Углы закручивания по длине вала

На этой странице приведен еще один пример решения задачи по Сопромату, в которой необходимо произвести расчет вала переменного сечения (ступенчатого), нагруженного крутящими моментами. По результатам расчетов необходимо подобрать размеры вала, а также определить максимальную деформацию вала на скручивание (угол закручивания).

Результаты расчетов оформлены эпюрами крутящих моментов, касательных напряжений и углов закручивания бруса.

Студентам технических специальностей ВУЗов в качестве методической помощи предлагаются к скачиванию готовые варианты контрольных работ по сопромату (прикладной механике). Представленные задания и примеры их решения предназначены, в частности, для учащихся Алтайского Государственного технического университета.
Варианты контрольных работ можно скачать в формате Word для ознакомления с порядком решения заданий, или для распечатывания и защиты (при совпадении вариантов).

Видео:КРУЧЕНИЕ ВАЛА. Касательные напряжения. Сопромат.Скачать

КРУЧЕНИЕ ВАЛА. Касательные напряжения. Сопромат.

Расчет вала

Условие задачи:

К стальному валу, состоящему из 4-х участков длиной l1…l4 приложено четыре сосредоточенных момента М1…М4 (см. рис. 1 ).

Углы закручивания по длине вала

Требуется:

Построить эпюру крутящих моментов Мкр , подобрать диаметр вала из расчета на прочность, построить эпюру максимальных касательных напряжений τmax , построить эпюру углов закручивания φ вала и определить наибольший относительный угол закручивания вала.

Исходные данные:
Указания:

Вычертить схему вала в соответствии с исходными данными.
Знаки моментов в исходных данных означают: плюс – момент действует против часовой стрелки относительно оси Z , минус – по часовой стрелке (см. навстречу оси Z ). В дальнейшем значения моментов принимать по абсолютной величине.
Участки нумеровать от опоры.
Допускаемое касательное напряжение [ τ ] для стали принимать равным 100 МПа.

Решение:

1. Определим методом сечений значения крутящих моментов на каждом силовом участке от свободного конца вала.
Крутящий момент равен алгебраической сумме внешних моментов, действующих на вал по одну сторону сечения.

2. Подберем сечение вала из расчета на прочность при кручении по полярному моменту сопротивления для участка, где величина крутящего момента максимальная (без учета знака):

Так как для круглого сечения полярный момент равен: Wр = πD 3 /16 , то можно записать:

D ≥ 3 √ (16Мкр/π[τ]) ≥ 3(16×12,2×10 3 /3,14×[100×10 6 ]) = 0,0855 м или D ≥ 85,5 мм.

( Здесь и далее знак «√» означает квадратный корень из выражения )

В соответствии со стандартным рядом, предусмотренным ГОСТ 12080-66, принимаем диаметр вала D = 90 мм.

3. Определим угол закручивания для каждого участка вала по формуле:

где
G – модуль упругости 2-го рода; для стали G = 8×10 10 Па;
Ip – полярный момент инерции (для круглого сечения Iр = πD 4 /32 ≈ 0,1D 4 , м 4 ).
Произведение G×Iр = 8×10 10 ×0,1×0,094 ≈ 524880 Н×м 2 – жесткость сечения данного вала при кручении.

Расчитываем углы закручивания на каждом участке:

4. Определяем углы закручивания сечений вала, начиная от жесткой заделки (опоры):

5. Определяем максимальное касательное напряжение на каждом силовом участке по формуле:

6. Наибольший относительный угол закручивания Θmax определим по формуле:

7. По результатам расчетов строим эпюры крутящих моментов Мкр , касательных напряжений τmax и углов закручивания φ (см. рис. 2).

Видео:Расчет вала на прочность и жесткость. Эпюра крутящих моментовСкачать

Расчет вала на прочность и жесткость. Эпюра крутящих моментов

Расчет валов на прочность и жесткость при кручении

Углы закручивания по длине вала Углы закручивания по длине вала Углы закручивания по длине вала Углы закручивания по длине вала Углы закручивания по длине вала Углы закручивания по длине валаУглы закручивания по длине вала

Видео:КРУЧЕНИЕ. ЭПЮРЫ ЗАКРУЧИВАНИЯ. Углы поворота. СопроматСкачать

КРУЧЕНИЕ. ЭПЮРЫ ЗАКРУЧИВАНИЯ. Углы поворота. Сопромат

Расчет валов на прочность и жесткость при кручении

  • Расчет вала на прочность И жесткость на кручение Для своей конструкции можно рекомендовать следующий порядок расчета вала на прочность и жесткость при кручении. По схеме вала и действующему на него крутящему моменту строится график

крутящего момента для отдельных участков (§ 16). Выберите материал расчетного вала и определите допустимое напряжение[t] для этого материала. Условия записи Секционная прочность 214 вала с максимальным значением крутящего момента(согласно диаграмме крутящего момента) (9.12).

Если вал достаточно длинный и отдельные секции достаточно сильно отличаются по величине крутящего Людмила Фирмаль

момента, то они должны быть ступенчато спроектированы. Диаметр вала каждой ступени рассчитывается по одной и той же формуле(9.12), но значения крутящего момента различны для разных участков в зависимости от графика крутящего момента. Учитывая, что можно написать формулу для расчета диаметра вала

из сплошного круглого вала Wp=уравнение (9.13: (9.16) Определить диаметр полой оси, заданный соотношением между размерами внутреннего и наружного диаметров из конструктивных соображений, т. е. коэффициент= — тогда, учитывая уравнение(9.11), из уравнения (9.13)следует:: (9.17)) После определения размеров вала из условий прочности проверьте жесткость вала по формуле (9.14).

  • Допустимый относительный угол поворота вала составляет 0,3°для каждого метра статической нагрузки[0′] — длина вала, переменная нагрузка[0°1=0,25°, ударная нагрузка[0 ′ 4=0,15°]. Учитывая, что формула (9.14) представляет угол закрутки в радианах, значение данного допустимого угла преобразуется в радианы, и в испытании выполняется условие жесткости (9.14), в противном случае размеры вала должны выбираться из условия жесткости(9.15).): Подставляя в эту формулу формулу момента полярной инерции, находим ее для непрерывной оси (9.18) Для полого вала Иногда при расчете вала

известно, что передаваемая мощность n равна лошадиным силам, а число оборотов-n в минуту. В этом деле 21 крутящий момент формулы может быть выражен непосредственно в терминах мощности n и числа оборотов n, исходя из Формулы (3.1): МК=71 620-кгс*(9.20) мощность/(задается в киловаттах, когда крутящий момент определяется по формуле (3.2): МК-97 360-кгс * см.(9.21)) >

27, например. Найти мощность, передаваемую валом, диаметр Людмила Фирмаль

сплошного вала d-150мм, число оборотов вала n-120 в минуту, модуль сдвига G— 8,4 • 10 длина участка оси кгс / см2н с углом кручения 7,5 м составляет 1/15 Радиана. Из уравнения(9.7) И ой.. GJpat/7=/7 / =50 см h=J=90 см. В этом случае одна из секций фиксируется (рис. 211 настоящего раздела/). В пределах каждой секции 0-const угол кручения каждой секции изменяется по линейному закону,B, MD. Max=M V и формула на основе L\ymk В (А+Б) л[т] *

Читайте также: Что такое валы из песка

Видео:11. Кручение ( практический курс по сопромату )Скачать

11. Кручение ( практический курс по сопромату )

Научная электронная библиотека

Углы закручивания по длине вала

Лекция 7. КРУЧЕНИЕ

Крутящие моменты (внутренний силовой фактор) в поперечных сечениях стержня. Кручение стержней круглого поперечного сечения: допущения, деформации, напряжения, углы закручивания. Условия прочности, жёсткости. Построение эпюр крутящих моментов.

Кручение имеет место в случае действия на вал момента (пары сил) относительно его продольной оси, и в поперечных сечениях бруса возникает только один силовой фактор – крутящий момент. Брус, работающей на кручение называется валом. При кручении вала его поперечные сечения поворачиваются друг относительно друга, вращаясь вокруг оси бруса.

Углы закручивания по длине вала

Напряжения и деформации при кручении бруса. Под действием внешнего скручивающего момента, приложенного на правом конце бруса, левый конец которого жестко закреплен, брус будет закручиваться. Выделим из бруса элементарный цилиндр длиной dx (рис. 19). Будем считать, что левое сечение бруса жестко закреплено. Под действием крутящего момента T правое сечение повернется на некоторый угол dφ.Так как ds = γ•dx = ρ•dφ, то получаем . Из данной зависимости видно, что угол сдвига γ изменяется по радиусу вала по линейному закону.

Углы закручивания по длине вала

Рис. 19. Расчетная схема при кручении

Углы закручивания по длине вала

Деформация бруса при кручении характеризуется относительным углом закручивания .

При малых углах закручивания вала в теории кручения круглых стержней принимаются допущения:

1. Поперечные сечения, плоские и перпендикулярные к его оси до деформации, остаются плоскими (не коробятся) и перпендикулярными к оси вала и после деформации (гипотеза Бернулли).

2. Радиусы поперечных сечений при деформации не искривляются и не изменяют своей длины.

3. Длина вала в результате закручивания не изменяется.

Поперечное сечение вала ведет себя при кручении, как жесткий диск, и деформацию кручения можно рассматривать, как результатсдвига одного поперечного сечения относительно другого. В этом случае в точках поперечного сечения вала возникают только касательные напряжения.

Теория кручения, основанная на упомянутых допущениях, подтверждается экспериментальными данными.

Углы закручивания по длине вала

Согласно закону Гука при сдвиге, имеем . Откуда получаем:

Углы закручивания по длине вала

Из полученной зависимости следует, что касательные напряжения изменяются по радиусу по линейному закону.

При кручении все внутренние силы, распределенные по поперечному сечению, приводятся к одной составляющей – к крутящему моменту. Касательные напряжения перпендикулярны радиусам, проведенные через точки их действия (рис. 20). Крутящий момент T в сечении бруса определяется по формуле

Углы закручивания по длине вала

где ρ – плечо элементарной силы.

Подставляя значение касательного ускорения, получим

Углы закручивания по длине вала

(8)

Элементарный угол закручивания бруса: Углы закручивания по длине валаполный угол закручивания Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

Максимальное касательное напряжение в поперечном сечении бруса будет определяться по зависимости:

Углы закручивания по длине вала

Прочность и жесткость при кручении. Условие прочности при кручении имеет вид

Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

(9)

Для бруса круглого сечения эти условия принимают вид:

Углы закручивания по длине вала

Построение эпюр крутящих моментов. Крутящий момент, возникающий в поперечном сечении стержня, определяется методом сечений. Крутящий момент равен алгебраической сумме скручивающих моментов, приложенных к любой из частей стержня. Эпюра крутящих моментов – это график, показывающий изменения крутящего момента по длине вала. Правило знаков для эпюры крутящих моментов

При построении эпюры крутящих моментов используется правило знаков: скручивающий момент, вращающий рассматриваемую часть стержня против хода часовой стрелки при взгляде на поперечное сечение, вызывает в этом сечении положительный крутящий момент.

Брус разбивается на участке, на каждом участке проводится сечение и определяется крутящий момент. Затем строится эпюра крутящих моментов.

Видео:Почему никто не знает об этой функции штангенциркуля?!Скачать

Почему никто не знает об этой функции штангенциркуля?!

ПроСопромат.ру

Видео:Кручение валаСкачать

Кручение вала

Технический портал, посвященный Сопромату и истории его создания

Видео:Кручение. Часть 6 Жесткость валаСкачать

Кручение. Часть 6  Жесткость вала

Архив рубрики: Задачи на кручение

Видео:Сопромат. Построение эпюр вала при кручении. Я в вк https://vk.com/id4682924Скачать

Сопромат. Построение эпюр вала при кручении. Я в вк https://vk.com/id4682924

Проверочный и проектный расчеты при кручении

Углы закручивания по длине вала

Задача. Для заданного стального бруса d=50мм (материал – сталь Ст3) построить эпюры крутящих моментов, углов поворота поперечных сечений. Проверить прочность бруса, если допускаемое касательное напряжение [τ]=30МПа. Подобрать для бруса кольцевое сечение при . Сравнить сечения по расходу материала.

Углы закручивания по длине вала

1.Расставляем сечения на характерных участках. Начинаем расчет от свободного конца бруса, рассматривая правую часть и отбрасывая оставшуюся левую часть с заделкой. Каждое сечение рассматриваем отдельно, определяя в нем значение крутящего момента.

Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

Строим эпюру МК

Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

2.Строим эпюру углов поворота сечений. Углы поворота сечений определяем по формуле

Расчет ведем по сечениям от неподвижного конца – стены А, в которой угол поворота равен нулю φА=0. В формуле обязательно следует учитывать знаки крутящих моментов.

Модуль сдвига для Ст3 G = 0,8·10 5 МПа = 0,8·10 8 кПа.

Определим полярный момент инерции для круглого сечения:

Углы закручивания по длине вала

Вычисляем углы поворота сеченийот стены А.

Углы закручивания по длине вала

Если требуется перейти к градусной мере, то:

Углы закручивания по длине вала

Далее вычисляем все последующие углы поворота, учитывая ранее найденные:

Углы закручивания по длине вала

Строим эпюру φ

Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

3.Проверим прочность бруса по формуле

Максимальный крутящий момент с эпюры МК = 0,75 кНм.

Определим полярный момент сопротивления сечения:

Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

Тогда —прочность обеспечена.

Углы закручивания по длине вала

4.Подбираем кольцевое сечение для вала с .

Наружный диаметр кольца определим по формуле проектного расчета для кольцевого сечения:

Углы закручивания по длине вала

Тогда d = 0,8 · 60 = 48 мм.

Проверим прочность подобранного сечения. Полярный момент сопротивления для кольца:

5. Сравним варианты – круглое и кольцевое – по расходу материала

Углы закручивания по длине валаУглы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

В задаче площадь круглого вала А = 19,6 см 2 , а у кольцевого сечения (полого) А = 10,7 см 2 , что позволяет говорить об экономии материала почти в два раза. Т.о. брус (вал) кольцевого сечения экономичнее равнопрочного сплошного.

Видео:Сопротивление материалов. Лекция: кручение круглого стержняСкачать

Сопротивление материалов. Лекция: кручение круглого стержня

Задача на кручение

Углы закручивания по длине вала

Для вала определить диаметр, построить эпюры крутящих моментов и углов закручивания.

1) Определяем величины внутренних крутящих моментов M. Для этого разбиваем стержень на участки (I, II, III, IV) и производим расчёт M со свободного конца стержня. Крутящий момент M в сечении равен алгебраической сумме моментов, действующих на стержень с одной стороны (справа) от рассматриваемого сечения.

Читайте также: Холодильники бош с не с китайским компрессором

Расчёт M соответственно по участкам IV, III, II, I:

Углы закручивания по длине вала

Зная числовые значения крутящих моментов M, строится эпюра M, при этом положительные значения M откладываются вверх, а отрицательные – вниз от горизонтальной линии.

2) Определяем диаметр стержня из условия прочности: Углы закручивания по длине валаВыразим Углы закручивания по длине валаполярный момент сопротивления при кручении круглого стержня через диаметр:Углы закручивания по длине валатогда получим: Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

берётся из эпюры M по абсолютному значению. Диаметр стержня d округляется до большей величины.

3) Производим расчет жесткости вала при крученииУглы закручивания по длине вала, где Углы закручивания по длине валамодуль сдвига, а Углы закручивания по длине вала(см 4 ) – полярный момент инерции сечения.

4) Производим расчет Углы закручивания по длине валауглов закручивания концов участков стержня, начиная от закреплённого конца стержня, где Углы закручивания по длине вала,(рад):Углы закручивания по длине валаЗначения крутящих моментов на участках берутся из эпюры крутящих моментов с учётом их знака. Получив численные значения Углы закручивания по длине вала, строят эпюру Углы закручивания по длине вала. Примерная эпюра Углы закручивания по длине валапоказана на рисунке.

Видео:Основы работы в среде Solidworks Simulation. Кручение цилиндрического валаСкачать

Основы работы в среде Solidworks Simulation. Кручение цилиндрического вала

Задача

Ступенчатый стержень нагружен крутящим моментом Т .При каком отношении Углы закручивания по длине валавыполняется условие одинаковой прочности по всей длине стержня, если Углы закручивания по длине вала Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

Условие одинаковой прочности на участках будет выполнено в том случае ,если касательные напряжения будут одинаковы.

Определим касательные напряжения, обозначив крутящий момент в левой стене как Углы закручивания по длине вала, а в правой как Углы закручивания по длине вала:

Углы закручивания по длине валаОпределим полярные моменты сопротивления сечений : Углы закручивания по длине валаТогда найдем соотношение между Углы закручивания по длине валаи Углы закручивания по длине вала:

Теперь составим уравнение деформаций — углов поворота. Начнем от правой стены В, в которой Углы закручивания по длине вала. Внутренний крутящий момент во втором сечении будет равен Углы закручивания по длине вала, а крутящий момент в первом сечении будет равен Углы закручивания по длине вала. Тогда уравнение углов поворота: Углы закручивания по длине вала(2)

Полярные моменты инерции:Углы закручивания по длине вала Подставим эти значения в уравнение (2) и найдем соотношение между Углы закручивания по длине валаи Углы закручивания по длине вала:

Составим уравнение статики для заданной схемы:Углы закручивания по длине валаТогда: Углы закручивания по длине вала(4)

Углы закручивания по длине вала

Теперь, решая (4) , (3) и (1), получим отношение . Задача решена.

Видео:Кручение. Расчет составного вала кольцевого сечения.Скачать

Кручение. Расчет составного вала кольцевого сечения.

Задача на расчет вала на прочность и жесткость при кручении

Углы закручивания по длине вала

Для стального вала, нагруженного внешними крутящими моментами, построить эпюры внутренних крутящих моментов, определить размеры поперечного сечения в виде кольца (d/D=0,85) из условий прочности и жесткости, построить эпюры максимальных касательных напряжений, абсолютных и относительных углов поворота поперечных сечений.

Определим внутренние крутящие моменты. Расчет внутренних крутящих моментов проводится с помощью метода сечений.

Участок LK: МL= М4 = 5 кНм; МК4=5кНм.

Покажем эпюру крутящих моментов на рис.б.

Углы закручивания по длине валаУглы закручивания по длине вала

Определяем размеры поперечного сечения вала из условия прочности и жесткости:Углы закручивания по длине вала, где полярный момент сопротивления сечения и полярный момент инерции сечения равны:Углы закручивания по длине валаМаксимальный внутренний крутящий момент:Углы закручивания по длине вала

Тогда из условия прочности:

Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

А из условия жесткости: Окончательно принимаем D=90мм.

Углы закручивания по длине вала

Для подобранного сечения вала его геометрические характеристики:

Углы закручивания по длине вала

Рассчитаем касательные напряжения для участков:

Построим эпюру касательных напряжений на рис.в.

Расчет относительных углов поворота на участках:

Углы закручивания по длине вала

Сначала определим жесткость сечения вала при кручении:

Эпюра θ показана на рис. г.

Углы закручивания по длине вала

Определение угловых перемещений характерных сечений (идем от опоры В, в которой угол поворота равен 0):

Эпюра φ представлена на рис.д.

Видео:Даже ОПЫТНЫЕ ВОДИТЕЛИ не знают ЭТИХ ПРАВИЛ - Круговое движение / Автоподставы / Повороты / АварийкаСкачать

Даже ОПЫТНЫЕ ВОДИТЕЛИ не знают ЭТИХ ПРАВИЛ - Круговое движение / Автоподставы / Повороты / Аварийка

Задача на температурные напряжения при кручении

Углы закручивания по длине вала

Стальные стержни 1 и 2 нагреваются на . Площадь стержней А.

Углы закручивания по длине вала

Определить максимальные напряжения.

Углы закручивания по длине вала

При нагреве стержней на возникнут температурные напряжения.

Напряжения, вызванные изменением температуры в стержне постоянного сечения, не зависят от его длины, площади поперечного сечения, а зависят от модуля упругости, коэффициента линейного расширения Углы закручивания по длине валаи разности температур Углы закручивания по длине вала.

Углы закручивания по длине вала

Эти напряжения создадут усилия:

Углы закручивания по длине валаТогда крутящий момент:Углы закручивания по длине вала

Касательные напряжения:

Углы закручивания по длине вала

Следует помнить, что при нагреве стержней в них возникают сжимающие напряжения, а при охлаждениирастягивающие. Эти напряжения, суммируясь с напряжениями от силовых факторов, могут значительно превышать допускаемые. Это обстоятельство следует учитывать при проектировании элементов конструкций.

Видео:Кручение. Построение эпюр крутящих моментов и углов закручивания.Скачать

Кручение. Построение эпюр крутящих моментов и углов закручивания.

Задача

Углы закручивания по длине вала

К стальному валу приложены три известных момента:

Углы закручивания по длине вала

Требуется: 1) установить, при каком значении Х угол поворота правого крайнего сечения вала равен нулю; 2) для найденного значения Х построить эпюру крутящих моментов; 3) при заданном значении [τ] определить диаметр вала из расчета на прочность и округлить его до ближайшей большей величины, соответственно равной 30, 35, 40, 45, 50, 60, 70, 80, 90, 100 мм; 4) построить эпюру углов поворота; 5) найти наибольший относительный угол закручивания (в градусах на 1м длины).

Решение: Обозначим границы участков русскими буквами А,……,Д.

Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

I.Записываем условие, что угол поворота крайнего правого сечения (Д) вала равен нулю – исходя из условий задачи.

Данный угол поворота является суммой углов поворота вала на каждом участке:

Углы закручивания по длине вала

Угол поворота на участке определяется по формуле:

Углы закручивания по длине вала

, где М к — крутящий момент на данном участке, l — длина участка,

Углы закручивания по длине вала

G — модуль сдвига , — для стали

Углы закручивания по длине валаполярный момент инерции Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

Таким образом, , и с учетом условия задачи:

Углы закручивания по длине вала

Так как вал имеет постоянное поперечное сечение, то

Определяем внутренние крутящие моменты на участках методом сечений. Идем от свободного конца вала, на каждом участке мысленно проводим сечение и рассматриваем равновесие всегда правой отсеченной части:

Углы закручивания по длине вала

Подставляем найденные значения моментов в уравнение (1) :

Углы закручивания по длине вала

2. Строим эпюру крутящих моментов. Для этого подставляем в выражения для моментов Мк найденные значения Х.

Углы закручивания по длине вала

Полученные значения откладываем в виде ординат на эпюре

Углы закручивания по длине вала

3.Определяем диаметр вала из условия прочности:

Углы закручивания по длине вала, где Углы закручивания по длине валамаксимальное касательное напряжение,

Углы закручивания по длине вала

максимальный крутящий момент (берется с эпюры Мкр по модулю),

Углы закручивания по длине вала

полярный момент сопротивления сечения

[τ]=80 МПа — допускаемое касательное напряжение

Углы закручивания по длине вала

Определяем диаметр:

Принимаем диаметр вала d=45 мм=4,5 см

4. Построение эпюры углов поворота начинаем от опоры и строим нарастающим итогом. Предварительно посчитаем жесткость вала:

Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

Угол поворота в левой опоре равен нулю, поскольку в заделке поворота быть не может:

Углы закручивания по длине вала

В последней точке угол поворота должен получиться равным нулю (по условию задачи), таким он и получился. Строим эпюру углов поворота.

Читайте также: Ауди а4 приводные валы шруса

5. Наибольший относительный угол закручивания определим по формуле:

Углы закручивания по длине валаПолученный результат переведем в градусы на метр длины: Углы закручивания по длине вала

Видео:Как обойтись без динамометрического ключаСкачать

Как обойтись без динамометрического ключа

Статически неопределимые задачи при кручении. Задача2

Требуется: 1) Построить эпюру крутящих моментов и подобрать размеры поперечных сечений заданной формы, соблюдая следующие соотношения между ними:

Углы закручивания по длине вала

2) Построить эпюру углов поворота.

Углы закручивания по длине вала

Сначала составляем уравнение статики для всего бруса:

Здесь два неизвестных, следовательно, требуется еще одно уравнение. Его получим, если сформулируем условие совместности деформаций всех трех участков бруса. Оно заключается в том, что поворот правого опорного сечения относительно левого опорного сечения для рассматриваемого бруса невозможен, поскольку оба его концы жестко защемлены:

Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

Сократим на , тогда будет:

Выразим моменты инерции сечений разных форм с учетом заданных соотношений размеров:

Углы закручивания по длине вала

Итак, все моменты инерции выражены через один параметр с, что позволит довести до числа решение уравнения (2′):

Углы закручивания по длине вала

или после сокращения на с 4 :

С помощью метода сечений выразим неизвестные крутящие моменты через один из реактивных опорных моментов, например, через МА:

С учетом (а), (б) и (в) уравнение (2′′), будет:

Углы закручивания по длине вала

откуда находим значение МА:

Углы закручивания по длине вала

Тогда из (а), (б) и (в) найдем:

Углы закручивания по длине вала

Эти результаты показаны в виде эпюры крутящих моментов.

Подбор размеров сечений производится по условиям прочности:

— на первом участке

Углы закручивания по длине вала

Для круглого сечения

Углы закручивания по длине вала

При заданном соотношении d=c:

Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

— на втором участке

Углы закручивания по длине вала

Для кольцевого сечения

Углы закручивания по длине вала

Здесь мы должны учесть соотношения размеров, при которых и найдены внутренние усилия, то – есть

Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

— на третьем участке

Углы закручивания по длине вала

Для прямоугольного сечения Углы закручивания по длине вала. При соотношениях Углы закручивания по длине вала

По таблице α=0,246. И тогда Wк=2∙0,246∙с 3 .

Из условия прочности

Углы закручивания по длине вала

Из трех требуемых значений «с» (0,023м, 0,04м и 0,046м) принимаем наибольшее с=0,046м и тогда проектные значения размеров сечений на разных участках должны быть

— на первом участке: круглое сечение диаметром d=0,046м,

— на втором участке: кольцевое сечение с внутренним диаметром d=0,046м, а внешним Углы закручивания по длине валау которого Углы закручивания по длине вала

— на третьем участке: прямоугольное сечение шириной b=c=0,046м

и высотой h=2b=2∙0,046=0,092 м,

у которого Iк=β∙hb 3 =0,229∙0,092∙0,046 3 =205∙10 -8 м 4 .

2. Построение эпюры углов поворота.

Для этого вычисляются углы поворота сечений, расположенных на границах участков бруса (эти сечения на схеме обозначены цифрами в кружочках), они откладываются в виде ординат, вершины которых соединяются прямыми линиями. Так:

α0=0, поскольку крайнее левое сечение жестко защемлено и поворачиваться вокруг продольной оси z не может,

Углы закручивания по длине вала

Равенство нулю угла поворота крайнего правого сечения, тоже жестко защемленного, служит контролем правильности всего решения задачи.

Видео:Основы простого сопротивления. Часть 2. Кручение круглого валаСкачать

Основы простого сопротивления. Часть 2. Кручение круглого вала

Статически неопределимые задачи при кручении. Задача1

Углы закручивания по длине вала

Уравнение статики для всего бруса:

В этом уравнении два неизвестных (это реактивные моменты в опорах МА и МВ). Следовательно, задача один раз статически неопределима, и для ее решения необходимо составить дополнительное уравнение, выражающее факт совместности деформаций всех участков бруса.

Углы закручивания по длине вала

Здесь можно рассуждать следующим образом: если удалить одну из опор, то брус станет статически определимым

Теперь крайнее правое сечение получило возможность поворачиваться. Но в заданной системе этот поворот невозможен. Поэтому величину МВ в удаленной опоре следует подобрать так, чтобы угол поворота опорного сечения равнялся нулю:

αВ=0 – это условие деформации.

Раскрывая его, будем иметь:

Углы закручивания по длине вала

Тогда условие совместности деформаций (а) превращается в уравнение совместности деформаций:

В этом уравнении три неизвестных крутящих момента (по количеству участков бруса). Для их определения выразим крутящие моменты через заданные внешние скручивающие моменты М1, М2 и реактивные моменты, используя метод сечений. Так в любом сечении первого участка:

Углы закручивания по длине вала

Углы закручивания по длине вала

((b)

Далее, в любом сечении второго участка

Углы закручивания по длине вала

Наконец, в любом сечении третьего участка:

Углы закручивания по длине вала

Подставляя (b), © и (d) в уравнение (2), будем иметь:

Углы закручивания по длине вала

В этом уравнении содержится одно-единственное неизвестное: это реактивный момент в левой опоре МА. Определив его из решения уравнения (2′), обратной подстановкой в формулы (b), © и (d) определим численные значения крутящих моментов , Таким образом статическая неопределимость задачи будет раскрыта.

Зная крутящие моменты, далее можно решить любую задачу прочности и жесткости бруса.

Видео:Как определить момент затягивания болта ГБЦ.Скачать

Как определить момент затягивания болта ГБЦ.

Кручение бруса тонкостенного замкнутого круглого сечения

Тонкостенное круглое сечение характеризуется средним радиусом Rср и толщиной стенки трубы δ

Считается, что касательные напряжения по толщине стенки распределяются равномерно и равны:

Углы закручивания по длине вала

Угол закручивания

Углы закручивания по длине вала

Видео:Что означают ЦИФРЫ на шляпке болта?Скачать

Что означают ЦИФРЫ на шляпке болта?

Кручение бруса прямоугольного сечения

Опыт показывает, что при кручении брусьев некруглого поперечного сечения сами сечения не остаются плоскими, то есть происходит депланация поперечных сечений. Исследовать напряженное и деформированное состояние таких брусьев при кручении методами сопротивления материалов не представляется возможным, так как в основе их лежит гипотеза плоских сечений (гипотеза Бернулли).

Задача о кручении бруса некруглого, в частности, прямоугольного сечения решена с помощью метода теории упругости, и на основе этого решения предложены простые расчетные формулы, имеющие ту же структуру, что и формулы для бруса круглого сечения, а именно:

Углы закручивания по длине вала

Здесь: Wк=α∙hb 2 – момент сопротивления при кручении,

В этих формулах: b – меньшая из сторон прямоугольника,

h – большая сторона,

α, β – коэффициенты, значения которых приводятся в таблице в зависимости от отношения сторон h/b (эта таблица содержится в рубрике «Кручение», «Таблицы» или в любом учебнике сопротивления материалов).

Распределение касательных напряжений по прямоугольному сечению тоже отличается от распределения в круглом сечении:

Углы закручивания по длине вала

Значения коэффициента γ Запись опубликована 05.09.2014 автором admin в рубрике Задачи, Задачи на кручение.

  • Свежие записи
    • Чем отличается двухтактный мотор от четырехтактного
    • Сколько масла заливать в редуктор мотоблока
    • Какие моторы бывают у стиральных машин
    • Какие валы отсутствуют в двухвальной кпп
    • Как снять стопорную шайбу с вала


    🎬 Видео

    Как быстро рассчитать момент затяжки болтаСкачать

    Как быстро  рассчитать момент затяжки болта

    Свободное кручение тонкостенного стержняСкачать

    Свободное кручение тонкостенного стержня

    Статически неопределимый вал. Расчет на прочность при крученииСкачать

    Статически неопределимый вал. Расчет на прочность при кручении
Поделиться или сохранить к себе:
Технарь знаток