Принцип Даламбера Механические свойства материалов Теоретическая механика Сопротивление материалов Деформации при кручении Виды расчетов на прочность Сопротивление усталости Суммарный изгибающий момент сил упругости

Сопротивление материалов Лекции и примеры решения задач

Виды расчетов на прочность

Существует два вида расчета на прочность

1. Проектировочный расчет — определяется диаметр бруса (вала) в опасном сечении:

.

Откуда

.

2.  Проверочный расчет — проверяется выполнение условия прочности

.

3.  Определение нагрузочной способности (максимального крутящего момента) Качественный кинематический анализ. Заключается в проведении анализа на геометрическую неизменяемость ЗРС, которая обеспечивается наличием шарнирно-стержневого треугольника (ШСТ), образованного опорными связями, наложенными на диск

.

Расчет на жесткость

При расчете на жесткость определяется деформация и сравнивается с допускаемой. Рассмотрим деформацию круглого бруса над действием внешней пары сил с моментом т (рис. 27.4).

При кручении деформация оценивается углом закручивания:

.

Здесь φ - угол закручивания; γ – угол сдвига; l - длина бруса; R - радиус; R=d/2. Откуда

.

Закон Гука имеет вид τk = Gγ.

Подставим выражение для γ, получим

; используем ,

Рис. 27.4

откуда

.

Произведение GJP называют жесткостью сечения.

Модуль упругости можно определить как G  0,4Е. Для стали G = 0,8·105 МПа.

Обычно рассчитывается угол закручивания, приходящийся на :дин метр длины бруса (вала) φо .

Условие жесткости при кручении можно записать в виде

,

где φо — относительный угол закручивания, ;

[φо] ≈ 1град/м = 0,02 рад/м - допускаемый относительный гол закручивания.

Кручение. Напряжения и деформации при кручении Иметь представление о напряжении и деформациях при кручении, о моменте сопротивления при кручении.

Суммарный момент сил упругости получаем сложением (интегрированием) элементарных моментов:

Максимальные напряжения при кручении

Из формулы для определения напряжений и эпюры распределения касательных напряжений при кручении видно, что максимальные напряжения возникают на поверхности.

Примеры решения задач

Из расчетов на прочность и жесткость определить потребный диаметр вала для передачи мощности 63 кВт при скорости 30 рад/с. Материал вала - сталь, допускаемое напряжение при кручении 30 МПа; допускаемый относительный угол закручивали; [φо] = 0,02 рад/м; модуль упругости при сдвиге G= 0,8 • 105 МПа.

Полученное значение следует округлить, используя ряд предпочтительных чисел. Практически округляем полученное значение гак, чтобы число заканчивалось на 5 или 0. Принимаем значение dвала = 75 ММ.

Продольные силы упругости выше оси бруса направлены направо, а силы ниже оси направлены налево

Принятые в машиностроении знаки поперечных сил и изгибающих моментов

Знаки поперечных сил

Изгиб.

Построение эпюр поперечных сил и изгибающих моментов.

Основные правила построения эпюризгибающий момент численно равен алгебраической сумме моментов внешних сил, действующих на отсеченную часть, относительно нейтральной оси, совпадающей с осью Ох;

Построение эпюр. Порядок построения эпюр остается прежним: масштабы эпюр выбираются отдельно, исходя из значений максимальных сил и моментов.

Для двухопорной балки построение эпюр начинают с определения опорных реакций балки. Для их определения используем систему уравнений равновесия, составляем два уравнения моментов относительно шарнирных опор. Затем проводим проверку правильности решения по уравнению .

Для упрощения расчетов при построении эпюр поперечных сил и изгибающих моментов можно провести расчет по характерным точкам без составления уравнений.

Для этого используют известные связи между поперечной силок и изгибающим моментом и правила построения эпюр.

РАСЧЕТ НА ПРОЧНОСТЬ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ РАМЫ С ЛОМАННОЙ ОСЬЮ В пространственной раме, в отличие от плоской, как стержни, составляющие раму, так и нагрузки не находятся в одной плоскости. При построении эпюр используется, как и в других случаях, метод сечений. При наличии заделки удобно обходить раму со свободного конца, в противном случае, при при общем нагружении, надо определять в заделке шесть реакций - три силы и три момента.
Сопротивление материалов Кручение круглого бруса