Условие прочности вала сопромат

Условие прочности при кручении: прочность вала считается обеспеченной, если наибольшие касательные напряжения, возникающие в его опасном поперечном сечении, не превышают допускаемых напряжений на кручение :

Формула служит для проверочного расчета вала на прочность.

Допускается незначительное (до 5 %) превышение расчетного напряжения над допускаемым напряжением .

При проектировочном расчете требуемый полярный момент сопротивления определяется по формуле условия прочности при кручении :

.

Для вала постоянного диаметра опасным сечением при кручении является сечение, в котором возникает наибольший крутящий момент. Если сечение вала не постоянно по длине, может оказаться, что наибольшие касательные напряжения возникают не там, где крутящий момент максимален. Следовательно, в этом случае вопрос об опасном сечении должен быть исследован дополнительно.

Допускаемое напряжение :

для пластичных материалов назначается в зависимости от предела текучести () при кручении (сдвиге):

.

для хрупких материалов назначается в зависимости от предела прочности:

.

Видео:Кручение. Часть 5 Условие прочностиСкачать

iSopromat.ru

Для обеспечения прочности и жесткости вала при кручении, напряжения и деформации от крутящих моментов не должны превышать соответствующих допустимых значений.

Этот вид нагружения возникает при приложении к брусу пар сил, плоскости действия которых перпендикулярны его оси. Такие брусья принято называть валами.

Внешние пары, приложенные к валу, будем называть скручивающими моментами. Они могут быть сосредоточенными М₁, М₂, …, М_n или распределенными m по длине вала l .

Крутящий момент является равнодействующим моментом напряжений, возникающих в каком-либо сечении вала относительно его продольной оси.

Видео:КРУЧЕНИЕ ВАЛА. Касательные напряжения. Сопромат.Скачать

Внутренний крутящий момент

При определении величины крутящего момента используется метод сечений. Суть его заключается в следующем: рассекаем вал сечением и отбрасываем одну из частей вала, расположенную либо справа, либо слева от сечения.

Обычно отбрасывают ту часть, к которой приложено больше скручивающих пар. Действие отброшенной части на рассматриваемую заменяют внутренним силовым фактором – крутящим моментом T . Затем из условий равновесия остановленной части вала определяют крутящий момент:

Таким образом, крутящий момент в каком либо сечении вала является уравновешивающей парой сил всех внешних скручивающих пар, приложенных либо слева, либо справа от рассматриваемого сечения.

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

Напряжения при кручении

Распределение касательных напряжений

Максимальное касательное напряжение

Геометрические характеристики круглых сплошных сечений вала

Полярный момент сопротивления

Видео:РАСТЯЖЕНИЕ-СЖАТИЕ. Построение эпюр. Сопромат.Скачать

Деформации вала

Видео:Основы Сопромата. Расчеты на прочность. Общая идеяСкачать

Условия прочности и жесткости вала

Расчет вала при кручении сводится к одновременному удовлетворению двух условий:

Уважаемые студенты!
На нашем сайте можно получить помощь по техническим и другим предметам:
✔ Решение задач
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах

Видео:Вал. Расчет на прочность при косом изгибе и крученииСкачать

Решение задач, контрольных и РГР

Стоимость мы сообщим в течение 5 минут
на указанный вами адрес электронной почты.

Если стоимость устроит вы сможете оформить заказ.

Видео:Сопромат №4: Расчет вала на прочность и жесткостьСкачать

Набор студента для учёбы

— Рамки A4 для учебных работ
— Миллиметровки разного цвета
— Шрифты чертежные ГОСТ
— Листы в клетку и в линейку

Видео:ПОДБОР ДВУТАВРА И ШВЕЛЛЕРА. Проверка прочности балки. Сопромат.Скачать

5.5. Расчет валов на жесткость

5.5. РАСЧЕТ ВАЛОВ НА ЖЕСТКОСТЬ

За меру жесткости принимают относительный угол закручивания, то есть угол, приходящийся на единицу длины вала Условие жесткости: ≤ [θ] где [θ] имеет размерность рад/м. Чаще пользуются условием Допускаемое значение угла [θ°] закручивания зависит от назначения вала. Принимают [θ°] = (0,3–1,0) град/м. При расчете валов на прочность и жесткость часто задают мощность N, передаваемую валом и частоту его вращения n. Для вычисления крутящего момента по этим данным удобно воспользоваться таблицей Пример 5.1. Расчета вала на прочность и жесткость I. Определение внутренних усилий Значение ведущего момента Мвед определим из условия равновесия вала: Σ Мх = 0; Мвед – М1 – М2 – М3 = 0, откуда Мвед = М1 + М2 + М3 = 5 + 7 + 6 = 18 кН·м. Для расчетов на прочность и жесткость необходимо найти положение опасных сечений и величины крутящих моментов, действующих в этих сечениях вала (рис. 5.3, а). Воспользовавшись методом сечений определим внутренние усилия и построим эпюру крутящих моментов (рис. 5.3, б). Опасными являются все сечения на участке II, где действует Тmax = 12 кН·м. II. Проектный расчет валов сплошного и полого сечений Предварительно найдем допускаемое касательное напряжение, связанное с допускаемым нормальным напряжением. Принимаем по третьей теории прочности [τ] = 0,5 [σ] = 0,5·160 = 80 МПа. Из условия прочности и жесткости при кручении находим требуемые значения полярных момента сопротивления и момента инерции Из условия прочности и жесткости выполнить проектный расчет: определить диаметры валов в двух вариантах исполнения – сплошного и полого с коэффициентом пустотелости с = d/D = 0,8. Результаты округлить согласно ГОСТу. Построить эпюры углов закручивания вала. Валы сопоставить по металлоемкости и жесткости. Дано: М1 = 5 кН·м; a = 0,6 м; М2 = 7 кН·м; b = 0,8 м; М3 = 6 кН·м; с = 0,7 м; [σ] = 160 МПа; [θ] = 0,8 град/м. Рис. 5.3. Схема нагружения вала (а), эпюра крутящих моментов (б), эпюры углов закручивания сплошного (в) и полого (г) валов Результаты расчетов Форма сечения Сплошное Полое Момент сопротивления Углы закручивания характерных сечений вала сплошного и полого сечений Момент инерции принятый Жесткость сечения G·Ip = 80·109·1,19·10-5 = 0,955·106 Н·м2 G·Ip = 80·109·1,20·10-5 = 0,961·106 Н·м2. Углы закручивания участков вала Углы закручивания характерных сечений вала Строим эпюры углов закручивания сплошного и полого валов (рис. 5.3, в и г) III. Сопоставление металлоемкости валов двух вариантов Металлоемкость вала определяется его объемом, то есть произведением длины на площадь поперечного сечения. Поскольку длина вала неизменна, сопоставим площади поперечных сечений сплошного вала с полым Выводы: 1. Из условий прочности и жесткости найдены диаметры вала двух вариантов исполнения, сплошного и пустотелого: 105 и 120 мм соответственно. 2. Вычислены деформации валов на каждом из участков, построены эпюры углов закручивания валов сплошного и пустотелого. Жесткости валов практически одинаковы. 3. Сопоставлены металлоемкости валов двух вариантов исполнения. Расход металла для вала сплошного сечения вдвое больше, чем для вала пустотелого. Примечание. Полученный результат по сопоставлению металлоемкости валов ожидаем, поскольку достаточно большой объем материала, сосредоточенный около центра тяжести сечения, испытывает напряжения ниже допускаемого и вклад его в общую прочность конструкции невелик. Поэтому целесообразно убирать неработающий материал из этой области. Конструкции из полого сечения созданы природой: камыш, тростник, бамбук, злаковые культуры, трубчатые кости птиц и млекопитающих. В авиации и космонавтике используют полые валы, в строительстве – пустотные плиты перекрытий.

Читайте также: Крестовина вала в самаре

Видео:9.1 Расчет валов приводаСкачать

Техническая механика

Сопротивление материалов

Видео:Сопромат. Прочность, жесткость и устойчивость конструкций и элементовСкачать

Деформация кручения

Расчеты на прочность и жесткость при кручении

Условие прочности бруса при кручении заключается в том, что наибольшее касательное напряжение, возникающее в нем, не должно превышать предельно допустимое. При этом расчетная формула на прочность имеет вид:

где [τ_кр] — предельное допускаемое напряжение.

При практических расчетах, определяя предельные допускаемые напряжения для различных материалов, используют зависимость между напряжениями при растяжении и напряжениями при кручении, которая для стали и чугуна имеет вид:

(здесь [σ_р] — справочная или определяемая экспериментально величина, (предельное допустимое напряжение растяжения) характеризующая материал бруса (вала).

Кроме требования прочности к валам предъявляются требования жесткости, которое заключается в том, что угол закручивания участка вала длиной 1 м не должен превышать предельной величины, определяемой требованиями конструкции. Допускаемый угол закручивания 1 м длины вала задается в градусах и обозначается [φ₀°] .
Расчетная формула на жесткость при кручении имеет вид:

В реальных механизмах обычно допускаются углы закручивания валов в пределах [φ₀°] = 0,25. 1 градус/м.

Пример решения задачи на кручение

Определить минимальный допустимый диаметр вала d , передающего крутящий момент М_кр = 464 Нм, если допускаемое напряжение кручения [τ_кр] = 30 МПа.

Решение

По известному передаваемому крутящему моменту можно определить момент сопротивления кручению:

W_r = М_кр / [τ_кр] = 464 / 30 х 10 6 = 15,6 х 10 -6 м 3 .

Из зависимости между моментом сопротивления кручению и диаметром вала W_r ≈ 0,2D 3 находим минимальный допустимый диаметр:

D ≈ 3 √( W_r / 0,02) ≈ 43 мм (здесь и далее √ — знак корня).

Округляя найденное значение диаметра до стандартной величины (в большую сторону), принимаем D = 45 мм.

Потенциальная энергия деформации при кручении

Представим себе круглый цилиндрический брус (вал) постоянного сечения, жестко защемленный одним концом и нагруженный на другом конце моментом, приложенным статически, т. е. медленно возрастающим от нуля до какого-либо значения Т .
Полагаем, что момент остается в пределах, когда нагрузка и деформация пропорциональны, т. е. справедлив закон Гука.

Читайте также: Шарниры карданных валов для сельхозтехники

Момент Т вызывает в брусе деформацию кручения и при этом совершает работу W , которая аккумулируется в виде потенциальной энергии деформации U , причем пренебрегая незначительными потерями энергии (например, на нагрев бруса), можно считать, что W = U .

Работа в случае статического нагружения равна: W = Т φ / 2 , где φ — полный угол закручивания бруса.
Так как Т = М_кр , то справедливо равенство:

U = W = Т φ / 2 = М_кр 2 l / (2Gl_r) .

При одновременном действии нескольких моментов или ступенчатом изменении размеров поперечного сечения брус разбивают на однородные участки и потенциальную энергию деформации всего бруса определяют как сумму потенциальных энергий этих участков.

Материалы раздела «Деформация кручения»:

Видео:5. Расчет средних напряжений. Условия прочности.Скачать

Расчет валов на прочность и жесткость при кручении

Видео:Подбор круглого, прямоугольного и квадратного сечения. Сопромат.Скачать

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

Читайте также: Хрестовина валу карданного 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] *

• 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
  • Правообладателям
  • Политика конфиденциальности

  
  

  источники:

  https://evakuatorinfo.ru/uslovie-prochnosti-vala-sopromat

  💥 Видео

  Сопромат. Практическое занятие №1.4Скачать

  

  Прочность и жесткость валов. Часть 9. Расчет на жесткость промежуточного вала (КЦ-редуктор)Скачать

  

  Понимание напряжений в балкахСкачать

  

  Расчет кривошипного вала на прочность в программе SolidWorks 2010.Скачать

  

  Прочность и жесткость валов. Часть 6: Эпюры моментов выходного вала (цилиндрическая передача).Скачать