,小结和作业,小结： 了解圆周扭转的概念 了解圆轴扭转时横截面上的应力,作业： 扭转的受力特点是什么？,