Các trục truyền lực - chẳng hạn trên động cơ và hộp số - phải chịu tải mô-men xoắn dẫn đến xoắn, hoặc xoắn trục về trục của nó. Tương tự như các cấu trúc chịu lực căng hoặc nén , hai tính chất cơ học quan trọng của trục dưới tải trọng mô men là ứng suất cắt và biến dạng cắt.
Ứng suất là lực cản của vật liệu đối với lực tác dụng, và biến dạng là biến dạng do ứng suất. Ứng suất cắt và biến dạng cắt (gây ra tải xoắn) xảy ra khi một lực được tác dụng song song hoặc tiếp tuyến với một khu vực. Ứng suất bình thường và biến dạng bình thường (gây ra bởi sức căng và nén) xảy ra khi một lực được tác dụng bình thường (vuông góc) vào một khu vực.
Mô-men xoắn trên trục gây ra ứng suất cắt.
Sự xoắn, hoặc xoắn, gây ra khi mô-men xoắn được áp dụng cho một trục gây ra sự phân phối ứng suất trên khu vực cắt ngang của trục. (Lưu ý rằng điều này khác với tải trọng kéo và nén, tạo ra ứng suất đồng nhất trên mặt cắt ngang của vật thể.)
Trong phạm vi đàn hồi của vật liệu, ứng suất cắt được phân phối dọc theo bán kính của trục, từ 0 ở tâm trục đến cực đại ở cạnh ngoài.
Mô-men xoắn so với khoảnh khắc:
Mô-men xoắn là lực tác dụng ở khoảng cách gây ra sự thay đổi động lượng góc. Một khoảnh khắc cũng là một lực được áp dụng ở khoảng cách xa, nhưng nó không gây ra sự thay đổi trong động lượng góc. Nói cách khác, mô-men xoắn làm cho một cơ thể xoay quanh một trục, trong khi tải trọng thời điểm không gây ra sự quay.
Ứng suất cắt phụ thuộc vào mô-men xoắn ứng dụng, khoảng cách dọc theo bán kính của trục và mô men quán tính cực . (Lưu ý rằng mômen quán tính cực là một hàm của hình học và không phụ thuộc vào vật liệu trục.)
= ứng suất cắt (N / m 2 , Pa)
T = mô-men xoắn áp dụng (Nm)
r = khoảng cách dọc theo bán kính của trục (m)
J = mômen quán tính cực (m 4 )
Khi đo ứng suất cắt được đo ở rìa ngoài của trục, chữ cái Cv đôi khi được sử dụng thay cho chữ R roi để chỉ ra rằng bán kính ở mức tối đa.
Mô men quán tính cực (hay còn gọi là mô men cực thứ hai của diện tích) cho một hình trụ đặc được cho là:
Lượng biến dạng cắt được xác định bởi góc xoắn, khoảng cách dọc theo bán kính của trục và chiều dài của trục. Phương trình biến dạng biến dạng có giá trị trong cả phạm vi đàn hồi và phạm vi dẻo của vật liệu. Điều quan trọng cần lưu ý là biến dạng cắt và chiều dài trục tỷ lệ nghịch với nhau: trục càng dài thì biến dạng cắt càng thấp.
= biến dạng cắt (radian)
r = khoảng cách dọc theo bán kính của trục (m)
= góc xoắn (radian)
L = chiều dài trục (m)
Cũng lưu ý rằng tại tâm của trục (r = 0), không có biến dạng cắt (γ = 0). Ngược lại, biến dạng cắt ở giá trị cực đại của nó (= γ max ) ở bề mặt ngoài của trục (r = r max ).
Tương tự như mô đun đàn hồi (E) cho một cơ thể chịu lực căng, trục xoắn có một tính chất được gọi là mô đun cắt (còn được gọi là mô đun đàn hồi khi cắt, hoặc mô đun độ cứng). Mô đun cắt (G) là tỷ lệ ứng suất cắt với biến dạng cắt. Giống như mô đun đàn hồi, mô đun cắt được điều chỉnh bởi Định luật Hooke: mối quan hệ giữa ứng suất cắt và biến dạng cắt tỷ lệ thuận với giới hạn tỷ lệ của vật liệu.
HOẶC LÀ
G = mô đun cắt (Pa)
Lưu ý rằng quá trình tạo ra một trục bị xoắn không đơn giản như quá trình tạo ra một cấu trúc trong tình trạng căng thẳng. Điều này là do các cơ thể chịu căng thẳng trải qua một sự căng thẳng liên tục trên toàn bộ mặt cắt ngang của chúng. Do đó, năng suất xảy ra đồng thời trên toàn bộ cơ thể.
Như mô tả ở trên, đối với một trục bị xoắn, ứng suất cắt thay đổi từ 0 ở tâm trục (trục) đến cực đại tại bề mặt của trục. Khi bề mặt đạt đến giới hạn đàn hồi và bắt đầu mang lại, bên trong vẫn sẽ thể hiện hành vi đàn hồi cho một số lượng mô-men xoắn bổ sung. Tại một số điểm, mô-men xoắn được áp dụng làm cho trục đi vào vùng nhựa của nó, trong đó biến dạng tăng trong khi mô-men xoắn không đổi. Chỉ khi mô-men xoắn gây ra hành vi hoàn toàn bằng nhựa thì toàn bộ mặt cắt sẽ mang lại kết quả.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét