工程力学 教学课件 作者 蔡广新 主编 第六章.pptVIP

工程力学 教学课件 作者 蔡广新 主编 第六章.ppt

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* 第六章 扭 转 下一页 第六章 扭 转 概述 第一节 扭转时的内力 第二节 圆轴扭转时的应力和强度计算 第三节 圆轴扭转时变形和刚度计算 下一页 上一页 概述 工程实例: 下一页 上一页 受力特点:都受外力偶矩作用,其作用面垂直于杆件轴线。 变形特点:横截面绕轴线作相对转动。 轴:工程中以扭转为主要变形的构件。 A B O M M ? O B A ? 扭转角( ):任意两横截面间绕轴线转动而发生的相对角位移。 j 切应变或角应变( ):直角的改变量。 g 下一页 上一页 一、外力偶矩的计算 式中,M——外力偶矩,N·m;P——功率,kW n——转速,rpm或r/min。 二 、剪切虎克定律 τ=Gγ τ——切应力,Pa,Mpa或GPa; G——切变模量,与应力单位相同。 下一页 上一页 第一节 扭转时的内力 n P M 9550 = τ γ O p t 三、扭矩和扭矩图 1 . 扭矩:构件受扭时,横截面上的内力偶矩,用“T”表示。 2. 截面法求扭矩 3. 扭矩的符号规定 扭矩的转向与截面外法 线方向满足右手螺旋规则为 正,反之为负。 M M x M T n T M ∑Mx=0 T-M=0 T=M 下一页 上一页 4. 扭矩图:表示截面上的扭矩沿轴线变化规律的图线。 解:①计算外力偶矩 例1 已知:n=300r/min,P1=221kW,P2=148kW,P3=73kW, 试绘制扭矩图。 M3 M1 M2 下一页 上一页 下一页 上一页 kN·m 03 . 7 10 03 . 7 300 221 9550 9550 3 1 1 = × = × = = n P M 9550 = 71 . 4 2 2 = P kN·m n M = kN·m 2 9550 = n P M T x 2.32kN·m 4.71kN·m ②求1—1、2—2截面扭矩 (扭矩按正方向假设) 1—1截面: ∑Mx=0,T1+M3=0 T1= -M3= - 2.23kN·m 2—2截面: ∑Mx=0,T2-M2=0 T2=M2=4.71 kN·m ③绘制扭矩图 M3 M1 M2 M3 M1 M2 1 1 2 2 下一页 上一页 1. 观察扭转实验 ①平面假设 横截面变形 后仍为平面 ②轴向无伸缩 下一页 上一页 第二节 圆轴扭转时的应力和强度计算 2. 变形几何关系 M n m O2 O1 D γ A B C dx m n M ' C ' D j d 下一页 上一页 横截面上任意点的切应变 与该点到圆心的距离ρ成正比。 r g j d H O1 ρ B O2 G R ' G ' H dx A C’ C D D′ F E`` γ r g AD dx Rd DD j g = ? ' dx d j r g r = 3 . 物理关系 横截面上任意点处的切应力τρ与 该点到圆心的距离成正比。 下一页 上一页 虎克定律: τ=Gγ 代入上式得: τρ= Gγρ = dx d G j r T O τρ τmax ρ 4. 静力学关系 下一页 上一页 ò = A dA T r rt j d dx ò A dA G = r 2 dA d ò = A dx G 2 r j ——极惯性矩 = ò r 令 P P A P GI T dx d dx d GI T dA I = = j j 2 代入物理关系式 得: dx d G j r t r = p I T r t r = 5. 计算极惯性矩IP ①圆截面 下一页 上一页 ②空心圆截面 O ρ d ρ d D 下一页 上一页 6. 应力分布规律 工程中采用空心截面构件:提高强度,节约材料,重量轻。 (空心截面) (实心截面) 下一页 上一页 二、圆轴扭转时的强度计算 1 . 确定最大切应力 下一页 上一页 * * * * *

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