对于传动轴等转动杆件,通常只给出其转速和所传递功率,在分析内力时,首先需要根据转速和功率计算外力偶矩。由理论力学可知,力偶在相应角位移上做功,而力偶在单位时间内所作功率P等于其力偶矩M与相应角速度ω的乘积,即
P= Mω
在工程实际中,功率P的常用单位为kW(千瓦),转速n的常用单位为r/min(转/分),在这种情况下,上式即变为
P×103 =M×2πn/60
由此得力偶矩
M≈9 550 P/n
1.内力
求圆轴扭转时的应力——截面法。图所示为受一对外力偶作用的圆轴。假想地沿轴的某一截面m—m切开,并取I部分为研究对象。
为使I部分仍处于平衡状态,必在截面m—m处作用一个内力偶矩MT。
建立平衡方程:∑M=0,则
MT-M=0
MT=M
上式表明,圆轴扭转时横截面上的内力是一个力偶矩,称为扭矩。
2. 符号规定
按右手螺旋法则,四指方向与截面力偶方向一致,则拇指指向为扭矩的方向(如下图)。
当该矢量MT,方向与截面外法线方向一致时,MT为正:矢量MT方向与截面外法线方向相反时,MT为负。
知识点词条:圆轴扭转的外力矩计算及扭矩计算