Примеры решения задач

П ример 1. На распределительном валу (рис. 26.3) установлены четыре шкива, на вал через шкив 1 подается мощность 12 кВт, кото­рая через шкивы 2, 3, 4 передается потребителю; мощности распреде­ляются следующим образом: Р₂ = 8 кВт, Р₃ = 3 кВт, Р₄ = 1кВт, вал вращается с постоянной скоростью ω = 25 рад/с. Построить эпюру крутящих моментов на валу.

Решение

1. Определяем моменты пар сил на шкивах.

Вращающий момент определяем из формулы мощности при вра­щательном движении

Момент на шкиве 1 движущий, а моменты на шкивах 2, 3, 4 — моменты сопротивления механизмов, поэтому они имеют противопо­ложное направление. Брус скручивается между движущим момен­том и моментами сопротивления. При равновесии момент движущий равен сумме моментов сопротивления:

2. Определяем крутящие моменты в поперечных сечениях бруса с помощью метода сечений.

2. Строим эпюру крутящих моментов. Заметим, что скачок на эпюре всегда численно равен приложенному вращающему моменту.

Выбираем соответствующий масштаб.

Откладываем значения моментов, штрихуем эпюру поперек, об­водим по контуру, записываем значения моментов (см. эпюру под схемой вала (рис. 26.3)). Максимальный крутящий момент на участ­ке III М_кз = 320 Н*м.

П ример 2. Выбрать рациональное расположение колес на валу (рис. 26.5). m₁ = 280 Н • м; т₂ = 140 Н • м; т₃ = 80 Н* м.

Примечание. Меняя местами колеса (шкивы) на валу, можно изменять величины крутящих моментов. Рациональ­ным расположением является такое, при котором крутящие моменты принимают минимальные из возможных значения.

Рассмотрим нагрузки на валу при различном расположении колес.

Из представленных вариантов наиболее рационально располо­жение шкивов в третьем случае, здесь значения крутящих момен­тов минимальны. Вывод: при установке шкивов желательно, чтобы мощность подавалась в середине вала и по возможности равномерно распределялась направо и налево.

Пример 3. Для бруса, изображенного на рис. 2.34, а, построить эпюру крутящих моментов.

Р ешение

1. Заданный брус имеет три участка I, II, III. Напомним, что границами участков являются сечения, в которых прилажены внешние (скручивающие) моменты.

В данном случае проще, применяя метод сечений, оставлять левую и отбрасывать правую часть бруса — это дает возможность не определять реактивный момент в заделке.

Проводим произвольное поперечное сечение на уча­стке I и составляем уравнение равновесия для оставлен­ной части бруса, изображенной отдельно на рис. 2.34, 6:

В любом сечении участка I крутящий момент имеет найденное значение M¹_z = т. Из уравнения равновесия для оставленной части значение M¹_z получилось со знаком плюс. Это указывает на то, что выбранное направление M¹_z соответствует действительному.

Эпюра крутящих моментов на этом участке — прямая, параллельная оси абсцисс. Согласно принятому правилу знаков М¹_я отрицателен, и ординаты эпюры откладываем вниз от ее оси.

2. Проводим произвольное поперечное сечение на участ­ке II и составляем уравнение равновесия для оставлен­ной части бруса, изображенной отдельно на рис. 2.34, в:

Откуда

И в этом случае выбранное направление M^II_z соответст­вует действительному. В любом сечении участка II кру­тящий момент Mz^II = 2m. Согласно принятому правилу знаков, Mz^II положителен и ординаты эпюры откладываем вверх от ее оси.

3. Проводим произвольное поперечное сечение на участке III и составляем уравнение равновесия для оставленной части бруса, изображенной отдельно на рис. 2.34, г:

откуда

В любом сечении участка III Mz^III = —Зт.

Эпюра крутящих мо­ментов представлена на рис. 2.34, д.

При нагружении бруса сосредоточенными моментами эпюра всегда имеет такой же харак­тер, как и в рассмат­риваемом случае: на от­дельных участках она ограничена прямыми, параллельными оси абсцисс; в местах при­ложения внешних (скру­чивающих) моментов по­лучаются скачки на ве­личину этих моментов.

П ример 4. На вал насажены шкивы 1, 2, 3, 4 (рис. 2.35, а). Шкив 1 передает от ис­точника энергии на вал мощность N₁ = 5,2 кВт, а остальные шкивы снимают с вала и передают рабочим машинам мощности соответ­ственно N₂ = 1,5 кВт; N₃ = 1,7 кВт; N₄ = 2,0 кВт. Вал вращается с частотой п = 240 об/мин. Построить эпюру крутящих моментов.