7_圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计.ppt

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§7.2受扭圆轴的扭转变形*第7章圆轴扭转时的应力变形分析以及强度和刚度设计§7.1扭转概念和工程实例1、螺丝刀杆工作时受扭。Me主动力偶阻抗力偶一、扭转的工程实例2、汽车方向盘的转动轴工作时受扭。3、机器中的传动轴工作时受扭。二、扭转的概念受力特点:杆两端作用着大小相等、方向相反的力偶,且力偶作用面垂直于杆的轴线。变形特点:杆任意两截面绕轴线发生相对转动。主要发生扭转变形的杆——轴。Me主动力偶阻抗力偶切应变?:直角的改变量从受扭的薄壁圆筒表面处截取一微小的正六面体单元体——xyzabOcddxdydztttt自动满足存在t得§7.3剪应力互等定理MeMe剪应力互等定理单元体在其两对互相垂直的平面上只有切应力而无正应力的状态称为纯剪切应力状态。dabcttttxyzabOcddxdydztttt在相互垂直的两个面上,切应力总是成对出现,并且大小相等,方向同时指向或同时背离两个面的交线。§7.4圆轴扭转时的横截面上的剪应力一、实验观察1)在圆轴的外表面上纵向作平行直线2)在圆轴的外表面上横向作平行圆周线abcdabcdabcda′b′c′d′a′b′c′d′MM3)在圆筒的两端加上外力偶矩M。4)观察变形abcd→a′b?′?c?′?d?′提出假设:ac、bd代表的是两个横截面横截面似一刚性平面,在外力偶矩作用下绕轴转过一定的角度,仍维持为圆截面。平面假设成立!1)平面假设成立2)轴向无伸缩3)纵向线变形后仍为平行直线4)横截面上同一圆周上所有的点绕轴心转过相同的角度观察到的变形:abcda′b′c′d′dxbdacRxAdxρxMMdxx二、变形几何规律A′AA′b′d′取一小段dx圆轴研究之,如上图示OO外表面上:b→b′内部A:?A→A′dxbdacRxAdxρxA′AA′b′d′★同一截面上(选择了参考面后),相同---单位长度上横截面的相对扭转角★变形几何规律三、物理关系当时(剪切胡克定律)剪应力分布规律:3)从变形可以看出,没有长度的变化,只有相对的转动,横截面上点沿圆周线位移,tr与半径线垂直,且顺着T的方向。1)同一截面上,tr与r成正比,即tr沿半径线线性分布2)同一截面上,tr在同一圆周上有相同的大小。TτTdxbdacRxAA′b′d′xTD五、静力关系横截面上内力系合成的结果TT内力合力T令横截面对形心的极惯性矩仅与图形的面积分布有关而与外界条件无关,反映截面性质的量。抗扭截面系数,与截面的大小、形状、尺寸等有关。六、公式的适用范围1、圆轴扭转2、弹性范围内五、IP、WP的计算D1、实心圆轴2、空心圆轴应力公式1)横截面上任意点:2)横截面边缘点:其中:d/2ρOT抗扭截面模量D/2OTd/2空心圆实心圆小结例题1实心圆轴的直径D=100mm,长L=1m,两端受力偶矩m=14KN.m作用,设材料的剪变模量G=80GPa,求:1)最大剪应力τmax;2)图示截面上A、B、C三点剪应力的数值及方向;3)若将圆轴在保持截面面积A相同时改为d/D=1/2的空心圆轴,其最大剪应力τmax。mmABCABC解:1)T=m=14KN.m2)3)A相同,空心率d/D=1/2最大应力下降了30.7%!解:(1)计算外力偶矩、扭矩由截面法(2)计算极惯性矩,AC段和CB段横截面的极惯性矩分别为 (3)计算应力 ,例AB轴传递的功率为,转速。如图所示,轴AC段为实心圆截面,CB段为空心圆截面。已知。试计算AC以及CB段的最大切应力。2、设计截面尺寸:3、设计载荷:§7.5圆轴扭转强度条件:1

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