圆轴扭转“刚性平面假设”的论证
应力与变形有关,观察变形:
在小变形的情况下:
(1)各圆周线的形状、大小及圆周线之间的距离均无变化;各圆周线绕轴线转动了不同的角度。
(2)所有纵向线仍近似地为直线,只是同时倾斜了同一角度g 。
扭转变形的平面假设:圆轴扭转时,横截面保持平面,并且只在原地发生刚性转动。
在平面假设的基础上,扭转变形可以看作是各横截面像刚性平面一样,绕轴线作相对转
动,由此可以得出:
(1)扭转变形时,由于圆轴相邻横截面间的距离不变,即圆轴没有纵向变形发生,所以横截面上没有正应力。
(2)扭转变形时,各纵向线同时倾斜了相同的角度;各横截面绕轴线转动了不同的角度,相邻截面产生了相对转动并相互错动,发生了剪切变形,所以横截面上有切应力。
根据静力平衡条件,推导出截面上任一点的切应力计算公式根据静力平衡条件,推导出截面上任一点的切应力计算公式
即为横截面上任一点的切应力(MPa );MT 为横截面上的扭矩(N mm );为欲求应力的点到圆心的距离(mm );I 为截面对圆心的极惯性矩(mm4)。
圆轴扭转时,横截面边缘上各点的切应力最大(R ),其值为
式中,Wp为抗扭截面系数(mm3),极惯性矩与抗扭截面系数表示了截面的几何性质,其大小与截面的形状和尺寸有关。
(1) 实心轴, 设直径为D,
(2)空心轴,设外径为D,内径为d,
d/D
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