[工学]03扭转.ppt

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[工学]03扭转

2. 最大剪应力及单位扭转角 h 3 b h t 1 T t max 注意! b 其中: 其中:It—相当极惯性矩。 注意! 对于W t 和 It ,多数教材与手册上有如下定义: 查表求? 和? 时一定要注意,表中? 和? 与那套公式对应。 h 3 b h t 1 T t max 注意! b [例9] 一矩形截面等直钢杆,其横截面尺寸为:h = 100 mm, b=50mm,长度L=2m,杆的两端受扭转力偶T=4000N·m 的作用,钢的G =80GPa ,[?]=100M Pa,[?]=1o/m ,试校核此杆的强度和刚度。 解:①查表求 ? 、? ②校核强度 ③校核刚度 综上,此杆满足强度和刚度要求。 一、在变速箱中,为什么低速轴比高速轴粗? 二、当单元体上同时存在剪应力和正应力时,剪应力互等定理是否成立?为什么? 三、铝制空心圆管,外径D=100mm,内径d=80mm,长度L=2.5m。铝的剪切弹性模量G=28GPa。 ① 若圆管两端受力偶矩作用产生纯扭转,试求当最大剪应力为50MPa时的扭转角。 ② 对于承受相同力偶矩并产生相同最大剪应力的铝制实心轴,其直径 应为多大? ③ 求空心管与实心轴的重量之比。 练 习 题 解: ① ② ③ 两者材料、长度相同,重量之比等于横截面面积之比: ⑤ 确定最大剪应力: 由 知:当 WP — 抗扭截面系数(抗扭截面模量), 几何量,单位:mm3或m3。 对于实心圆截面: 对于空心圆截面: 三、等直圆杆扭转时斜截面上的应力 低碳钢试件: 沿横截面断开。 铸铁试件: 沿与轴线约成45?的螺旋线断开。 因此还需要研究 斜截面上的应力。 1. 点M的应力单元体如图(b) (a) M (b) ′ ′ (c) 2. 斜截面上的应力; 取分离体如图(d): (d) ? ′ ? x (d) ? ′ ? x n t 转角α规定: x轴正向转至截面外法线 逆时针:为“+” 顺时针:为“–” 由平衡方程: 解得: 分析: 当? = 0°时, 当? = 45°时, 当? = – 45°时, 当? = 90°时, ′ 45° 由此可见:圆轴扭转时,在横截面和纵截面上的剪应力为最大值;在方向角? = ? 45?的斜截面上作用有最大压应力和最大拉应力。根据这一结论,就可解释前述的破坏现象。 四、圆轴扭转时的强度计算 强度条件: 对于等截面圆轴: ([?] 称为许用剪应力。) 强度计算三方面: ① 校核强度: ② 设计截面尺寸: ③ 计算许可载荷: [例2] 功率为150kW,转速为15.4转/秒的电动机转子轴如图,许用剪应力 [?]=30M Pa, 试校核其强度。 T m 解:①求扭矩及扭矩图 ②计算并校核剪应力强度 ③此轴满足强度要求。 D3 =135 D2=75 D1=70 A B C m m x [例3] 图示阶梯圆轴,受力如图。已知该轴大端直径为D=60mm,小端直径为d=40mm,材料的许用应力为 ,试校核该轴的强度。 解:1.内力分析:画扭矩图如图所示。 2.应力分析及强度条件: 故强度不够。 [例4] 横截面相等的两根圆轴,一根为实心,许用剪应力为 ,另一根为空心,内外直径比 ,许用剪应力为 ,若仅从强度条件考虑,哪一根圆轴能承受较大的扭矩。 解:两根圆轴横截面相等,即 (1) ∵ 联合(1)、(2)式得: 说明第二根圆轴能承受较大的扭矩。 若两轴的材料也相同,则: 说明第二根圆轴能比第一能根圆轴承受较大的扭矩。 ∴ (2) §3.5 圆轴扭转时的变形 一、扭转时的变形 由公式 知:长为 l一段杆两截面间相对扭转角?为 二、单位长度扭转角? : 或 三、刚度条件 或 GIp 反映了截面尺寸和材料性能抵抗扭转变形的能力,称为圆轴的抗扭刚度。 [? ]称为许用单位长度扭

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