扭转

厚德博学善思致用浅析扭转组员：李猛陈浩浩傅承锋陈运忠钱聪邓宏1.扭转的实例和外力偶矩等概念2.扭矩与扭矩图扭转3.剪切胡克定律4.圆轴扭转时的应力与变形5.钢筋混凝土受扭构件6.扭转减震器的设计攻丝汽车转向轴当两只手用力相等时，拧紧螺母的工具杆将产生扭转。传动轴传动轴将产生扭转一.工程实例1.扭转的实例和外力偶矩等概念二、扭转的概念扭转：杆的两端承受大小相等、方向相反、作用平面垂直于杆件轴线的两个力偶，杆的任意两横截面将绕轴线相对转动的受力与变形形式。轴：工程中以扭转为主要变形的杆件1.扭转的实例和外力偶矩等概念2、按输入功率和转速计算作用于构件的外力偶矩与机器的转速、功率有关。在传动轴计算中，通常给出传动功率P和转速n，则传动轴所受的外力偶矩Me可用下式计算：min/rkW9549nPMe2.扭矩与扭矩图1、扭矩：截面受扭时横截面上分布内力系合成的内力偶，记为’T’2、截面法求扭矩3、扭矩符号规定：为了保证同一处两侧横截面上的扭矩具有相同的正负号，约定按右手定则确定横截面上扭矩方向，当其与截面外法线方向一致为正，反之为负。4、扭矩图：表示沿杆件轴线各横截面上扭矩变化规律的图形。3.剪切胡克定律当在弹性范围内加载时：OG这种线性关系称为剪切胡克定律。G——剪切模量。材料的一个弹性常数，量纲与相同。G、E和n是表明材料弹性性质的三个常数。对各向同性材料，三个弹性常数之间存在下列关系：)1(2nEG4.圆轴扭转时的应力与变形1、扭转切应力公式推导变形几何关系：dxMeMed—切应变表面Rddx内部ddxdxd物理关系：dxdGG静力关系：MedAdAdTAdAdTTAdAdxdGAdAdxdG2pIT极惯性矩Ip:ApdAI2实心圆轴:324DIp空心圆轴:DdDdDIp4444132322、圆轴扭转的强度条件WtTRITpmaxRIWtp抗扭截面系数Wt:163DWt43116DWt强度条件：WtTmaxmax3、圆轴扭转时的变形和刚度计算pGITdxddxGITdlp单位：(弧度):pIG抗扭刚度对于两端作用力偶的等直轴:pGITl单位长度扭转角：pIGTdxd')(180m刚度条件：'180'maxmaxpIGTmmm/0.30.1/0.150.0/5.025.0～～～精密轴一般轴粗糙轴'许用单位长度扭转角5.钢筋混凝土受扭构件一、概述：扭转是结构构件受力的基本形式之一，凡是在构件截面中有扭矩作用的构件，都称为受扭构件。钢筋混凝土结构中经常出现承受扭矩作用的构件，如雨棚梁、现浇框架边梁、吊车梁等均属于受扭构件，如图：两类受扭构件钢筋混凝土结构在扭矩作用下，根据扭矩形成的原因，可以分为两种类型：平衡扭转和约束扭转。平衡扭转◆构件中的扭矩可以直接由荷载静力平衡求出◆受扭构件必须提供足够的抗扭承载力，否则不能与作用扭矩相平衡而引起破坏。约束扭转在超静定结构，扭矩是由相邻构件的变形受到约束而产生的，扭矩大小与受扭够的抗扭刚度有关，称为约束扭转。对于约束扭转，由于受扭构件在受力过程中的非线性性质，扭矩大小与构件受力阶段的刚度比有关，不是定值，需要考虑内力重分布进行扭矩计算。二、纯扭构件（1）试验研究分析1）无筋矩形截面在纯扭矩作用下，无筋矩形截面混凝土构件开裂前具有与均质弹性材料类似的性质，截面长边中点剪应力最大，在截面四角点处剪应力为零。当截面长边中点附近最大主拉应变达到混凝土的极限拉应变时，构件就会开裂。随着扭矩的增加，裂缝与构件纵轴线成450角向相邻两个面延伸，最后构件三面开裂，一面受压，形成一空间扭曲斜裂面而破坏。自开裂至构件破坏的过程短暂，破坏突然，属于脆性破坏，抗扭承载力很低。素混凝土抗扭构件的受力情况及破坏面2）钢筋混凝土矩形截面当扭矩很小时，混凝土未开裂，钢筋拉应力也很低，构件受力性能类似于无筋混凝土截面。随着扭矩的增大，在某薄弱截面的长边中点首先出现斜裂缝，此时扭矩稍大于开裂扭矩Tcr。斜裂缝出现后，混凝土卸载，裂缝处的主拉应力主要由钢筋承担，因而钢筋应力突然增大。当构件配筋适中时，荷载可继续增加，随之在构件表面形成连续或不连续的与纵轴线成约35º～55º的螺旋形裂缝。扭矩达到一定值时，某一条螺旋形裂缝形成主裂缝，与之相交的纵筋和箍筋达到屈服强度，截面三边受拉，一边受压，最后混凝土被压碎而破坏。破裂面为一空间曲面。开裂扭矩的计算1.按弹性理论计算的开裂扭矩Tcr(a)弹性状态的剪应力分布(b)螺旋形裂缝钢筋混凝土纯扭构件，裂缝出现前处于弹性阶段工作，构件的变形很小，钢筋的应力也很小,可忽略钢筋对开裂扭矩的影响，按素混凝土构件计算。在扭矩T作用下构件中存在有与剪应力相应的主压应力σcp及主拉应力σtp。主应力在数值上与剪应力τ相等，方向相差45o。矩形截面的最大剪应力τmax或最大主应力发生在截面长边的中点处。当主拉应力σtp到达了混凝土的抗拉强度ft时，混凝土将沿主压应力方向开裂，并发展成螺旋形裂缝。2Tbh按照弹性理论，当τ=σtp=ft时的扭矩即为开裂扭矩TcrTcr=ftWt式中Wt为截面的受扭弹性抵抗矩Wt=αb2h，当h/b=1.0时，α=0.2；当h/b=∝时，α=1/32.按塑性理论计算的开裂扭矩Tcr按照塑性理论，截面任一点的应力到达极限强度时，材料进入塑性状态。该点应力保持不变，而应变可继续增长，故荷载仍可增大，直到截面上的应力全部到达材料的极限强度，构件到达极限承载力。全塑性状态的剪应力分布分别计算每个区域的合力及其所组成的力偶，取τ=ft可求得总扭矩为：Tcr=ftWt式中Wt为截面的受扭塑性抵抗矩Wt=b2(3h-b)/63矩形截面纯扭构件的抗裂扭矩混凝土材料既非完全弹性，也不是理想弹塑性，而是介于两者之间的弹塑性材料。矩形截面纯扭构件的抗裂扭矩Tcr按下式计算ttcrWfT7.0式中0.7——考虑到混凝土非完全塑性材料的强度降低系数；ft——混凝土抗拉强度设计值；Wt——截面抗扭抵抗矩，按下式计算)3(62bhbWt6.扭转减震器的设计背景阐述扭转减震器是为了避免转动方向上的共振，缓和传动系受到的冲击载荷，大多数汽车都在离合器从动盘上附装有扭转减震器。扭转减震器能降低发动机曲轴系与传动系结合部分的扭转刚度，调谐传动系扭震固有频率，使传动系共振应力下降。还能缓和汽车改变行驶状态时对传动系产生的扭转冲击，并改善离合器的接合平顺性。接合平顺性：汽车起步时，发动机扭矩直接传递给变速箱输入轴，必定造成对变速箱及整个传动系统的冲击，扭转减震器利用弹簧变形，吸收转矩然后缓慢释放，使得离合器接合平顺，车辆起步平稳。单片干式离合器扭转减震器1.盘毂2.减震弹簧3.从动盘本体4.铆钉5.钢片双质量飞轮汽车传动系的共振取决于传动系中所有旋转圆盘的惯性矩，临界转速越低惯性矩越大，共振也越大。在离合器上设置扭转减振器存在两个方面的局限性∶一不能使发动机到变速器之间的固有频率降低到怠速转速以下，即不能避免在怠速转速时产生共振的可能；二是由于离合器从动盘中弹簧转角受到限制，弹簧刚度无法降低，减振效果比较差。为了解决这两个问题，更有效地达到隔振和减振的目的，双质量飞轮就应运而生了。你知道吗？双质量飞轮是当前汽车上隔振减震效果最好的装置，因此上世纪90年代以来在欧洲得到广推广，已从高级轿车推广到中级轿车，这与欧洲人喜欢手动挡和柴油车有和大关系，众所周知，柴油机的震动比汽油机大，为了使柴油机减少震动，提高乘坐的舒适性，现在欧洲许多柴油车都采用了双质量飞轮，使得柴油机轿车的舒适性可与汽油机轿车媲美，在国内，一汽大众的宝来手动挡轿车也率先采用了双质量飞轮。学习才是硬道理！谢谢观看。。