что такое угол закручивания

iSopromat.ru

is help lite

Кручением называется такой вид деформации бруса, при котором в его поперечных сечениях возникает только один внутренний силовой фактор – крутящий момент T.

Брусья, испытывающие кручение, принято называть валами.

Внутренний крутящий момент

Внутренние скручивающие моменты появляются под действием внешних крутящих моментов mi, расположенных в плоскостях, перпендикулярных к продольной оси бруса.

Скручивающие моменты передаются на вал в местах посадки зубчатых колес, шкивов ременных передач и т.п.

Величина крутящего момента в любом сечении вала определяется методом сечений:
kruchenie 1
т.е. крутящий момент численно равен алгебраической сумме скручивающих моментов mi, расположенных по одну сторону от рассматриваемого сечения.

Правило знаков внутренних скручивающих моментов:
Положительными принимаются внутренние моменты, стремящиеся повернуть рассматриваемую часть вала против хода часовой стрелки, при рассмотрении со стороны отброшенной части вала.

В технике наиболее широко используются валы круглого поперечного сечения.

Теория кручения круглых валов основана на следующих гипотезах:

Напряжения при кручении

В поперечных сечениях вала при кручении имеют место только касательные напряжения.
Касательные напряжения, направленные перпендикулярно к радиусам, для произвольной точки, отстоящей на расстоянии ρ от центра, вычисляются по формуле:
kruchenie 2
где Iρ — полярный момент инерции.
Эпюра касательных напряжений при кручении имеет следующий вид:
kruchenie 3
Касательные напряжения меняются по линейному закону и достигают максимального значения на контуре сечения при ρ= ρmax:
kruchenie 4
Здесь:
kruchenie 5
— полярный момент сопротивления.
Геометрические характеристики сечений:
а) для полого вала:
kruchenie 10
kruchenie 6
б) для вала сплошного сечения (c=0)
kruchenie 7
в) для тонкостенной трубы (t 0,9)
kruchenie 8
где
kruchenie 9
— радиус срединной поверхности трубы.

Деформации

Деформации валов при кручении заключаются в повороте одного сечения относительно другого.

Угол закручивания вала на длине Z определяется по формуле:
kruchenie 11
Если крутящий момент и величина GIρ, называемая жесткостью поперечного сечения при кручении, постоянны, для участка вала длиной l имеем:
kruchenie 12
Угол закручивания, приходящийся на единицу длины, называют относительным углом закручивания:
kruchenie 13
Расчет валов сводится к одновременному выполнению двух условий:

Для стальных валов принимается:

Используя условия прочности и жесткости, как и при растяжении – сжатии можно решать три типа задач:

Из двух найденных значений крутящего момента необходимо принять меньшее.

Потенциальная энергия упругой деформации определяется по формуле
kruchenie 22
или для участка вала при постоянном T и GIρ
kruchenie potencialnaya energija

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

Источник

Деформация кручения

В различных механизмах детали подвергаются влиянию разных сил, приводящих к возникновению деформаций. Далее рассмотрена деформация кручения: факторы и закономерности ее проявления, формирующие ее силы, особенности деформации изделий различной формы.

deformaciya krucheniya 1

Основные понятия

Под кручением понимают вид деформации, свойственный для условий приложения к телу силы в поперечной плоскости. В результате этого в поперечном разрезе формируется крутящий момент. Деформациям кручения подвергаются валы и пружины.

Валом называют функционирующую на кручение вращающуюся деталь в виде стержня.

Под торсионом понимают функционирующий на кручение стержень, применяемый в качестве упругого элемента.

Для круглых валов, наиболее обширно применяемых в технике, разработана теория кручения. Она основана на трех положениях:

deformaciya krucheniya 3

Из приведенных положений следует, что кручение представлено деформацией сдвига материала между соседними поперечными сечениями, обусловленной проворотом последних вокруг оси.

Деформациями при кручении считают взаимный проворот сечений. Они формируются вследствие воздействия на стержень пар сил с перпендикулярными к его продольной оси плоскостями действия.

Величина деформаций описывается углом закручивания. Под полным понимают угол поворота свободного конца. Относительным считают значение для определенной длины вала. Данные параметры рассчитывают с учетом прочности и жесткости деталей.

Угол закручивания стержня цилиндрической конфигурации в границах упругих деформаций определяется уравнением закона Гука для кручения, представляющего отношение произведения момента и длины вала к произведению геометрического полярного инерционного момента и модуля сдвига.

Читайте также:  что такое температура среды

Относительный угол закручивания вычисляют как частное угла закручивания и длины стержня.

Под вращающими либо скручивающими моментами понимают показатели пар сил, воздействующих на вал. Их подразделяют на внешние, называемые вращающими и скручивающими, и внутренние (крутящие). Под влиянием перпендикулярных продольной оси бруса внешних крутящих моментов формируются внутренние. Они передаются на деталь в точках установки шкивов ременных передач, зубчатых колес и т. д.

Крутящий момент представлен силовым фактором, обуславливающим круговое передвижение сечения относительно перпендикулярной ему оси или препятствующим ему. Его значение равно сумме скручивающих усилий по одну сторону от данной точки. Положительными считают внутренние моменты, направленные против часовой стрелки со стороны внешней нормали (отброшенной части). При этом соответствующий внешний момент имеет направление, совпадающее с ходом часовой стрелки.

deformaciya krucheniya 2

Условия прочности и жесткости применяют для решения следующих задач:

Под эпюрой крутящих моментов понимают график, отображающий закон их изменения по длине либо сечению детали.

При разделении детали по длине на три участка в соответствии с методом сечений получится, что для первого (правого) фрагмента наблюдается линейная зависимость крутящего момента от координаты сечения ввиду влияния равномерно распределенной нагрузки, для второго и третьего участков данная зависимость отсутствует. При этом в точках приложения внешних сосредоточенных усилий наблюдаются скачки, соответствующие их величине.

В сечении наблюдается линейное изменение, определяемое законом касательных напряжений, в прямой зависимости от расстояния от центра.

Таким образом, в продольном разрезе наибольшие деформации кручения характерны для точки, наиболее удаленной от места закрепления детали. В поперечном разрезе максимальные деформации кручения наблюдаются на поверхности.

Полярный инерционный момент сечения представляет собой геометрическую характеристику жесткости при кручении для круглого вала. Полярный момент сопротивления сечения является аналогичным параметром для его прочности.

deformaciya krucheniya 4 deformaciya krucheniya 5

Следует отметить, что большинство приведенных выше понятий описывается с применением формул.

Напряжения кручения

Исходя из приведенного выше определения деформации кручения, при данном процессе в поперечном сечении наблюдаются лишь касательные напряжения, направленные перпендикулярно к радиусам. Их определяют для конкретной точки как произведение соотношения крутящего момента к геометрическому полярному инерционному моменту и расстояния данной точки от оси кручения.

Изменение касательных напряжения линейно, и максимальной величины они достигают на поверхности при наибольших значениях крутящего момента и расстояния от оси кручения, поэтому ее значение вычисляют как частное наибольшего крутящего и полярного моментов сопротивления.

deformaciya krucheniya 6

С применением данного условия возможно вычислить прочие параметры: по силовым факторам, создающим крутящий момент – показатель сопротивления и далее размеры сечения в зависимости от формы, либо по размеру сечения – максимально допустимое для него значение крутящего момента и на основе последней допустимые значения внешних нагрузок.

Касательные напряжения, по закону парности, формируются при кручении как в поперечных, так и в продольном направлениях. Вследствие этого во всех точках вала наблюдается деформация в виде чистого сдвига. Главные напряжения направлены к образующей под углом 45°.

Помимо скручивающих усилий возможно воздействие на вал моментной нагрузки.

Из изложенных выше данных следует, что удаление материала в районе оси вала незначительно сказывается на прочности ввиду того, что данная часть мало нагружена. При равных площади сечения и массе деталей кольцевые варианты характеризуются большими полярными моментами сопротивления и инерции по сравнению со сплошными валами. То есть при равной массе полые варианты прочнее и жестче, а при одинаковых показателях прочности и жесткости легче. Названные параметры определяют устойчивость данных изделий к деформации.

Читайте также:  что такое социальный опыт в педагогике

Выше были рассмотрены особенности деформации кручения круглых в поперечном разрезе предметов. Для треугольных, прямоугольных, эллиптических и прочих вариантов не применима гипотеза плоских сечений. Это обусловлено тем, что поверхности данного типа при кручении искривляются. Данный процесс их коробления вследствие смещения отдельных точек при деформации вдоль оси называют депланацией. Вследствие этого методы сопротивления материалов для вычисления кручений и напряжений неприменимы. Вместо них используют методы теории упругости.

Для изделий произвольной поперечной формы касательные напряжения имеют направление по касательной к контуру, однако при наличии внешних углов они отсутствуют. Так, при разложении напряжения вблизи угла по нормалям к его сторонам надвое из закона парности следует формирование касательных напряжений на свободной поверхности. Однако в данном случае она свободна от нагрузки, поэтому у внешнего угла касательные напряжения обнуляются.

Для наиболее распространенных среди вариантов некруглого сечения прямоугольных валов наибольшие напряжения характерны для поверхностных участков в середине длинных сторон. Следовательно, там наблюдается наибольшая деформация кручения.

deformaciya krucheniya 7

Прямоугольные детали в сравнении с круглым характеризуются значительно меньшими жесткостью и прочностью. Причем это отличие увеличивается с ростом отношения сторон. Следовательно, они более подвержены деформации.

Источник

Тема 2.4. Кручение

Под кручением понимается такой вид деформации, когда в поперечных сечениях бруса действует только крутящий момент Mk, (другое обозначение T, Mz), а остальные силовые факторы (нормальная и поперечная силы и изгибающие моменты) отсутствуют.

Или другое определение кручением называют деформацию, возникающую при действии на стержень пары сил, расположенной в плоскости, перпендикулярной к его оси (рис.1).

Кручение возникает в валах, винтовых пружинах, в элементах пространственных конструкций и т.п.

Деформация кручения наблюдается если прямой брус нагружен внешними моментами (парами сил M), плоскости действия которых перпендикулярны к его продольной оси

В чистом виде деформация кручения встречается редко, обычно присутствуют и другие внутренние силовые факторы (изгибающие моменты, продольные силы).

Стержни круглого или кольцевого сечения, работающие на кручение, называют валами.

Внешние крутящие моменты передаются на вал в местах посадки на него шкивов, зубчатых колес, там, где поперечная нагрузка смещена относительно оси вала.

Мы будем рассматривать прямой брус только в состоянии покоя или равномерного вращения. В этом случае алгебраическая сумма всех внешних скручивающих моментов, приложенных к брусу, будет равна нулю.

При расчете брусьев, испытывающий деформацию кручения, на прочность и жесткость при статическом действии нагрузки, надо решить две основные задачи. Это определение напряжений (от Mk), возникающих в брусе, и нахождение угловых перемещений в зависимости от внешних скручивающих моментов.

При расчете валов обычно бывает известна мощность, передаваемая на вал, а величины внешних скручивающих моментов, подлежат определению. Внешние скручивающие моменты, как правило, передаются на вал в местах посадки на него шкивов, зубчатых колес и т.п.

§2. Построение эпюр крутящих моментов

Для определения напряжений и деформаций вала необходимо знать значения внутренних крутящих моментов Mk (Mz) в поперечных сечениях по длине вала. Диаграмму, показывающую распределение значений крутящих моментов по длине бруса, называют эпюрой крутящих моментов. Зная величины внешних скручивающих моментов и используя метод сечений, мы можем определить крутящие моменты, возникающие в поперечных сечениях вала.

В простейшем случае, когда вал нагружен только двумя внешними моментами (эти моменты из условия равновесия вала ΣMz=0 всегда равны друг другу по величине и направлены в противоположные стороны), как показано на рис. 1, крутящий момент Mz в любом поперечном сечении вала (на участке между внешними моментами) по величине равен внешнему моменту |M1|=|M2|.

Читайте также:  кошка рвется белой пеной что делать

Источник

ПроСопромат.ру

Технический портал, посвященный Сопромату и истории его создания

Кручение

Внутренний крутящий момент в сечении вала Мк (может быть обозначен буквой Т, Мz) вычисляется с помощью метода сечений, при этом моменты учитываются по одну сторону от сечения.

2014 09 04 18 44 48 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

где Мi – внешний активный или реактивный крутящий момент; правило знаков для внутренних крутящих моментов устанавливается произвольно.

2014 09 04 19 36 59 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Для вала с круглым (в т.ч. в виде кольца) поперечным сечением касательные напряжения определяются по формуле:

2014 09 04 19 02 22 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

2014 09 04 19 05 50 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Максимальные касательные напряжения действуют в точках поверхностного слоя при ρ=ρmax

2014 09 04 19 07 08 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Условие прочности по допускаемым напряжениям

2014 09 04 19 09 35 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

где — 2014 09 04 19 10 35 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0 это допускаемое касательное напряжение.

Угол закручивания (рад) на силовом участке вала при постоянных значениях крутящего момента и поперечного момента инерции для данного участка вычисляется следующим образом

2014 09 04 19 11 48 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

где G – модуль сдвига

Относительный угол закручивания (рад/м) для силового участка

2014 09 04 19 12 48 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Условие жесткости при кручении вала с круглым поперечным сечением записывается в виде

2014 09 04 19 13 41 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Для вала с прямоугольным поперечным сечением эпюры касательных напряжений имеют вид.

2014 09 04 19 17 57 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

В характерных точках сечения

2014 09 04 19 19 25 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

угол закручивания на силовом участке вала

2014 09 04 19 20 23 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

2014 09 04 19 22 04 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Если вал с эллиптической формой поперечного сечения и полуосями a и b, то его характерные эпюры касательных напряжений будут выглядеть следующим образом.

2014 09 04 19 24 39 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Касательные напряжения в характерных точках сечения

2014 09 04 19 25 38 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Угол закручивания на силовом участке вала

2014 09 04 19 26 23 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Кручение бруса тонкостенного замкнутого круглого сечения

Тонкостенное круглое сечение характеризуется средним радиусом Rср и толщиной стенки трубы δ:2014 09 05 21 31 38 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

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

2014 09 05 21 32 36 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Угол закручивания

2014 09 05 21 33 49 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Кручение пустотелых валов круглого сечения

Трубчатое сечение бруса в условиях кручения оказывается наиболее рациональным, так как материал из центральной зоны сечения, слабо напряженной, удален в область наибольших касательных напряжений. Вследствие этого прочностные свойства материала используются значительно полнее, чем в брусьях сплошного круглого сечения, и при всех прочих равных условиях применение трубчатого сечения вместо сплошного позволяет экономить материал.

2014 09 05 21 14 48 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Теория расчета бруса сплошного круглого сечения полностью применима и к пустотелым валам. Изменяются лишь геометрические характеристики сечения:

2014 09 05 21 15 38 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

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:

2014 09 05 21 25 28 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Здесь: Wк=α∙hb2момент сопротивления при кручении,

Iк=β∙hb3момент инерции 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» или в любом учебнике сопротивления материалов).

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

2014 09 05 21 29 03 %D0%A1%D0%BA%D1%80%D0%B8%D0%BD%D1%88%D0%BE%D1%82 %D1%8D%D0%BA%D1%80%D0%B0%D0%BD%D0%B0

Значения коэффициента γ Запись опубликована 04.09.2014 автором admin в рубрике Кручение, Сопромат.

Источник

Праздники по дням и их значения
Adblock
detector