SKRĘCANIE WAŁÓW OKRĄGŁYCH



Podobne dokumenty
ZGINANIE PŁASKIE BELEK PROSTYCH

2. Pręt skręcany o przekroju kołowym

STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Ścinanie i skręcanie. dr hab. inż. Tadeusz Chyży

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

WYMAGANIA EDUKACYJNE Z PRZEDMIOTU: KONSTRUKCJE BUDOWLANE klasa III Podstawa opracowania: PROGRAM NAUCZANIA DLA ZAWODU TECHNIK BUDOWNICTWA

Wytrzymałość Materiałów

15. Przedmiot: WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW Kierunek: Mechatronika Specjalność: Elektroautomatyka okrętowa Rozkład zajęć w czasie studiów Liczba godzin

Treść ćwiczenia T6: Wyznaczanie sił wewnętrznych w belkach

Ć w i c z e n i e K 3

Wytrzymałość Konstrukcji I - MEiL część II egzaminu. 1. Omówić wykresy rozciągania typowych materiałów. Podać charakterystyczne punkty wykresów.

Dr inż. Janusz Dębiński

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2014/15

Spis treści. Wstęp Część I STATYKA

Uwaga: Linie wpływu w trzech prętach.

Zginanie proste belek

Liczba godzin Liczba tygodni w tygodniu w semestrze

Wytrzymałość Materiałów

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2015/16

MECHANIKA PRĘTÓW CIENKOŚCIENNYCH

5. METODA PRZEMIESZCZEŃ - PRZYKŁAD LICZBOWY

Z1/7. ANALIZA RAM PŁASKICH ZADANIE 3

Mechanika i Budowa Maszyn

Mechanika teoretyczna

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Materiały pomocnicze do wykładów z wytrzymałości materiałów 1 i 2 (299 stron)

Ć w i c z e n i e K 4

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

Materiały do wykładu na temat Obliczanie sił przekrojowych, naprężeń i zmian geometrycznych prętów rozciąganych iściskanych bez wyboczenia.

Zadanie 3. Belki statycznie wyznaczalne. Dla belek statycznie wyznaczalnych przedstawionych. na rysunkach rys.a, rys.b, wyznaczyć:

Podstawowe pojęcia wytrzymałości materiałów. Statyczna próba rozciągania metali. Warunek nośności i użytkowania. Założenia

Wewnętrzny stan bryły

CIENKOŚCIENNE KONSTRUKCJE METALOWE

Defi f nicja n aprę r żeń

1. Silos Strona:1 Dla danego układu wyznaczyć MTN metodą sił Rys. Schemat układu ...

gruparectan.pl 1. Silos 2. Ustalenie stopnia statycznej niewyznaczalności układu SSN Strona:1 Dla danego układu wyznaczyć MTN metodą sił

Skręcanie prętów naprężenia styczne, kąty obrotu 4

Rozciąganie i ściskanie prętów naprężenia normalne, przemieszczenia 2

WYZNACZANIE MODUŁU SPRĘŻYSTOŚCI POSTACIOWEJ G PRZEZ POMIAR KĄTA SKRĘCENIA

1. Pojazdy i maszyny robocze 2. Metody komputerowe w projektowaniu maszyn 3. Inżynieria produkcji Jednostka prowadząca

Zadanie 1 Zadanie 2 tylko Zadanie 3

MECHANIKA I WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW - OBLICZANIE SIŁ WEWNĘTRZNYCH W BELKACH

Temat: Mimośrodowe ściskanie i rozciąganie

Mechanika teoretyczna

Przykład 4.1. Ściag stalowy. L200x100x cm 10 cm I120. Obliczyć dopuszczalną siłę P rozciagającą ściąg stalowy o przekroju pokazanym na poniższym

Naprężenia styczne i kąty obrotu

Al.Politechniki 6, Łódź, Poland, Tel/Fax (48) (42) Mechanika Budowli. Inżynieria Środowiska, sem. III

ĆWICZENIE 7 Wykresy sił przekrojowych w ustrojach złożonych USTROJE ZŁOŻONE. A) o trzech reakcjach podporowych N=3

PODSTAWY MECHANIKI OŚRODKÓW CIĄGŁYCH

Wytrzymałość Materiałów II studia zaoczne inżynierskie I stopnia kierunek studiów Budownictwo, sem. IV materiały pomocnicze do ćwiczeń

15. Przedmiot: WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW Kierunek: Mechatronika Specjalność: Elektroautomatyka okrętowa Rozkład zajęć w czasie studiów Liczba godzin

gruparectan.pl 1. Metor Strona:1 Dla danego układu wyznaczyć MTN metodą przemieszczeń Rys. Schemat układu Współrzędne węzłów:

Zestaw pytań z konstrukcji i mechaniki

Przykład 1 Dany jest płaski układ czterech sił leżących w płaszczyźnie Oxy. Obliczyć wektor główny i moment główny tego układu sił.

2kN/m Zgodnie z wyznaczonym zadaniem przed rozpoczęciem obliczeń dobieram wstępne przekroje prętów.

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

Mechanika ogólna Wydział Budownictwa Politechniki Wrocławskiej Strona 1. MECHANIKA OGÓLNA - lista zadań 2016/17

Podpory sprężyste (podatne), mogą ulegać skróceniu lub wydłużeniu pod wpływem działających sił. Przemieszczenia występujące w tych podporach są

WSTĘP DO TEORII PLASTYCZNOŚCI

Laboratorium wytrzymałości materiałów

Dr inż. Janusz Dębiński. Wytrzymałość materiałów zbiór zadań

Karta (sylabus) przedmiotu Mechanika i Budowa Maszyn Studia I stopnia o profilu: A P

Rodzaje obciążeń, odkształceń i naprężeń

R o z w i ą z a n i e Przy zastosowaniu sposobu analitycznego należy wyznaczyć składowe wypadkowej P x i P y

Linie wpływu w belce statycznie niewyznaczalnej

Zadanie 1. Dla ramy przestrzennej przedstawionej na rys. 1 wyznaczyć reakcje i sporządzić wykresy sił wewnętrznych. DANE

5. Indeksy materiałowe

Badanie i obliczanie kąta skręcenia wału maszynowego

8. WIADOMOŚCI WSTĘPNE

ĆWICZENIE 2 WYKRESY sił przekrojowych dla belek prostych

Przykład Łuk ze ściągiem, obciążenie styczne. D A

3. RÓWNOWAGA PŁASKIEGO UKŁADU SIŁ

Mechanika ogólna / Tadeusz Niezgodziński. - Wyd. 1, dodr. 5. Warszawa, Spis treści

Przykłady (twierdzenie A. Castigliano)

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów studia niestacjonarne I-go stopnia, semestr zimowy

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH. Doświadczalne sprawdzenie zasady superpozycji

PaleZbrojenie 5.0. Instrukcja użytkowania

Porównanie metodyki obliczeń połączenia śrubowego według literatury niemieckiej i polskiej

Wyznaczenie reakcji belki statycznie niewyznaczalnej

ZałoŜenia przyjmowane przy obliczaniu obciąŝeń wewnętrznych belek

LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

PRZEZNACZENIE I OPIS PROGRAMU

Mechanika teoretyczna

Sił Si y y w ewnętrzne (1)(1 Mamy my bry r łę y łę mate t r e iralną obc ob iążon ż ą u kła k de d m e si m ł si ł

Politechnika Białostocka

Wyboczenie ściskanego pręta

Z-LOG-0133 Wytrzymałość materiałów Strength of materials

WIADOMOŚCI WSTĘPNE, PRACA SIŁ NA PRZEMIESZCZENIACH

Przykład 4.2. Sprawdzenie naprężeń normalnych

PRÓBNA MATURA ZADANIA PRZYKŁADOWE

Wyznaczanie modułu sprężystości za pomocą wahadła torsyjnego

KONSTRUKCJE METALOWE

Narysować wykresy momentów i sił tnących w belce jak na rysunku. 3ql

{H B= 6 kn. Przykład 1. Dana jest belka: Podać wykresy NTM.

Rachunek całkowy - całka oznaczona

Projekt wału pośredniego reduktora

MECHANIKA 2. Wykład Nr 3 KINEMATYKA. Temat RUCH PŁASKI BRYŁY MATERIALNEJ. Prowadzący: dr Krzysztof Polko

Metody energetyczne. Metoda Maxwella Mohra Układy statycznie niewyznaczalne Metoda sił Zasada minimum energii

PODSTAWY STATYKI BUDOWLI POJĘCIA PODSTAWOWE

Transkrypt:

KRĘCANIE AŁÓ OKRĄGŁYCH kręcanie występuje wówczas gdy para sił tworząca moment leży w płaszczyźnie prostopadłej do osi elementu konstrukcyjnego zwanego wałem Rysunek pokazuje wał obciążony dwiema parami sił oraz różne sposoby przedstawiania momentów skręcających ten wał Na kolejnym rysunku pokazano niejednoznaczne oznaczania kierunków momentów przyczyniać się do błędnej interpretacji omenty skręcające wał Różne metody zaznaczania momentów skręcających Niejednoznaczne określanie momentów Równanie równowagi: suma momentów względem osi wału Hipoteza płaskich przekrojów: potwierdzona doświadczalnie hipoteza zakładająca że okrągłe przekroje poprzeczne wału pozostają po skręceniu płaskie i okrągłe obracając się wokół osi wału o niewielki kąt Hipoteza płaskich przekrojów pozwala na określenie mechanizmu odkształceń wału oparciu o tą hipotezę wyprowadzono wzory pozwalające na obliczanie naprężeń stycznych w wale oraz kąta skręcenia wału kręcanie wałów okrągłychdoc

Naprężenia w skręcanym wale: dla dowolnego promienia s J dla promienia = r sr s r J J biegunowy moment bezwładności wskaźnik wytrzymałości przekroju na skręcanie Liniowe rozkłady naprężeń stycznych przy skręcaniu dla wału pełnego i wydrążonego Definicja wskaźnika wytrzymałości przekroju na skręcanie: iloraz biegunowego momentu bezwładności J J i odległości skrajnego włókna od środka ciężkości r przekroju: d d d Dla wału pełnego J Jx 6 d z dw J Dla wału wydrążonego: J d L L Kąt skręcenia wału o długości L: rad L 8 z 8 zględny kąt skręcenia wału: rad / m / m L Iloczyn nosi nazwę sztywności przekroju na skręcanie (por EA przy rozciąganiu) G moduł odkształcenia postaciowego E G [Pa] moduł ścinania moduł Kirchhoffa: ( ) arunek wytrzymałościowy na skręcanie ma postać: praktycznych obliczeniach na skręcanie bardzo często jest wykorzystywany warunek na sztywność: kręcanie wałów okrągłychdoc

PRZYKŁAD ał o średnicy d wykonuje n = obr/min i przenosi moc N = 6 k Korzystając z warunków wytrzymałościowego i sztywnościowego wyznaczyć średnicę wału Przyjąć = 5 Pa = /m G = 8 Pa arunek wytrzymałościowy: d 6 d 6 Dla wału przenoszącego moc z zależności N = można określić wartość momentu skręcającego N n 6 N 955 n N m N k n obr min powyższym wzorze liczba 955 (dokładnie: 959) to przelicznik jednostek obliczony w przykładzie Po wykorzystaniu tego wzoru średnicę wału oblicza się z zależności 6 955 N d 65 n N n cm Po podstawieniu wartości liczbowych średnica wału arunek sztywnościowy: 6 d 65 9cm 5 8 J d G 8 8 8 955 N d 565 ng ng N ng cm Po podstawieniu wartości liczbowych średnica wału z warunku sztywnościowego 6 d 565 8cm 8 Dla spełnienia obu warunków należy przyjąć d = 9 cm arto zwrócić uwagę że dla = /m średnica wału d = 5 cm natomiast dla = /m średnica d = cm kręcanie wałów okrągłychdoc 5

PRZYKŁAD ał pokazany na rysunku jest skręcany momentami = 5 Nm i = 5 Nm ykonać wykresy: momentów skręcających naprężeń stycznych oraz kątów obrotów poprzecznych przekrojów wału Przyjąć G = 8 Pa Lewy koniec wału jest utwierdzony prawy jest swobodny Zadanie jest statycznie wyznaczalne Równanie równowagi (suma rzutów momentów na oś wału) ma postać: N m A A iły wewnętrzne w poszczególnych odcinkach wału wyznacza się korzystając z metody myślowych przekrojów Zasady tworzenia granic przedziału w którym można dokonać myślowego przekroju są takie same jak w układach prętowych a więc granicami tymi są punkty przyłożenia obciążenia oraz miejsca zmiany wielkości przekroju poprzecznego rozpatrywanym wale należy uwzględnić dwa myślowe przekroje Przekrój : Przekrój : Przekrój : Dla odcinka wału pomiędzy lewym końcem a przekrojem I I z warunku równowagi otrzymuje się: N m A Dla odcinka wału pomiędzy lewym końcem a przekrojem II II równanie równowagi ma postać: 5 5 Nm A celu kontroli poprawności obliczeń należy rozpatrzyć pozostałą część wału: 5 N m kręcanie wałów okrągłychdoc 6

powyższych równaniach równowagi przyjęto znak momentu skręcającego według rys b Dla ułatwienia obliczeń we wszystkich myślowych przekrojach korzystnie jest przyjmować ten sam kierunek siły wewnętrznej Uskoki na wykresie odpowiadają wartościom sił zewnętrznych biernych (reakcja w utwierdzeniu) i czynnych (momenty obciążające) Biegunowe momenty bezwładności wynoszą: d z dw d 78 cm J 795 cm J skaźniki wytrzymałości przekroju na skręcanie: J 78 d 859 cm 5 cm d 6 6 z aksymalne naprężenia styczne na odcinku AB oraz BC wału: 5 AB 8 Pa BC 9 Pa 859 5 przy czym przelicznik jednostek jest tutaj równy Naprężenia styczne na wewnętrznej powierzchni wału na odcinku AB dw AB 76 Pa J 78 Kąt skręcenia odcinka AB oraz BC wału L 8 8 BA 5 8 78 CB L 8 5 8 9 8 795 Całkowity kąt skręcenia swobodnego końca wału 5 9 6 CA BA ykres naprężeń stycznych i kątów skręcenia pokazano na rysunku CB PRZYKŁAD Dla wału przedstawionego na rysunku wykonać wykresy momentów naprężeń oraz kątów skręcenia przekrojów poprzecznych Przyjąć: = knm = 5 knm L = m d = cm G = 8 Pa ał w tym przykładzie jest utwierdzony na obu końcach zadanie jest jednokrotnie statycznie niewyznaczalne Po uwolnieniu wału z więzów równanie równowagi momentów względem osi wału ma postać: A B A B 5kNm Zadanie zostanie rozwiązane metodą myślowych przekrojów oraz metodą wykorzystującą zasadę superpozycji kręcanie wałów okrągłychdoc 7

etoda myślowych przekrojów Zgodnie z regułami określania myślowych przekrojów w odniesieniu do wału pokazanego na rys a należy rozpatrzyć cztery myślowe przekroje Dla pierwszego przekroju od lewej strony wału (rys b) z równania równowagi otrzymuje się A Dla kolejnych przekrojów (rys c d e): A A A Równanie równowagi dla brakującego odcinka wału pozwala na sprawdzenie poprawności obliczeń (rys f): = B Do rozwiązania zadania konieczne jest drugie równanie określane jako równanie geometryczne mówiące że kąt skręcenia wału w utwierdzeniu jest równy zeru Dla utwierdzenia B równanie kąta skręcenia przekroju B względem A ma postać: BA L L L L Po określeniu biegunowych momentów bezwładności: d 8d d d 6d J 59 J oraz po uproszczeniu równania geometrycznego 6 6 9 A A J 795 knm d 96 Z równania statyki określa się drugi moment oporowy: B = 5 A = 95 knm Znak oznacza że na rys a przyjęto niewłaściwy kierunek reakcji B kręcanie wałów okrągłychdoc 8

Zasada superpozycji edług zasady superpozycji każde obciążenie działające na wał może być rozpatrywane oddzielnie a ich skutki można sumować Zgodnie z tym oblicza się kąty skręcenia przekroju B wału wywołane działaniem momentów oraz B przy czym moment oporowy B jest traktowany tutaj równoważnie z pozostałymi momentami (rys g h i) Równanie geometryczne ma wówczas postać B L L B B B B BB L L L 95 knm B BB BL BL BL oment A wyznacza się z równania statyki etoda superpozycji jako narzędzie do napisania równania geometrycznego jest pod względem pracochłonności porównywalna z metodą myślowych przekrojów celu wykonania wykresów należy zastosować metodę przekrojów pozwalająca wyznaczyć i Po obliczeniu J i oraz i można wykonać odpowiednie wykresy AC DE J 59 5796cm J 9875 J 96 75 cm J 595 cm 965 5d 6 795 595 95 DE EB AC CD 6 6 6 Pa 685 Pa CD EB cm 795 5 8 8 5796 795 5 8 8 9875 95 8 8 75 95 8 8 75 795 965 95 5 5 5 8 59 9 5 9 cm cm 6 Pa 9 Pa Poprawność obliczeń można sprawdzić za pomocą poniższego równania geometrycznego AC CD DE EB szystkie wykresy pokazano na rys a kręcanie wałów okrągłychdoc 9

KRĘCANIE OBODNE PRĘTÓ O PRZEKROJU NIEOKRĄGŁY l b h J * b h spółczynniki określa się z tabeli dla stosunku h/b (h > b) Przykładowe wartości : h/b 5 5 μ 8 6 56 67 μ 96 9 9 6 μ 859 795 766 75 7 Dla h / > h J h yroby hutnicze: kątowniki ceowniki teowniki dwuteowniki Pręt cienkościenny o profilu otwartym: J Ji i J n J i i J J aksymalne występuje w tej części pręta dla której J i / i osiąga maksymalną wartość i i Pręt cienkościenny o przekroju zamkniętym: L J A min A ds (wzory Bredta) A pole powierzchni ograniczone linią środkową grubość ścianki w miejscu obliczania n J hii I J największa szerokość prostokątnej części składowej przekroju współczynnik korygujący wg tabeli: kręcanie wałów okrągłychdoc