19.7 : Koncentracje naprężeń w wałach kołowych

Rozważmy wzór na skręcanie, który ma zastosowanie do okrągłego wału o stałym przekroju. Wzór ten zakłada, że końce wału są obciążone sztywnymi płytami mocno przymocowanymi. Jednakże w wielu przypadkach momenty obrotowe są przykładane do wału poprzez mechanizmy, takie jak sprzęgła kołnierzowe lub koła zębate, które są połączone za pomocą wpustów włożonych w rowki wpustowe. Ta metoda zastosowania modyfikuje rozkład naprężeń w pobliżu punktu przyłożenia momentu obrotowego, powodując jego odchylenie od rozkładów przewidywanych na podstawie wzoru na skręcanie. Dodatkowo nagłe zmiany średnicy mogą również powodować nieregularny rozkład koncentracji naprężeń, szczególnie w obszarach połączeń.

Naprężenia te można złagodzić poprzez dodanie zaokrąglenia. Współczynnik koncentracji naprężeń może reprezentować najwyższą wartość naprężenia ścinającego w zaokrągleniu. Współczynnik ten, który opiera się na stosunkach średnicy wału i wielkości zaokrąglenia, można obliczyć z wyprzedzeniem i zapisać do przyszłego odniesienia i praktycznego zastosowania. Ta metoda analizy pozostaje skuteczna, jeśli maksymalna wartość naprężenia mieści się w granicy sprężystości materiału. Jeśli wystąpią odkształcenia plastyczne, będą one prowadzić do niższych wartości szczytowych naprężeń, podkreślając, że zrozumienie tych czynników i ich wpływu na rozkład naprężeń jest kluczowe dla dokładnego i praktycznego zastosowania wzoru na skręcanie.