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化工設(shè)備基礎(chǔ)-圓軸的扭轉(zhuǎn)

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化工設(shè)備基礎(chǔ)-圓軸的扭轉(zhuǎn)

圓軸的扭轉(zhuǎn),第五章,受扭轉(zhuǎn)的螺絲刀,受扭轉(zhuǎn)的攪拌軸,5.1 圓軸扭轉(zhuǎn)的實(shí)例與概念,扭轉(zhuǎn)的受力特點(diǎn):,大小相等、反向并垂直于桿軸線的力偶。,扭轉(zhuǎn)的變形特點(diǎn):,任意兩個(gè)截面繞軸線相對(duì)轉(zhuǎn)過一個(gè)角度。,5.1 圓軸扭轉(zhuǎn)的實(shí)例與概念,扭轉(zhuǎn)角:,B端面相對(duì)于A端面的轉(zhuǎn)角。,若已知圓周力P和輪子半徑R,則外力偶矩:,若已知功率N、速度v和轉(zhuǎn)速n:,外力偶矩的計(jì)算公式:,1. 外力偶矩的計(jì)算,5.2 扭轉(zhuǎn)時(shí)的外力和內(nèi)力,2. 扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的內(nèi)力,5.2 扭轉(zhuǎn)時(shí)的外力和內(nèi)力,右手螺旋定則:,將右手四指沿著扭矩的旋轉(zhuǎn)方向,若大拇指的指向與扭矩作用面的截面的外法線方向一致則扭矩為正,反之為負(fù)。,扭轉(zhuǎn)時(shí)圓軸橫截面上必有內(nèi)力偶矩存在,其大小等于截面一側(cè)上外力偶矩的代數(shù)和。,扭 矩,例1:主動(dòng)輪NA=120kW,從動(dòng)輪NB=30kW,NC=40kW,轉(zhuǎn)速n=300r/min,求各截面的扭矩。,5.2 扭轉(zhuǎn)時(shí)的外力和內(nèi)力,解:,首先計(jì)算各外力偶矩的大?。?1. 剪切變形、切應(yīng)變,剪切變形和剪切虎克定律,切應(yīng)變,衡量剪切變形的大小,2. 剪切虎克定律,當(dāng)切應(yīng)力小于彈性極限時(shí),切應(yīng)力與切應(yīng)變成正比,切變模量,各圓周線的形狀、大小及相鄰圓周線的距離均未變。 縱向線變形后仍為直線,都傾斜了同一角度,原來(lái) 的矩形變成平行四邊形。,現(xiàn) 象:,1. 應(yīng)力分布規(guī)律,5.3 扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的應(yīng)力,扭轉(zhuǎn)角,切應(yīng)變,結(jié) 論:,圓軸各橫截面扭轉(zhuǎn)變形前后仍然保持為平面,只是繞軸線轉(zhuǎn)過了一個(gè)角度。,圓軸各橫截面變形后發(fā)生相互錯(cuò)動(dòng),矩形變?yōu)槠叫兴倪呅巍?沒有正應(yīng)力產(chǎn)生,橫截面上產(chǎn)生切應(yīng)力,變形后,橫截面上的半徑仍保持為直線。,切應(yīng)力的方向與半徑垂直,5.3 扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的應(yīng)力,圓軸在發(fā)生扭轉(zhuǎn)時(shí),橫截面上只產(chǎn)生切應(yīng)力,其方向與半徑垂直。,5.3 扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的應(yīng)力,dx,R,5.3 扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的應(yīng)力,圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí),橫截面各點(diǎn)的切應(yīng)力與它們離軸中心的距離成正比。,剪切虎克定理:,2. 橫截面上切應(yīng)力計(jì)算公式,5.3 扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的應(yīng)力,dA,O,截面的極慣性矩,抗扭截面模量,3. J與W的計(jì)算,5.3 扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的應(yīng)力,(1)實(shí)心圓軸,(2)空心圓軸,例:某反應(yīng)器的攪拌軸由功率N=6KW的電動(dòng)機(jī)帶動(dòng),軸的轉(zhuǎn)速n40r/min,由89×10mm鋼管制成,求軸內(nèi)最大應(yīng)力。,5.3 扭轉(zhuǎn)時(shí)橫截面上的應(yīng)力,解:,圓軸扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件,扭轉(zhuǎn)許用切應(yīng)力,對(duì)于塑性材料,對(duì)于脆性材料,5.4 扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件,圓軸扭轉(zhuǎn)時(shí),危險(xiǎn)截面上的最大切應(yīng)力不超過材料的扭轉(zhuǎn)許用切應(yīng)力時(shí),軸才能安全正常的工作。,(1)計(jì)算軸的扭抗截面模量,校驗(yàn)軸的強(qiáng)度,所以軸滿足強(qiáng)度條件,5.4 扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件,例:汽車主傳動(dòng)軸內(nèi)徑d=85mm、外徑D=90mm,45號(hào)鋼, =60MPa,軸受到的最大轉(zhuǎn)矩m=1.5kN.m : (1)校核此空心軸的強(qiáng)度; (2)等強(qiáng)度實(shí)心軸直徑; (3)求實(shí)心軸與空心軸的質(zhì)量比。,解:,(2)實(shí)心軸的強(qiáng)度于實(shí)心軸相同,故實(shí)心軸的最大切應(yīng)力也為51.7MPa。,(3)兩根軸長(zhǎng)度和材料相同,質(zhì)量比等于其橫截面面積比,5.4 扭轉(zhuǎn)的強(qiáng)度條件,一、圓軸的扭轉(zhuǎn)變形,5.5 圓軸扭轉(zhuǎn)變形與剛度條件,相對(duì)扭轉(zhuǎn)角的計(jì)算公式,二、扭轉(zhuǎn)剛度條件,對(duì)于一般傳動(dòng)軸和攪拌軸 可取,軸在單位長(zhǎng)度上的扭轉(zhuǎn)角,(rad/m),軸扭轉(zhuǎn)的剛度條件,工程換算,5.5 圓軸扭轉(zhuǎn)變形與剛度條件,(º/m),許用單位扭轉(zhuǎn)角,m4.5kN.m,5.5 圓軸扭變形與剛度條件,例:已知mA=3.6kN.m, mB=0.9kN.m,d1=70mm, d2=55mm, L1=1m, L2=1.5m, G=80GPa, =60MPa , = 1.5º/m, 進(jìn)行強(qiáng)度校核和剛度校核。,強(qiáng)度校核,剛度校核,軸滿足強(qiáng)度條件,軸滿足剛度條件,AC段,BC段,5.5 圓軸扭轉(zhuǎn)變形與剛度條件,A,C,B,習(xí)題1:一傳動(dòng)軸如圖示,已知傳動(dòng)軸轉(zhuǎn)速n300r/min,主動(dòng)輪A輸入的功率NA36.7kW,從動(dòng)輪B、C、D的輸出功率為NB11kW、NC11kW。材料的剪切彈性模量G80GPa, =50MPa , =1º/m,試設(shè)計(jì)軸的直徑D。,5.5 圓軸扭轉(zhuǎn)變形與剛度條件,

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