Карданный вал – это деталь, которая позволяет передавать вращательный момент от коробки до редуктора в автомобиле. Конструктивно такой подход применяется не только в автомобилях. Но нас в этой детали интересует другое.
Если вы посмотрите на карданный вал, то скорее всего предположите, что эта деталь сплошная, как кусок арматуры. На самом же деле карданный вал полый внутри.
Но погодите, как так получается, что деталь можно сделать пустой внутри? Неужели вместе с уменьшением её веса не происходит потеря прочности?
Оказывается, в случае работы детали на кручение совершенно безразлично полая она внутри или цельная.
И такой, и такой варианты будут иметь сопоставимые параметры предела прочности на кручение. Но как так получается?
Тут нужно исходить из распределения механических напряжений по сечению детали при кручении.
Механическое напряжение – это параметр, который характеризует внутренние силы в образце при механическом воздействии. Именно механические напряжения в итоге приводят к формированию трещин и последующему разрушению детали.
В случае кручения вала с круглым сечением механические напряжения распределены по сечению детали таким образом, что максимальных своих значений они достигают у поверхности образца. Фактически активно в процессе участвует именно поверхность карданного вала. Остальная «набивка» только увеличивает вес. Поэтому, центральную часть сечения карданного вала можно смело исключать.
Удивительно, но эффект с распределением механического напряжения в данном случае очень напоминает скин-эффект, который заключается в более интенсивном распространении тока по поверхности проводника, а не в его центральной части.
С точки зрения материаловедения, участие в процессе именно поверхности образца имеет логичное объяснение.
Представьте себе, что круглое сечение образца, который будет подвергнут кручению, состоит не из «сплошного материала», а из шариков. Шарики иллюстрируют реальные частицы. Эти шарики связаны друг с другом связями или объединены пружинками.
Когда круглое сечение жёстко закреплено и вал начинают вращать, энергетически выгодно распространять нагружение именно по поверхности.
Вспомните, что будет, если крутить в руках пластичный длинный стержень. Деформироваться он начнет где-то ближе к центру и в итоге станет напоминать сверло. Специфику даже проще представить, если вспомнить, как ломается простая пластмассовая шариковая ручка при её изгибе. Поверхностный слой будет деформироваться более интенсивно, нежели внутренний, а ручка при этом будет менять свой цвет на поверхности из-за деформации полимера.
Шарики, которые мы сопоставили с частичками, будут смещаться начиная от поверхности и кончая центральной частью сечения. Совершенно очевидно, что шарики, расположенные на поверхности, будут смещаться сильнее всего. Шарики, расположенные ближе к центру сечения перемещаться будут значительно меньше.
Ведь сила уже была израсходована на движение внешнего слоя, а сам слой имеет ограниченную подвижность. Аналогичным образом поведут себя и реальные частицы. Благодаря такому распределению нагружения по сечению и получается, что деталь, работающую на кручение, можно сделать полой.
📟 Читайте также на канале:
⚠ Обязательно подписывайтесь на канал, тыкайте лайк 👍 и возвращайтесь за новым контентом!
👉Здесь я выкладываю ссылки на новые материалы, чтобы вы не теряли их в ленте ДЗЕН
🔹 Не забывайте читать новые статьи на сайте!