题目
两根圆轴,外径相同,轴1是实心的,轴2是空心的。当两轴承受相同扭矩时,关于两轴最大切应力的正确说法是( )。A. 相等B. 轴1大C. 轴2大D. 无法确定
两根圆轴,外径相同,轴1是实心的,轴2是空心的。当两轴承受相同扭矩时,关于两轴最大切应力的正确说法是( )。
A. 相等
B. 轴1大
C. 轴2大
D. 无法确定
题目解答
答案
C. 轴2大
解析
本题考查圆轴扭转时最大切应力的计算及比较,解题思路是先明确实心圆轴和空心圆轴最大切应力的计算公式,再根据两轴外径相同、承受相同扭矩的条件,分析两轴最大切应力的大小关系。
1. 明确实心圆轴和空心圆轴最大切应力的计算公式
- 对于实心圆轴,其最大切应力计算公式为$\tau_{max1}=\frac{T}{W_{t1}}$,其中$T$为扭矩,$W_{t1}$为实心圆轴的抗扭截面系数,且$W_{t1}=\frac{\pi D^{3}}{16}$,$D$为实心圆轴的外径。
- 对于空心圆轴,其最大切应力为$\tau_{max2}=\frac{T}{W_{t2}}$,其中$W_{t2}$为空心圆轴的抗扭截面系数,且$设空心圆轴的内径厚度为\(t$,外径为$D$,内径为$d = D - 2t$)$W_{t2}=\frac{\pi D^{3}}{16}(1 - \alpha^{4})$,$\alpha=\frac{d}{D}$,因为是空心轴,所以$0<\alpha<1$,则$0<1 - \alpha^{4}<0$,那么$1 - \alpha^{4}<1$,即$W_{t2}=\frac{\pi D^{3}}{16}(1 - \alpha^{4})<\frac{\pi D^{3}}{16}=W_{t1}$。
2. 比较两轴的最大切应力
已知两轴承受相同的扭矩$T$,由$\tau_{max1}=\frac{T}{W_{t1}}$,$\tau_{max2}=\frac{T}{W_{t2}}$}})。
因为$W_{t2}