Как рассчитать крутящий момент на валу

Вся физика занимается описанием того, как движутся объекты и как определенные величины, которыми они обладают (например, энергия, импульс), обмениваются друг с другом и с окружающей средой. Возможно, самой фундаментальной величиной, определяющей движение, является сила, которая описывается законами Ньютона.

Когда вы представляете себе силы, вы, вероятно, представляете, как объекты толкаются или тянутся по прямой линии. Фактически, когда вы впервые знакомитесь с концепцией силы в курсе физики, вам предлагают именно такой сценарий, потому что он самый простой.

Но физические законы, управляющие вращательным движением, включают в себя совершенно другой набор переменных и уравнений, даже если основные принципы одинаковы. Одна из этих особых величин -крутящий момент, который часто действует для вращения валов в машинах.

Проще говоря, сила - это толкать или тянуть. Если общий эффект всех сил, действующих на объект, не нейтрализован, то эта результирующая сила заставит объект ускориться или изменить его скорость.

Вопреки, возможно, вашей собственной интуиции, а также представлениям древних греков, сила не требуется для перемещения объекта с постоянной скоростью, поскольку ускорение определяется как скорость изменения скорость.

Еслиа= 0, изменениеv= 0, и сила не требуется для того, чтобы объект продолжал двигаться, при условии, что на него не действуют другие силы (включая сопротивление воздуха или трение).

В закрытой системе, если сумма всех присутствующих сил равна нулюа такжесумма всех присутствующих крутящих моментов также равна нулю, система считается находящейся вравновесие, поскольку ничто не заставляет его изменить свое движение.

Вращающим аналогом силы в физике является крутящий момент, представленный​Т​​.

Крутящий момент является критическим компонентом практически всех возможных инженерных приложений; Каждая машина с вращающимся валом включает компонент крутящего момента, который составляет почти весь транспортный мир, а также сельскохозяйственное оборудование и многое другое в промышленном мире.

Общая формула для крутящего момента дается следующим образом:

ГдеFсила, приложенная к плечу рычага длинойрпод угломθ. Поскольку sin 0 ° = 0 и sin 90 ° = 1, вы можете видеть, что крутящий момент максимизируется, когда сила прилагается перпендикулярно рычагу. Когда вы думаете о каком-либо опыте использования длинных гаечных ключей, который у вас мог быть, это, вероятно, имеет интуитивный смысл.

• Крутящий момент имеет те же единицы измерения, что и энергия (ньютон-метр), но в случае крутящего момента этоникогданазывается «Джоулями». И, в отличие от энергии, крутящий момент - это векторная величина.

Чтобы рассчитать крутящий момент вала - например, если вы ищете формулу крутящего момента распределительного вала - вы сначала должны указать тип вала, о котором вы говорите.

Это связано с тем, что валы, которые, например, являются полыми и содержат всю свою массу в цилиндрическом кольце, ведут себя иначе, чем сплошные валы того же диаметра.

Для скручивания как полых, так и сплошных валов величина, называемаянапряжение сдвига,представленаτ(греческая буква тау), вступает в игру. Так жеполярный момент инерции площади​, ​J, величина, скорее похожая на массу в задачах вращения, входит в смесь и зависит от конфигурации вала.

Общая формула крутящего момента на валу:

гдер- длина и направление плеча рычага. Для цельного валаJимеет значение (π / 2)р​⁴.

Для полого вала,Jвместо этого (π / 2) (р​_о⁴ – ​р​_я⁴), гдер​_{о и} ​р​_о - внешний и внутренний радиусы вала (твердая часть, внешняя по отношению к пустому цилиндру).