Принцип работы торсиона: устройство и принцип работы, плюсы и минусы — dvd-auto.ru — Штатные головные устройства c GPS навигацией

Содержание

принцип работы торсионов, виды, плюсы и минусы

Для комфортной езды по неровным дорогам необходима упругая связь между колесами и кузовом автомобиля. Одним из способов обеспечения такой связи является применение торсионной подвески. Её активно используют в автомобилестроении благодаря компактности, простоте конструкции и высокой надежности.

Торсионная подвеска – что это такое?

Торсион представляет собой вал, изготовленный из специальной пружинящей стали, обработанной термически. К сплаву предъявляются весьма жесткие требования. Он должен выдерживать продолжительные нагрузки, не теряя при этом свои первоначальные свойства. От этого зависит надежность и долговечность подвески в целом. Для уменьшения негативного воздействия внешней среды торсион покрывают антикоррозийным составом и краской. Наиболее защищены от появления ржавчины валы, которые покрыты прорезиненным составом.

Во время преодоления автомобилем неровностей торсионы работают на скручивание в одном направлении.

В зависимости от конструктивных особенностей они бывают:

круглые;
квадратные;
прямоугольные;
набранные из нескольких слоев металла.

Концы торсиона жестко крепятся к:

несущему рычагу;
кузову или раме автомобиля (в зависимости от конструкции).

Фиксация происходит посредством шлицев. Крепление к кузову может быть реализовано при помощи профиля, отличного от круглого. Для нормальной работы подвески ось вращения рычага и ось торсиона должны лежать на одной линии.

Сопротивление скручиванию рассчитывается таким образом, чтобы торсион удерживал вес автомобиля, но при этом позволял двигаться рычагу, обеспечивая упругое соединение колес с кузовом. На жесткость подвески влияют форма, упругость сплава, длина и прочие рабочие характеристики торсиона.

Устройство и принцип работы

На рисунке ниже изображена торсионная подвеска, принцип работы которой заключается в защите кузова автомобиля от чрезмерных нагрузок, передаваемых от колес, путем их гашения пружинящим валом. В процессе преодоления автомобилем неровности дорожного покрытия торсион скручивается, обеспечивая максимальную плавность хода. По завершении переезда через помеху торсион возвращается в исходное положение.

Нагрузка равномерно распределяется по всему механизму. По принципу действия это похоже на пружину — но при этом торсион демонстрирует лучшую эффективность.

Устройство торсионной подвески предполагает постоянное наличие напряжения скручивания на упругом валу во время действия сил поднятия-опускания на колесо. Поэтому отсутствие деформационных изменений в торсионе является главным требованием к изделию.

Виды подвесок

Есть 2 варианта расположения торсионов:

поперечно;
продольно.

Поперечное расположение торсионного вала нашло свое применение в легковом транспорте. Обычно данного вида подвеска используется в автомобилях с задним приводом. Ее особенностью является размещение валов вдоль кузова машины.

Продольные торсионы применяются на больших, тяжелых грузовиках. Были попытки использовать их и на легковом транспорте, но широкого распространения эта практика не получила.

На данный момент в автомобилестроении используются подвески 3-х основных конструкций:

Передняя независимая с использованием поперечных валов.
Задняя независимая с поперечными торсионами.
Полузависимая задняя.

Передняя независимая

Передняя независимая торсионная подвеска включает в себя следующие элементы:

Продольно расположенный торсион. Обеспечивает высокую плавность хода.
Рычаг. Передает усилие и вызывает скручивание торсиона.
Амортизатор. Служит для гашения колебаний, возникающих в ходовой части автомобиля.
Стабилизатор поперечной устойчивости. Минимизирует крен кузова машины во время движения. Улучшает управляемость автомобиля.

Передняя независимая торсионная подвеска применяется на тяжелых внедорожниках. За счет этого освобождается место для мощного привода колес.

Задняя независимая

Поперечные торсионы задней подвески устанавливаются в паре с продольными рычагами. Пример конструкции приведен на изображении ниже.

Интересным примером автомобиля с поперечными торсионными валами и продольными рычагами является Renault 16. Машина имеет различную колесную базу справа и слева. Расстояние между передним и задним колесами справа и слева отличается на несколько сантиметров. Причиной такого инженерного решения является последовательное расположение валов один за другим. Это слегка ухудшило управляемость автомобиля, но позволило увеличить багажное отделение.

Полузависимая задняя

В основе подвески данного типа лежит торсионная балка, которая имеет U-образную форму. Продольные рычаги располагаются по одному с каждой стороны. Балка соединяет их между собой. Рычаги крепятся одной стороной к кузову, а второй к ступице колеса.

Балка хорошо сопротивляется изгибу. При этом ее форма абсолютно не мешает ей скручиваться. Колеса могут немного перемещаться в вертикальной плоскости относительно друг друга. Расположение торсионной балки можно посмотреть на рисунке ниже.

Полунезависимая подвеска используется в бюджетных машинах с передним приводом. Обусловлено это простотой конструкции и низкой ценой таких машин.

Плюсы и минусы применения торсионов

Торсионная подвеска имеет свои достоинства и недостатки. Преимуществами торсионной подвески являются:

плавность хода авто;
возможность регулировки высоты, благодаря чему легко изменить дорожный просвет;
компактность и простота;
хорошая ремонтопригодность;
меньшая нагрузка на подшипники колес;
надежность.

Недостатки торсионной подвески таковы:
большая зависимость жесткости подвески от качества торсионов;

сложность изготовления упругих валов;

управлять автомобилем сложно – повороты осуществлять слишком просто.

Заключение

Торсионная подвеска активно применяется в тяжелой технике, внедорожниках, а также в автомобилях бюджетного сегмента. Ее простота, надежность, долговечность и отменные прочие эксплуатационные характеристики позволили использовать ее на транспортных средствах, не требующих хорошей управляемости на высокой скорости, так как для спортивной, динамичной езды такого типа подвеска, к сожалению, совсем не подходит.

Торсионная подвеска автомобиля — устройство и принцип работы

На автомобили ставят различные типы подвесок: пневматические, пружинные, рессорные. Расскажем что такое торсионная подвеска автомобиля, ее принцип работы и устройство. Плюсы и минусы торсионов.

Что это и как работает

Торсионная подвеска — это металлические валы, работающие на кручение, один конец которой крепится к шасси, а другой крепится к специальному перпендикулярно стоящему рычагу, связанному с осью. Данная подвеска изготавливается из термически обработанной стали, которая позволяет выдерживать значительные нагрузки при кручении.

Принцип работы торсиона: устройство и принцип работы, плюсы и минусы

Основной принцип её действия — работа на изгиб. Торсионная балка может располагаться продольно и поперечно. Продольное расположение используется на больших и тяжелых грузовых автомобилях. На легковых машинах, как правило, используются поперечное расположение торсионных подвесок, обычно на заднем приводе. В обоих случаях она обеспечивает плавность хода, регулирует крен при повороте, обеспечивает оптимальную величину затухания колебаний колес и кузова, уменьшает колебания управляемых колес.

На некоторых автомобилях торсионная подвеска используется для автоматического выравнивания с использованием мотора, который стягивает балки для придания дополнительной жесткости, в зависимости от скорости и состояния дорожного покрытия. Подвеска с регулируемой высотой может использоваться при замене колес, когда транспортное средство приподымается при помощи трех колес, а четвертое поднимается без помощи домкрата.

Основное преимущество торсионных подвесок — это долговечность, легкость в регулировании высоты и компактность по ширине транспортного средства.

Она занимает значительно меньше пространства, чем пружинные подвески типа МакФерсон, легка в эксплуатации (почти нечему ломаться) и техническом обслуживании.

Видео. Плюсы и минусы торсионов

Если торсионная подвеска разболталась, то отрегулировать положения можно с помощью обычного гаечного ключа. Достаточно подтянуть нужные болты. Главное не переусердствовать, чтобы избежать излишней жесткости хода при движении.

Торсионная подвеска: принцип работы, видео

Автомобильная подвеска – это система, соединяющая колеса с рамой или несущим кузовом автомобиля. Она состоит из элементов упругости, узлов, направляющих ход колес (шарнирно закрепленных рычагов, удерживающих колесные ступицы, или неразъемных мостов с тягами) и амортизаторов. В зависимости от использующихся элементов упругости, бывает рессорная, пружинная, пневматическая и торсионная подвеска. Принцип работы последней рассмотрим более подробно.

Иногда один элемент подвески берет на себя выполнение функций нескольких устройств, например, старые добрые многолистовые рессоры одновременно являются упругим и направляющим элементом, а за счет трения листов друг о друга даже немного амортизирующей составляющей.

Однако, в ходовой части современных автомобилей каждую из этих функций обычно выполняют различные узлы. Но сегодня нас интересует торсионная подвеска, ее плюсы и минусы. Принцип работы такой подвески был применен в тридцатых годах прошлого века. Впервые он был реализован тогда же в ходовой части автомобиля Ситроен. Спустя некоторое время эта конструкция заинтересовала немецких автомобилестроителей, поэтому принцип ее работы был использован при создании ходовой части автомобиля Фольксваген «Жук». Торсионы в свое время использовались в подвеске тяжелого советского танка КВ и немецкой Пантеры. Из отечественных автомобилей торсионную подвеску имел легендарный Запорожец, грузовик ЗИЛ, и полноприводная малолитражка ЛУАЗ, прозванная автолюбителями луноходом.

Какая подвеска называется торсионной

Торсион (от франц. torsion — скручивание, кручение) — стержень, работающий на скручивание и выполняющий функции пружины. Он допускает большие напряжения кручения и значительные углы закручивания в несколько десятков градусов. Изготовляется из пружинной стали с последующей термической обработкой.

Торсионная подвеска – это ходовая часть автомобиля, которая укомплектована торсионами в качестве упругих элементов.

Торсионы чаще бывают стержневые круглого и квадратного сечения или, что встречается реже, – набранные из нескольких пластин пружинной стали наподобие рессор, но работающих на скручивание. Круглые стержни с одного конца обычно имеют шлицевую накатку для крепления их к рычагам, а для крепления к несущему элементу (раме или кузову) другой конец имеет или шлицы, или профиль, отличающийся от круглого. Участок со шлицевой накаткой для более надежного крепления обычно делают большего диаметра, чем у основного стержня. Торсионная подвеска бывает независимая или полунезависимая, как на фото. Независимая торсионная подвеска чаще используется в передней части автомобиля. Полунезависимая торсионная подвеска (торсионная балка) нередко встречается у переднеприводных автомобилей сзади. Принцип работы торсиона такой же, как пружины. Только пружина запасает энергию, сжимаясь, а торсион скручиваясь.

Виды подвески

Зависимая. Принцип ее устройства очень прост. Когда колеса расположенные на одной оси, жестко связаны друг с другом, а изменение положения одного колеса вызывает адекватное смещение другого. Например, задний мост грузового автомобиля. Лучше работает на бездорожье. Но хуже удерживает колесо в контакте с дорогой на высоких скоростях. Такое устройство ходовой части чаще встречается у автомобилей повышенной проходимости и грузовиков, когда автомобиль не должен обладать высокой скоростью движения и комфортабельностью.
Независимая. Когда колеса расположенные на одной оси и не связаны между собой: перемещение одного не вызывает изменения положения другого. Для уменьшения поперечного раскачивания автомобиля в движении рычаги колес, принадлежащих одной оси, связывают между собой системой тяг, называемой стабилизатором поперечной устойчивости. Примером такой подвески может служить передняя подвеска большинства легковых автомобилей. На хороших дорогах такая подвеска отлично работает даже при высокой скорости движения. На бездорожье помехой может быть короткий ход рычагов. В этом виде подвески для крепления ступицы к несущему элементу используются, в зависимости от назначения автомобиля, до пяти рычагов. Среди преимуществ многорычажной подвески – более точная управляемость автомобиля, большая надежность системы и длительное время безотказной работы, а также стабильное поддержание пятна контакта протектора с покрытием дороги. Недостатками многорычажной подвески является более короткий, нежели у системы с одним рычагом, ход. Потому езда на автомобиле, оборудованном такой подвеской, менее комфортна и сопровождается большим шумом. Поэтому такой ходовой оснащаются чаще всего спортивные автомобили, передвигающиеся по ровным дорогам и имеющие повышенные требования к управляемости и сниженные к комфортабельности езды.
Полунезависимая. Два продольных рычага связанные между собой поперечной торсионной балкой. Например, задняя подвеска ВАЗ 2108 и следующих за ним моделей. Отличается простотой, надежностью, хорошей управляемостью и большой поперечной жесткостью. Минусы ее немногочисленны — невозможность установки в передней части автомобиля и сварное соединение рычагов с поперечной балкой, которое на практике дает о себе знать крайне редко. Принцип ее действия можно понять, если представить что балка играет роль стабилизатора поперечной устойчивости между двумя продольными рычагами.

Преимущества торсиона в подвеске

Торсионы в независимой подвеске имеют по сравнению с другими элементами упругости такие плюсы:

Большая плавность хода, достигающаяся благодаря лучшим характеристикам деформации. Это обеспечивает нелинейный рост жесткости, в зависимости от величины скручивания, то есть, в конце хода подвеска становится жестче, что смягчает ее удар в отбойник.
Простота конструкции.
Компактность.
Возможность ремонта подвески без стяжек и другого специального инструмента.
Доступность регулировки жесткости подвески и дорожного просвета.

Торсионная балка в ходовой части автомобиля применяется в полунезависимой задней подвеске, которая тоже имеет несколько достоинств:

Так же проста, как и зависимая.
Работает немногим хуже независимой подвески, причем не нуждается в стабилизаторе поперечной устойчивости.

Недостатки торсионов

К недостаткам задних торсионных балок импортных автомобилей можно отнести, пожалуй, только игольчатые подшипники в креплении их к несущим элементам которые время от времени выходят из строя, так как их трудно защитить от коррозии под днищем кузова. Приятно отметить, что задняя балка нашего ВАЗ 2108, прикрепленная к кузову через резинометаллические шарниры, лишена этого недостатка.

Торсионная подвеска и принцип ее работы

Определимся, что представляет собой автомобильная подвеска. Это устройство, обеспечивающее упругое сцепление автомобильных колес с несущей системой, а еще регулирующее положение кузова при движении, уменьшающее нагрузку на колеса.

На сегодняшний день предлагаются различные типы подвесок: рессорные, пневматические, пружинные, торсионные и т.д. Так, торсионный тип — это торсионные валы из металла, которые работают на кручение, при этом один конец прикрепляется к шасси, другой — к специальному рычагу, стоящему перпендикулярно и связанному с осью.

Изготовление такой детали производится из термически обработанной стали, непосредственно позволяющей выдержать большие нагрузки в момент кручения.

Главным принципом действия подвески считается работа на изгиб.

Блок: 1/5 | Кол-во символов: 801
Источник: http://natapku.ru/ustrojstvo/torsionnaya-podveska.html

История появления

Торсионная подвеска начала применяться еще с середины 1930-х годов на автомобилях французской марки Citroen.

В 1940-х торсионы использовались на гоночных автомобилях Porsche.

Легендарный французский автомобиль Renault 16 с торсионной подвеской

Впоследствии их применяли и многие другие автопроизводители. Например, Renault, ЗиЛ и Chrysler. Применение торсионной подвески было обусловлено в первую очередь хорошими показателями плавности хода и простотой конструкции.

Блок: 2/7 | Кол-во символов: 484
Источник: https://TechAutoPort.ru/hodovaya-chast/podveska/torsionnaya-podveska.html

Применение торсионной модели

Расположение торсионной балки возможно продольно и поперечно. Расположение продольное используется на больших, тяжелых грузовых авто. На легковых авто используют поперечное расположение, обычно на заднем приводе.

В этих двух случаях механизм предназначен для обеспечения плавности хода, регулирования крена при повороте, обеспечения оптимальной величины затухания колебаний колес, кузова, уменьшения колебаний управляемых колес.

Для некоторых автомобилей торсионную подвеску применяют для автоматического выравнивания с применением мотора, стягивающим балки для дополнительной жесткости, зависимо от скорости, а также состояния покрытия дороги.

Конструкцию с регулируемой высотой можно использовать при замене колес. Это когда транспортное средство приподымают с помощью трех колес, а 4-е поднимается с помощью домкрата. Основным преимуществом такого вида подвесок считается долговечность, легкость в регулировке высоты, а также компактность по ширине транспорта.

Она занимает намного меньше пространства, чем пружинные подвески. Безусловно, торсионная конфигурация легка в эксплуатации, а еще в техническом обслуживании.

Блок: 2/5 | Кол-во символов: 1151
Источник: http://natapku.ru/ustrojstvo/torsionnaya-podveska.html

Что такое торсион?

Устройство торсиона представляет собой металлический вал или стержень, работающий на скручивание в одном направлении. В поперечном сечении торсион может быть круглым или квадратным, реже пластинчатым – состоящим из нескольких слоев, совместно работающих на кручение.

Упругий элемент торсионной подвески с креплениями

Один из концов торсиона жестко прикреплен к несущему рычагу подвески посредством шлицевого соединения, второй аналогичным образом фиксируется на кузове или раме автомобиля. Ось вращения рычага и ось закручивания торсиона находятся на одной линии. Обладая рассчитанным сопротивлением к скручиванию под нагрузкой, торсион удерживает вес автомобиля и обеспечивает эффективное упругое соединение подвески и кузова при перемещениях рычага. Принцип работы торсиона используется также в стабилизаторе поперечной устойчивости при противоположных ходах подвески одной оси.

Торсионные валы круглого сечения

Сплав стали, из которого изготавливается торсион, обладает высокими характеристиками упругости и выносливости, способен выдерживать длительные нагрузки без ухудшения своих свойств. Длина и толщина вала также влияет на рабочие характеристики и мягкость подвески. Для защиты от ржавчины и разрушения поверхность торсиона покрывают специальным антикоррозийным составом, либо прорезиненным покрытием.

Блок: 3/7 | Кол-во символов: 1329
Источник: https://TechAutoPort.ru/hodovaya-chast/podveska/torsionnaya-podveska.html

Виды подвески

Зависимая. Принцип ее устройства очень прост. Когда колеса расположенные на одной оси, жестко связаны друг с другом, а изменение положения одного колеса вызывает адекватное смещение другого. Например, задний мост грузового автомобиля. Лучше работает на бездорожье. Но хуже удерживает колесо в контакте с дорогой на высоких скоростях. Такое устройство ходовой части чаще встречается у автомобилей повышенной проходимости и грузовиков, когда автомобиль не должен обладать высокой скоростью движения и комфортабельностью.
Независимая. Когда колеса расположенные на одной оси и не связаны между собой: перемещение одного не вызывает изменения положения другого. Для уменьшения поперечного раскачивания автомобиля в движении рычаги колес, принадлежащих одной оси, связывают между собой системой тяг, называемой стабилизатором поперечной устойчивости. Примером такой подвески может служить передняя подвеска большинства легковых автомобилей. На хороших дорогах такая подвеска отлично работает даже при высокой скорости движения. На бездорожье помехой может быть короткий ход рычагов. В этом виде подвески для крепления ступицы к несущему элементу используются, в зависимости от назначения автомобиля, до пяти рычагов. Среди преимуществ многорычажной подвески – более точная управляемость автомобиля, большая надежность системы и длительное время безотказной работы, а также стабильное поддержание пятна контакта протектора с покрытием дороги. Недостатками многорычажной подвески является более короткий, нежели у системы с одним рычагом, ход. Потому езда на автомобиле, оборудованном такой подвеской, менее комфортна и сопровождается большим шумом. Поэтому такой ходовой оснащаются чаще всего спортивные автомобили, передвигающиеся по ровным дорогам и имеющие повышенные требования к управляемости и сниженные к комфортабельности езды.
Полунезависимая. Два продольных рычага связанные между собой поперечной торсионной балкой. Например, задняя подвеска ВАЗ 2108 и следующих за ним моделей. Отличается простотой, надежностью, хорошей управляемостью и большой поперечной жесткостью. Минусы ее немногочисленны — невозможность установки в передней части автомобиля и сварное соединение рычагов с поперечной балкой, которое на практике дает о себе знать крайне редко. Принцип ее действия можно понять, если представить что балка играет роль стабилизатора поперечной устойчивости между двумя продольными рычагами.

Преимущества торсиона в подвеске

Торсионы в независимой подвеске имеют по сравнению с другими элементами упругости такие плюсы:

Большая плавность хода, достигающаяся благодаря лучшим характеристикам деформации. Это обеспечивает нелинейный рост жесткости, в зависимости от величины скручивания, то есть, в конце хода подвеска становится жестче, что смягчает ее удар в отбойник.
Простота конструкции.
Компактность.
Возможность ремонта подвески без стяжек и другого специального инструмента.
Доступность регулировки жесткости подвески и дорожного просвета.

Так же проста, как и зависимая.
Работает немногим хуже независимой подвески, причем не нуждается в стабилизаторе поперечной устойчивости.

Недостатки торсионов

Блок: 3/3 | Кол-во символов: 3651
Источник: http://AutoLirika.ru/teoriya/torsionnaya-podveska-princip-raboty.html

Процесс работы

Из данного видео, вы узнаете, как работает торсионная подвеска.

Благодаря тому, что торсионный вал закрепляется жестко на кузове либо раме авто, на него при работе подвески воздействуют силы скручивания. Но торсионный вал производится из особого сплава и обладает определенной закалкой, что позволяет работать в виде пружинного элемента.

В момент скручивания вал стремится вернуть автомобильное колесо в первоначальное положение. Так, принцип работы подобен пружинной либо подрессоренной разновидности данной детали авто. Полунезависимая подвеска представляет собой систему подрессоривания, выполненную в виде двух продольных рычагов соединенных поперечиной продольных рычагов.

Основные достоинства такого механизма:

легкость монтажа;
малый вес;
компактность.

Ключевой недостаток — возможность применения лишь на не ведущем мосту.

Регулировка подвески

В случае разболтавшейся подвески отрегулировать положения возможно при помощи обыкновенного гаечного ключа. Вполне достаточно добраться вниз автомобиля, подтянуть необходимые болты. Главное не переусердствовать с целью избежания излишней жесткости хода в момент движения. Регулировка торсионной запчасти легче регулировки пружинных типов.

Производителями автомобилей меняется торсионная балка для регулирования положения движения зависимо от веса двигателя.

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 1326
Источник: http://natapku.ru/ustrojstvo/torsionnaya-podveska.html

2. Устройство и принцип работы торсионной балки

Торсионная балка — это вид подвески, в которой роль рабочего элемента играют торсионы. Торсион – это металлический рабочий элемент, который работает на закручивание. Обычно он состоит из металлических стержней, а реже пластин, круглого или квадратного сечения, которые совместно работают на скручивание. В автомобиле торсионы могут использоваться как упругий элемент, или в качестве вспомогательного устройства – стабилизатора поперечной устойчивости. Закрепляясь на ступичном узле левого колеса стабилизатор поперечной устойчивости, проходит к шарнирному узлу в виде резинометаллического шарнира.

Далее к параллельному борту автомобиля в поперечном направлении, где крепится к другому борту в зеркальном положении. Роль рычагов при работе подвески в вертикальном направлении выполняют отрезки торсионов. В современных автомобилях торсионная балка может применяться поперечно или продольно. При этом на легковых автомобилях применяется поперечная балка. А продольная больше подходит для грузовиков. В обоих случаях она призвана облегчить плавность хода и скорректировать крен при повороте. На современных моделях торсионная балка используется с электродвигателем при выравнивании в автоматическом режиме. Подвеска, которая может регулировать высоту колес может использоваться при замене колеса. В таком случае три колеса приподнимают автомобиль, а четвертое колесо поднимается без помощи домкрата.

Принцип работы данной подвески довольно прост. Концы торсионной балки жестко закреплены на раме или кузове автомобиле. Метал из которого он сделан имеет особый сплав и это позволяет ему работать как пружинный элемент. Во время движения на него действует сила скручивания и вал стремиться вернуть колесо на место. Если вал установлен в автомобиле вместе с дополнительным электромотором, то у водителя есть возможность в ручном режиме изменять жесткость подвески. Можно сказать, что принцип работы данной подвески аналогичен подрессоренной и пружинной.

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 2016
Источник: https://auto.today/bok/2091-torsionnaya-podveska-princip-raboty.html

Расчёты

Стержень, используемый как упругий элемент, который работает на скручивание, называется торсионом. Касательные напряжения , возникающие в условиях кручения, определяются по формуле:

где r — расстояние от оси кручения.

Очевидно, что касательные напряжения достигают наибольшего значения на поверхности вала при и при максимальном крутящем моменте , то есть

где Wp — полярный момент сопротивления.

Это даёт возможность записать условие прочности при кручении в таком виде:

Используя это условие, можно или по известным силовым факторам, которые создают крутящий момент Т, найти полярный момент сопротивления и далее, в зависимости от той или иной формы, найти размеры сечения, или наоборот — зная размеры сечения, можно вычислить наибольшую величину крутящего момента, которую можно допустить в сечении, которое, в свою очередь, позволит найти допустимые величины внешних нагрузок.

где (для сплошного вала)

или (для полого вала)

Блок: 4/6 | Кол-во символов: 947
Источник: https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%BE%D1%80%D1%81%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%BE%D0%B4%D0%B2%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0

Виды подвески

Зависимая. Принцип ее устройства очень прост. Когда колеса расположенные на одной оси, жестко связаны друг с другом, а изменение положения одного колеса вызывает адекватное смещение другого. Например, задний мост грузового автомобиля. Лучше работает на бездорожье. Но хуже удерживает колесо в контакте с дорогой на высоких скоростях. Такое устройство ходовой части чаще встречается у автомобилей повышенной проходимости и грузовиков, когда автомобиль не должен обладать высокой скоростью движения и комфортабельностью.
Независимая. Когда колеса расположенные на одной оси и не связаны между собой: перемещение одного не вызывает изменения положения другого. Для уменьшения поперечного раскачивания автомобиля в движении рычаги колес, принадлежащих одной оси, связывают между собой системой тяг, называемой стабилизатором поперечной устойчивости. Примером такой подвески может служить передняя подвеска большинства легковых автомобилей. На хороших дорогах такая подвеска отлично работает даже при высокой скорости движения. На бездорожье помехой может быть короткий ход рычагов. В этом виде подвески для крепления ступицы к несущему элементу используются, в зависимости от назначения автомобиля, до пяти рычагов. Среди преимуществ многорычажной подвески – более точная управляемость автомобиля, большая надежность системы и длительное время безотказной работы, а также стабильное поддержание пятна контакта протектора с покрытием дороги. Недостатками многорычажной подвески является более короткий, нежели у системы с одним рычагом, ход. Потому езда на автомобиле, оборудованном такой подвеской, менее комфортна и сопровождается большим шумом. Поэтому такой ходовой оснащаются чаще всего спортивные автомобили, передвигающиеся по ровным дорогам и имеющие повышенные требования к управляемости и сниженные к комфортабельности езды.
Полунезависимая. Два продольных рычага связанные между собой поперечной торсионной балкой. Например, задняя подвеска ВАЗ 2108 и следующих за ним моделей. Отличается простотой, надежностью, хорошей управляемостью и большой поперечной жесткостью. Минусы ее немногочисленны — невозможность установки в передней части автомобиля и сварное соединение рычагов с поперечной балкой, которое на практике дает о себе знать крайне редко. Принцип ее действия можно понять, если представить что балка играет роль стабилизатора поперечной устойчивости между двумя продольными рычагами.

Преимущества торсиона в подвеске

Торсионы в независимой подвеске имеют по сравнению с другими элементами упругости такие плюсы:

Большая плавность хода, достигающаяся благодаря лучшим характеристикам деформации. Это обеспечивает нелинейный рост жесткости, в зависимости от величины скручивания, то есть, в конце хода подвеска становится жестче, что смягчает ее удар в отбойник.
Простота конструкции.
Компактность.
Возможность ремонта подвески без стяжек и другого специального инструмента.
Доступность регулировки жесткости подвески и дорожного просвета.

Так же проста, как и зависимая.
Работает немногим хуже независимой подвески, причем не нуждается в стабилизаторе поперечной устойчивости.

Недостатки торсионов

Блок: 3/3 | Кол-во символов: 3651
Источник: http://AutoLirika.ru/teoriya/torsionnaya-podveska-princip-raboty.html

Галерея

В данном разделе, находятся фото торсионных подвесок для танка, прицепа и других.

Блок: 5/5 | Кол-во символов: 108
Источник: http://natapku.ru/ustrojstvo/torsionnaya-podveska.html

Преимущества торсионной подвески

Высокая плавность хода.
Компактность и малый вес.
Высокая ремонтопригодность.
Простота и надежность конструкции.

Блок: 6/7 | Кол-во символов: 146
Источник: https://TechAutoPort.ru/hodovaya-chast/podveska/torsionnaya-podveska.html

Недостатки торсионной подвески

Сложность производства торсионов.
Посредственная управляемость автомобиля.

В настоящее время передняя независимая подвеска, где в качестве упругих элементов устанавливаются торсионы, применяется при производстве грузовиков и внедорожников, не предназначенных для динамичной езды. Кроме этого, торсионная подвеска успешно используется в конструкциях шасси танков и другой специальной гусеничной техники.

Блок: 7/7 | Кол-во символов: 438
Источник: https://TechAutoPort.ru/hodovaya-chast/podveska/torsionnaya-podveska.html

Кол-во блоков: 18 | Общее кол-во символов: 28654
Количество использованных доноров: 5
Информация по каждому донору:

https://TechAutoPort.ru/hodovaya-chast/podveska/torsionnaya-podveska.html: использовано 4 блоков из 7, кол-во символов 2397 (8%)
http://natapku.ru/ustrojstvo/torsionnaya-podveska.html: использовано 4 блоков из 5, кол-во символов 3386 (12%)
http://AutoLirika.ru/teoriya/torsionnaya-podveska-princip-raboty.html: использовано 3 блоков из 3, кол-во символов 8647 (30%)
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%BE%D1%80%D1%81%D0%B8%D0%BE%D0%BD%D0%BD%D0%B0%D1%8F_%D0%BF%D0%BE%D0%B4%D0%B2%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B0: использовано 2 блоков из 6, кол-во символов 6453 (23%)
https://auto.today/bok/2091-torsionnaya-podveska-princip-raboty.html: использовано 3 блоков из 5, кол-во символов 7771 (27%)

принцип работы торсионов, виды, плюсы и минусы

Есть несколько видов подвесок: пневматическая, пружинная, рессорная, но речь сегодня пойдет о торсионной подвеске. А знаете ли вы, что разрабатывалась эта модель подвески для танков и используют ее в бронемашинах до сегодняшнего дня? И только со временем ее модифицировали и установили на легковые автомобили и внедорожники. По какому принципу работает данная подвеска, и какими плюсами и минусами она наделена? Давайте попробуем разобраться.

История создания и развития торсионной конструкции

Принято считать, что первыми торсионно-рычажную подвеску на автомобиль установили немцы в 30-х годах прошлого столетия на Volkswagen Beetle. Но это не так, французы их опередили и впервые установили модель подвески подобного типа на автомобиль Citroen Traction Avant, и было это в 1934 году. Наиболее удачно торсионы в подвеске применяла американская компания «Крайслер». А в Советском Союзе торсионные подвески ставили на автомобили ЗиЛ и ЛуАЗ, а также «Запорожец».

Усовершенствованием подвески занимался чешский профессор Ледвинка и уже в 1938 году подобие его торсионной подвески начали массово использовать в KdF-Wagen автомобильной компании Фердинанд Порше. Немецкому изобретателю больше всего приглянулся малый вес подвески. Он понимал, как важен этот момент в строительстве военной техники и спортивных автомобилей. И этот преимущество подвески актуально на сегодняшний деть. Это подтверждается использованием торсионной подвески в таких марках как Феррари и Тойота Лэндкруизер.

Во временна Второй мировой войны торсионная подвеска применялась в бронетехнике, а именно в немецких и советских танках. Из самых знаменитых немецких танков, которые имели торсионную модель подвески, были КВ-1 и Pz. V «Panther». А после окончания войны торсионные подвески использовались большинством европейских производителей авто. Пиком использования торсионных подвесок были 50-60-е года. Внимание привлекала простота изготовления устройства и его компактность. В 1961 году торсионную балку впервые применили на передней подвеске. Автомобиль, на котором решили провести эксперимент, был Jaguar E-Type. Со временем производители отказались от такого вида подвесок, так как это стало не рентабельно. Но некоторые производители, например, Ford, Dodge, General Motors, Mitsubishi Pajero, до сих пор предпочитают устанавливать торсионную подвеску на свои внедорожники и грузовики.

Разработчики во всем мире усердно работают над усовершенствованием торсионной подвески и снижением ее себестоимости. К процессу активно подключается современное оборудование и новейшие компьютерные программы. Некоторые специалисты даже заявляют, что через несколько лет торсионная подвеска догонит по популярности своих конкурентов. Но большинство производители пока массово не используют торсионные подвески в изготовлении автомобилей. В любом случае остается надежда, что тенденция измениться к лучшему. Ведь торсионная подвеска – уникальная разработка достойная особого внимания.

Устройство и принцип работы торсионной балки

Плюсы и минусы торсионной балки

Со времен создания торсионная балка прошла множество стадий модификаций. При этом усовершенствовались ее положительные качества и по возможности убирались недостатки. Но убрать все недостатки невозможно. Давайте же рассмотрим все плюсы и минусы современной торсионной подвески.И так начнем с задач, которые должна выполнять подвеска:

1. обеспечить плавный ход автомобиля;

2. стабилизация колес;

3. регулировка угла крена на поворотах;

4. поглощение колебаний колес и рамы.

К преимуществам торсионной подвески мы можем отнести:

1. Подвеска очень проста в эксплуатации. Она очень простая и это позволяет легко провести ремонт подвески. При этом ремонт может провести даже начинающий автолюбитель.

2. Очень проста и понятная регулировка жесткости. Это позволяет автолюбителю самостоятельно увеличить жесткость подвески и нарастить торсионы под свой стиль езды.

3. По сравнению с другими видами подвесок она имеет весьма небольшой вес и компактно размещается под кузовом автомобиля.

4. Возможность автоматически влиять на подвеску есть не у всех автомобилей, но производители стараются добавить данную опцию в новые модели. И это понятно, ведь гораздо удобней регулировать жесткость и высоту подвески нажатием кнопки с салона автомобиля.

5. Самым приятным плюсом данной подвески для автомобилиста является ее долговечность. Вся конструкция и торсионы способны отслужить весь период эксплуатации без видимых проблем. А если подвеска потеряла былую жесткость, то ситуацию поможет исправить гаечный ключ.

Есть у такой подвески и ряд недостатков, а именно:

1. Одной из самых больших проблем торсионной подвески, которую до сих пор не могут решить производители – это излишняя поворачиваемость автомобиля. На резком повороте автомобиль начинает разворачивать и от водителя требуется определенные навыки, чтоб удержать его на дороге. Отечественные автомобилисты могли сталкиваться с этой проблемой управляя «Запорожцем».

2. Еще одним минусом являются дополнительные вибрации, которые с помощью подвески перекладываются с колес на кузов. Это способствует низкому комфорту пассажиров задних сидений. Также невозможно сделать качественную шумоизоляцию.

3. Недостатком торсионного вала есть также наличие игольчатых подшипников. Они имеют ограниченный ресурс пробега около 60-70 тис. км. И это обвязывает водителей чаще заглядывать под днище автомобиля. Подшипники защищены резиновыми сальниками и прокладками, но из-за воздействия агрессивной среды и старения резина дает трещины. Через них просачивается вода с пылью и грязью и выводит подшипник из строя. В свою очередь вышедший из строя подшипник развальцовывает посадочные места торсионной балки и это изменяет вал колес.

4. Одной из причин по которой производители отказываются ставить торсионную подвеску на свои автомобили, это высокая себестоимость изготовления подобного вала. Дело в том, что сложной является технология изготовления и обработки торсионов. Чтоб предотвратить появление трещин на их поверхности, необходимо использовать пластических осадок и других технологий. Все это повышает стоимость торсионной подвески, кроме того, максимальная нагрузка на сам вал не очень велика.

Эксплуатация торсионной подвески

Хоть торсионная балка и проста в эксплуатации, она все же требует некоторого ремонта. Ремонт подвески связан со следующими моментами: регулировка высоты подвески, замена игольчатых подшипников, замена торсионов задней балки, замена пальцев задней балки, ремонт рычагов задней балки.

Регулировку высоты торсионной подвески нельзя рассматривать как полноценный ремонт. Чаще всего это делают водители, исповедующие спортивный стиль езды. Им необходимо приподнимать заднюю часть автомобиля. Также изменение высоты подвески имеет смысл при увеличении жесткости подвески и меньшей осадки автомобиля при максимальной нагрузке. Но следует помнить, что тогда торсион работает в более агрессивных условиях и это, скорее всего, скажется на его ресурсе.

Если же производится ремонт самой торсионной балки, то наверняка понадобиться демонтаж торсионов. В этом случае необходимо точно наметить положение торсионна на балке, чтобы при монтаже было ясно, куда его вставлять. Чтобы демонтировать торсион, а именно снять его из шлицевого соединения, вам понадобиться специальный инструмент, инерционный съемщик. Может быть, придется почистить резьбу шлицевого соединения, на которую садиться торсион, для этого запаситесь метчиком. Довольно часто эти самые шлицевые соединения как говориться «закисают», и тогда снять торсион становится проблемой и инерционный съемщик не помогает. В таком случае выручит обычная кувалда.

Самым частым моментом в ремонте торсионной балки является замена изношенных игольчатых подшипников. Чтобы произвести их замену необходимо снять торсион и рычаги задней балки. С каждой стороны есть два подшипника. Самым опасным является то, что определить вышел ли подшипник из строя, самостоятельно невозможно. А эксплуатация неисправного подшипника приводит к изнашиванию оси. Замена самой оси возможна, но очень затруднительна в «домашних» условиях. Поэтому производители призывают водителей следить за работой подшипника и производить его замену вовремя, это сбережет ваши деньги и время. Еще более затруднительным является ремонт рычага задней балки. Он выходит из строя по тем же причинам что и палец задней балки, но ремонт его производиться на токарно-расточном станке. И тут проблемой становится поиск необходимого оборудования и мастера.

Подписывайтесь на наши ленты в таких социальных сетях как, Facebook, Вконтакте, Instagram, Pinterest, Yandex Zen, Twitter и Telegram: все самые интересные автомобильные события собранные в одном месте.

Без проблем из ХХ в ХХI век

Немного истории. Как мы уже сказали в начале статьи, этот вид подвесок появился не вчера. Если точнее, то в 30-х годах ХХ века, и первым автомобилем с похожей конструкцией стал легендарный Volkswagen Beetle. Удачное инженерное решение заметил и взял на вооружение в те же годы и Фердинанд Порше.

Затем, во времена Второй мировой войны торсионы оказались незаменимыми в бронетанковой технике, причём использовалась такая подвеска и у советских, и у немецких машин.

В послевоенные годы аналогичные системы стали настоящим хитом – они были и остаются на вооружении практически у всех крупных автопроизводителей в мире.

Как работает

Основные задания, которые выполняет торсионная подвеска:

плавность хода;
регулирование крена на поворотах;
снижение колебания управляемых колес;
обеспечение оптимального затухания кузова.

Хотя многие машины оборудованы такой подвеской с целью автоматического выравнивания. Для этого используется двигатель, который стягивает балки, придавая дополнительную жесткость. Все это происходит в зависимости от состояния покрытия дороги, а также скорости передвижения.

Если подвеска регулируемая, то ее можно использовать для замены колес. То есть, когда вам необходимо приподнять одну сторону вы можете обойтись без домкрата.

Виды торсионных подвесок

Передняя независимая торсионная подвеска на поперечных рычагах

Устройство и принцип работы торсионной подвески

Передняя торсионная подвеска на поперечных рычагах (один или два в зависимости от конструкции) состоит из следующих элементов:

Продольно расположенный торсион, работающий на скручивание и заменяющий пружину.
Воспринимающий основную нагрузку нижний или верхний рычаг, посредством которого происходит передача усилия на торсион.
Демпфирующий элемент — амортизатор, выполняющий функцию гашения колебаний.
Стабилизатор поперечной устойчивости, компенсирующий крены кузова при движении.

Независимая передняя торсионная подвеска на двойных поперечных рычагах Toyota Hilux Surf

Компактность передней торсионной подвески на поперечных рычагах позволяет эффективно использовать свободное пространство. Например, для установки массивных приводов колес. В связи с этим торсионы получили распространение при производстве рамных внедорожников, сочетающих повышенную проходимость с мягкостью подвески. Например, Toyota Land Cruiser 100 (крепление торсиона к нижнему рычагу) и Toyota Hilux Surf (торсион на верхнем рычаге). Также торсионы применяются на передней оси коммерческих автомобилей.

Задняя независимая подвеска с поперечным расположением торсионов

В конструкциях задних подвесок с продольным расположением рычагов торсионы устанавливаются поперечно. Легендарный французский автомобиль Renault 16, выпускавшийся до 1990-х годов, оснащался передней подвеской с продольно расположенными торсионами, а задней — с поперечно.

Задняя подвеска с поперечным расположением торсионов

Особенностью упругих элементов задней подвески было их расположение — один находился позади другого, что конструктивно влекло разность в колесной базе по сторонам автомобиля (одно из колес находилось ближе к переднему на несколько сантиметров). Управляемость и устойчивость автомобиля оставляла желать лучшего, однако именно компактность торсионной подвески позволила значительно увеличить объем багажного отделения, что в значительной степени определило популярность модели. В настоящее время подобная схема подвески автопроизводителями не применяется.

Полузависимая задняя торсионная балка

Задняя полузависимая U-образная торсионная балка

Полузависимая торсионная балка U-образного сечения, имеющая в составе интегрированный упругий стержень, становится более прочной на изгиб. При этом она позволяет колесам одной оси незначительно перемещаться друг относительно друга при проезде неровностей. Этим достигается улучшение управляемости и устойчивости автомобиля. Данная подвеска применяется на задней оси большинства бюджетных переднеприводных автомобилей.

Торсионная подвеска – что это такое?

Торсионная подвеска принцип работы

Пришло время поговорить о вариантах исполнения. Торсионная подвеска принцип работы которой основан на скручивании, можно встретить в следующих конструкциях:

на двойных поперечных рычагах;
на продольных рычагах;
со связанными продольными рычагами или так называемой торсионной балке.

Первые два типа относятся к независимым подвескам. В случае с поперечными рычагами торсионы устанавливают параллельно кузову.

Такое позиционирование позволяет регулировать мягкость системы в широких пределах – чем длиннее стержень, тем мягче ход. Крепится он одной стороной к верхнему или нижнему рычагу, а второй к раме авто.

Используется такая конструкция, как правило, на передней оси внедорожников и кроссоверов. К примеру на Мерседесе М-класса 163-й серии.

В подвеске с продольными рычагами торсионы располагаются поперечно кузову и также одним из концов закреплены на рычагах. Стоит отметить, что такой вариант распространён на задней оси различных небольших легковушек.

Торсионная подвеска принцип работы которой, как нам известно, основан на скручивании, относится к так называемым полузависимым подвескам. Колёса на оси имеют жёсткую связь между собой, но в тоже время имеют возможность двигаться вверх и вниз по отдельности.

В основе системы лежит торсионная балка, соединяющая продольные рычаги каждого колеса (всего таких рычагов два). Встретить её можно у легковых автомобилей на задней оси.

Устройство

Торсион – это металлический стержень, который имеет форму цилиндра. Он характеризуется очень большой степенью упругости. Чтобы он хорошо пружинил во время скручивания, его делают из прочной стали. Стержни имеют круглое или квадратное сечение. Торсионная подвеска разработана таким образом, что валы работают на кручение. Один из валов крепится к шасси, а что касается второго – его размещают возле специального рычага. Последний имеет перпендикулярное расположение, его привязывают к оси.

В основе такой конструкции – сталь, которая обработана при помощи высокой температуры. Подобная технология помогает при работе под высокими нагрузками. Конструкция выдерживает кручение и многие другие процессы, которые влияют на детали во время движения автомобиля. Торсионная подвеска имеет принцип работы на изгиб.

Интересный факт, что торсионная подвеска прошла долгий путь прежде, чем стать такой, которую мы ее видим сейчас. Впервые ее использовали в машине Volkswagen Beetle в 30-х годах ХХ века. Это было достижение чешского ученого Ледвинка, который увидел возможности торсиона и начал их использовать на автомобилях Tatra. После это начинается длительный путь к совершенству. Вначале были разработаны двойные рычаги, затем началось использование такой характеристики, как жесткость.

Торсионная система получила широкое распространение благодаря малому весу. Эта характеристика была очень кстати при производстве спортивных, армейских машин. Прижилась она и в производстве внедорожников. Сегодня такая подвеска стоит на Феррари F2001, Тойоте Лэндкруизере, МАЗе-547.

Во время Второй мировой войны ее использовали очень широко при производстве военной техники. Торсионную балку могут размещать поперечно или продольно. Все зависит от целей, которые поставлены перед конструкцией. На легковых авто чаще всего используют поперечное расположение. Чаще всего он находится на заднем приводе. А вот продольно ставят подвески на тяжелых машинах. Но независимо от расположения задачи не меняются.

Принцип работы торсионной подвески

Торсионная подвеска работает аналогично пружинной, рессорной или пневматической. В качестве пружинного элемента выступает стальной стержень — торсион. При работе подвески на торсион передается усилие от несущего рычага, заставляющее стержень скручиваться до определенного предела. После этого упругий элемент возвращается в исходное состояние, выравнивая и положение рычага.

устройство, принцип работы, плюсы и минусы

Современный человек сегодня не может обходится без пользования различными механическими транспортными средствами. Любое перемещение в процессе повседневной деятельности должно быть комфортным и безопасным. Эту задачу решает подвеска, соединяющая кузов транспорта с колёсами, которые и обеспечивают передвижение. Любая подвеска состоит из амортизирующих толчки и удары особых деталей, изготовленных из металла. Это пружины, рессоры и торсионы. Кроме этого используются детали из не металлических, резиновых или пневматических устройств. Подобными узлами комплектуются все автомобили различной вместимости и грузоподъёмности, передвигающиеся по дорогам общего пользования, включая и специализированную, военную, бронированную технику.

Это интересно: «Устройство и работа подвески автомобиля»

Что такое торсион

Если пружину или рессору все видели неоднократно и представляют принцип их действия, то торсион это особый упругий элемент в виде вала или стержня, выполняющего роль пружины или рессоры, работающий при скручивании вдоль продольной оси. Производятся из особой высококачественной стали и по особой технологии, предусматривающей особую термическую обработку. Изначально применялись при проектировании и производстве тяжёлой бронированной техники, где значительный вес не могли компенсировать ни пружины ни рессоры. Конструировались они для особого транспорта, предназначенного для перемещений не по асфальтированным дорогам, а для преодоления пересечённой местности, поверхностей, с особой подкидывающей силой, разрушающей любую другую подвеску. Высокая прочность, прекрасные пружинящие свойства и долговечность торсионов, со временем стали использовать и в гражданском транспорте.

Устройство и принцип работы

По устройству бывают цельными или пластинчатыми, продольными или поперечными, по сечению прямоугольными, квадратными или круглыми. Жёстко устанавливаются и закрепляются на рычаге подвески и раме кузова. Оси вращения и закручивания совмещены в одной плоскости и на одной линии. Высочайшие пружинящие свойства торсионов сохраняются очень долгое время, обеспечивая ту самую плавность хода и особый комфорт для пассажиров.

Читайте также: «Устройство и принцип работы ДВС»

Во время движения колесо постоянно движется вверх-вниз и своим движением скручивают торсион, так как они соединены между собой рычагом. Осью, вдоль которой перемещается рычаг, выступает торсион, работающий как пружина, только с большей эффективностью. Продольное расположение торсионов характерно для тяжёлых грузовых авто, поперечное для легковых, использующих задний, классический привод. Работа торсионной подвески

Виды торсионных подвесок

Конструктивно подвески различаются между собой:

из поперечно расположенных двойных рычагов;
из продольно расположенных рычагов;
балка-торсион или продольно установленные связанные рычаги

Поперечные и продольные торсионы считаются независимыми между собой, что обеспечивает большую плавность хода и предоставляют значительно больше комфорта для пассажиров. Широко используются для комплектации автомобилей повышенной проходимости и внедорожников.

Передняя независимая подвеска на продольных торсионах

Используется на основе поперечных рычагов на внедорожниках и авто с повышенной проходимостью, оснащаемых массивными приводами и мощной силовой установкой, имеющей больший вес. Компактна и эффективна. Крепление осуществляется на один из двух рычагов

Задняя независимая подвеска с поперечным расположением торсиона

Во время преодоления препятствий, порой имеющих значительные размеры, крену подвержены оба колеса, снижается комфортность для водителя и пассажиров, чем выше скорость преодоления тем ниже устойчивость, велика вероятность опрокидывания. Если водитель достаточно опытен и представляет себе, как всё в его автомобиле работает, он выберет самую оптимальную скорость преодоления препятствия. И ему и пассажирам такая подвеска обеспечит достаточный уровень комфорта, так как надёжна, прочна, и не ограничивает грузоподъёмность транспортного средства. Не слишком меняет качество управляемости и стабильности во время движения, позволяет увеличить размеры багажного отделения за счёт своей компактности. Высокая цена такого узла не препятствует владельцам подобного авто, устанавливать подобную подвеску, так как их установка предоставляет дополнительные возможности для перемещения по любой местности.

Полузависимая задняя торсионная подвеска

Компромисс между поперечным и продольным принципом установки торсиона, объединяет в себе все положительные качества независимой и зависимой подвески. Представляет из себя балку-ось. Хотя колёса значительно связаны между собой, всё же они имеют какую-то степень независимых перемещений относительно друг друга при перемещении по ухабистой дороге, улучшая плавность хода и сглатывая толчки, возникающих на ухабах и ямах.

Плюсы и минусы

Простота конструкции, высочайшая надёжность, компактность и невысокая масса в сочетании с простотой обслуживания и ремонтопригодностью на фоне большей плавности хода автомобиля, снижение нагрузок, передаваемых на подшипники и возможность регулировать дорожный просвет, несомненные плюсы, которые нивелируются и явными минусами. Это сложность и относительная дороговизна производства самих торсионов. Общая управляемость существенно ниже, чем с установленной многорычажной подвеске, подшипники, соединяющие торсионную балку с рычагами изнашиваются быстрее и требуют частой замены, что влияет на расходы по обслуживанию подобной подвески. На качестве работы торсионной подвески значительно влияет качество самого торсиона. Любое отклонение от технологии производства или незначительный брак приведут к быстрой поломке и потребуют замену на новый. Во время перемещений, особенно вне дорог, водитель обязан соблюдать особую внимательность и проявлять осторожность. Торсионы источник дополнительного шума в салоне, так как во время скручивания скрипят. Устанавливая самостоятельно на свой автомобиль подобную подвеску, следует учитывать то, что конструктивно существуют «правые» и «левые» торсионы. На каждом из них на стадии производства делаются особые метки, «R»правый и «L» левый, которую необходимо точно соблюдать, иначе поломка случится при начале движения, на первом же ухабе. Торсионная подвеска не подходит любителям высоких скоростей, это для тех, кто большую часть своего пути следует вне асфальта шоссейных дорог. Наиболее эффективна на низких скоростях, на пересечённой местности, поэтому чаще всего устанавливается на габаритных автомобилях, военных грузовиках, бронированной технике и любителями экстремальных ралли-рейдов по абсолютному бездорожью. Только такая подвеска и делает возможным участие в подобных мероприятиях. По материалам сайта https://vaznetaz.ru/torsionnaya-podveska.

Торсионная подвеска принцип работы фото

В конструкциях современных независимых подвесок наряду с пружиной или пневмобаллоном в качестве основного упругого элемента может также применяться и торсион (torsion — кручение, в переводе с французского). Торсионная подвеска обеспечивает автомобилю ряд преимуществ, главными из которых являются высокая плавность хода и компактность подвески. Однако ее существенные недостатки в виде худшей управляемости и валкости автомобиля не позволяют применять торсионы в основной массе современных легковых автомобилей.

История появления

Торсионная подвеска начала применяться еще с середины 1930-х годов на автомобилях французской марки Citroen. В 1940-х торсионы использовались на гоночных автомобилях Porsche.

Легендарный французский автомобиль Renault 16 с торсионной подвеской

Что такое торсион?

Упругий элемент торсионной подвески с креплениями

Торсионные валы круглого сечения

Принцип работы торсионной подвески

Виды торсионных подвесок

Передняя независимая торсионная подвеска на поперечных рычагах

Продольно расположенный торсион, работающий на скручивание и заменяющий пружину.
Воспринимающий основную нагрузку нижний или верхний рычаг, посредством которого происходит передача усилия на торсион.
Демпфирующий элемент — амортизатор, выполняющий функцию гашения колебаний.
Стабилизатор поперечной устойчивости, компенсирующий крены кузова при движении.

Независимая передняя торсионная подвеска на двойных поперечных рычагах Toyota Hilux Surf

Задняя независимая подвеска с поперечным расположением торсионов

Задняя подвеска с поперечным расположением торсионов

Полузависимая задняя торсионная балка

Преимущества торсионной подвески

Высокая плавность хода.
Компактность и малый вес.
Высокая ремонтопригодность.
Простота и надежность конструкции.

Недостатки торсионной подвески

Сложность производства торсионов.
Посредственная управляемость автомобиля.

Торсионная подвеска – что это такое?

круглые;
квадратные;
прямоугольные;
набранные из нескольких слоев металла.

Концы торсиона жестко крепятся к:

несущему рычагу;
кузову или раме автомобиля (в зависимости от конструкции).

Устройство и принцип работы

Нагрузка равномерно распределяется по всему механизму. По принципу действия это похоже на пружину – но при этом торсион демонстрирует лучшую эффективность.

Виды подвесок

Есть 2 варианта расположения торсионов:

На данный момент в автомобилестроении используются подвески 3-х основных конструкций:

Передняя независимая с использованием поперечных валов.
Задняя независимая с поперечными торсионами.
Полузависимая задняя.

Передняя независимая

Передняя независимая торсионная подвеска включает в себя следующие элементы:

Продольно расположенный торсион. Обеспечивает высокую плавность хода.
Рычаг. Передает усилие и вызывает скручивание торсиона.
Амортизатор. Служит для гашения колебаний, возникающих в ходовой части автомобиля.
Стабилизатор поперечной устойчивости. Минимизирует крен кузова машины во время движения. Улучшает управляемость автомобиля.

Задняя независимая

Полузависимая задняя

Плюсы и минусы применения торсионов

Торсионная подвеска имеет свои достоинства и недостатки. Преимуществами торсионной подвески являются:

плавность хода авто;
возможность регулировки высоты, благодаря чему легко изменить дорожный просвет;
компактность и простота;
хорошая ремонтопригодность;
меньшая нагрузка на подшипники колес;
надежность.

Недостатки торсионной подвески таковы:
большая зависимость жесткости подвески от качества торсионов;
сложность изготовления упругих валов;
управлять автомобилем сложно – повороты осуществлять слишком просто.

Заключение

Главным принципом действия подвески считается работа на изгиб.

Применение торсионной модели

Процесс работы

Из данного видео, вы узнаете, как работает торсионная подвеска.

Основные достоинства такого механизма:

легкость монтажа;
малый вес;
компактность.

Ключевой недостаток — возможность применения лишь на не ведущем мосту.

Регулировка подвески

Ключевые свойства ремонта

Рассматривая все проблемы торсионных балок, вполне можно сделать вывод, что обслуживание, а также ремонт торсионной подвески связан с такими ситуациями:

Регулирование высоты конструкции.
Демонтаж либо замена торсионов.
Замена игольчатых подшипников.
Замена пальцев, осей задней балки.
Ремонт рычагов задней балки.

Регулирование высоты задней подвески не стоит рассматривать в виде ремонта всей конструкции. Это обычно происходит из-за того, что хозяин авто хочет осуществить поднятие задней часть авто.

Иногда изменение высоты балки предусмотрено в целях повышения жесткости и уменьшения осадки автомобильной задней части, при максимальной загрузке. Надо знать, что торсион задней балки не способен работать при изменении высоты задней балки, эксплуатироваться будет при более агрессивной нагрузке, а это может сказаться на его ресурсе.

Процесс изменения высоты заключен в изменении положения торсиона, вернее его шлицевого конца, а также звездочки. У торсиона на концах имеются шлицевые разъемы. Торсион одним концом крепится в шлицевой разъем, рычаг задней балки.
А другим — в разъем на корпусе балки. Если осуществляется ремонт данного типа подвески, тогда понадобится демонтаж торсионов.

В данной ситуации важно сделать в задней балке родное положение торсионов, чтобы в момент монтажа было понятно, что, а также куда вставляется. С целью демонтажа торсиона в процессе стягивания из шлицевого соединения используется инерционный съемник.

Шпильку съемника вкручивают в резьбу на торце торсиона, может быть, эту резьбу стоит почистить.

Перетяжка салона своими руками. Как всё сделать правильно и с первого раза, подскажет полезная статья нашего сайта.

Тут, вы найдёте отзывы о ладе калине автомат.

В данной статье, находится интересная и очень полезная информация о ремонте газового оборудования для автомобиля.

Часто шлицевые соединения «закисают» либо «прикипают», в таком случае, стандартный съемник не поможет, выручить сможет только обычная кувалда.

Часто ремонт торсионной подвески связан с процессом замены игольчатых подшипников задней балки. Согласно некоторых данных, процесс замены игольчатых подшипников нужен после 80 000 км пробега.

При замене подшипников понадобится демонтаж торсионов, а также рычагов балки. Каждая сторона балки содержит два подшипника. Самой опасной проблемой задней балки является износ игольчатого подшипника, ведь обычному автолюбителю это определить затруднительно.

При отсутствии диагностики авто эксплуатируется и при рассыпавшимся подшипнике, этим усугубляя проблему. В результате изнашивается ось. Безусловно, оси задней балки возможно заменить, но это весьма затруднительно в «домашних» условиях, поскольку помимо знаний и опыта требуется специальное оборудование и приспособления.

Станции технического обслуживания не заменят оси, а предлагают лишь новую балку в сборке с новыми осями, а это весьма дорогое предложение.

Разрушение посадочного места происходит по тем причинам, что палец задней балки, хотя гораздо реже, поскольку это место защищается внешней обоймой подшипника. Процесс ремонта рычага: восстановление посадочного места на металлорежущем оборудовании.

Главной проблемой реставрации рычага балки является поиск требуемого оборудования, такая работа осуществляется на токарно-расточном станке.

Галерея

В данном разделе, находятся фото торсионных подвесок для танка, прицепа и других.

Механика материалов: кручение »Механика тонких конструкций

Деформация при кручении

Крутящий момент — это момент, который скручивает конструкцию. В отличие от осевых нагрузок, которые создают равномерное или среднее напряжение по поперечному сечению объекта, крутящий момент создает распределение напряжения по поперечному сечению. Для простоты мы сосредоточимся на структурах с круглым поперечным сечением, часто называемых стержнями или валами.Когда к конструкции приложен крутящий момент, она будет закручиваться вдоль длинной оси стержня, а ее поперечное сечение остается круглым.

Чтобы представить себе, о чем я говорю, представьте, что поперечное сечение стержня представляет собой часы с часовой стрелкой. Когда крутящий момент не прикладывается, часовая стрелка находится в положении «12 часов». Когда к стержню прилагается крутящий момент, он будет вращаться, и часовая стрелка повернется по часовой стрелке в новое положение (скажем, на 2 часа). Угол между 2 и 12 часами называется углом поворота и обычно обозначается греческим символом phi .Этот угол позволяет определить деформацию сдвига в любой точке поперечного сечения.

Прежде чем мы углубимся в детали этого уравнения, важно отметить, что, поскольку мы обсуждаем только круглых сечений , мы перешли с декартовых координат на цилиндрические. Отсюда и возник греческий символ rho — он обозначает расстояние по поперечному сечению, где rho = 0 в центре и rho = c на внешнем крае стержня.

Мы можем сразу узнать несколько вещей из этого уравнения. Первое может быть очевидным: чем больше угол скручивания, тем больше деформация сдвига (как и раньше, обозначается греческим символом gamma ). Во-вторых, и в этом большая разница между осевыми нагруженными конструкциями и нагруженными крутящим моментом, деформация сдвига неоднородна по поперечному сечению. Он равен нулю в центре скрученного стержня и имеет максимальное значение на краю стержня. Наконец, чем длиннее стержень, тем меньше деформация сдвига.

До сих пор мы сосредоточили свое внимание на смещениях и деформациях. Чтобы обсудить напряжение внутри скрученного стержня, нам нужно знать, как соотносятся крутящий момент , и напряжение , напряжение . Поскольку скручивание вызывает деформацию сдвига, мы ожидаем, что крутящий момент будет прикладывать напряжение сдвига . Взаимосвязь между крутящим моментом и напряжением сдвига подробно описана в разделе 5.2 вашего учебника, и это приводит к следующему соотношению:

В этом уравнении J обозначает секундный полярный момент площади поперечного сечения.Иногда это называют «вторым моментом инерции», но поскольку это уже имеет хорошо установленное значение в отношении динамического движения объектов, давайте не будем здесь путать вещи. Мы обсудим моменты площади более подробно позже, но они принимают очень простую форму для круглых поперечных сечений:

(Примечание: это одно и то же уравнение — твердые стержни имеют внутренний радиус c _i = 0).

Теперь у нас есть уравнения для нашей деформации сдвига и напряжения сдвига, все, что осталось сделать, это использовать закон Гука для сдвига, чтобы увидеть, как они связаны.Закон Гука позволяет нам записать красивое уравнение для угла скручивания — очень удобную вещь для измерения в лаборатории или в полевых условиях.

И, как мы видели для осевых смещений , мы можем использовать суперпозицию для наших сдвиговых деформаций :

Это окончательное уравнение позволяет разделить крутящие моменты, приложенные к разным частям одной и той же конструкции. Давайте решим проблему и посмотрим, понимаем ли мы, что происходит с крутильными деформациями.

Трансмиссия

Одним из наиболее распространенных примеров кручения в инженерном проектировании является мощность, генерируемая трансмиссионными валами. Мы можем быстро понять, как скручивание генерирует мощность, просто выполнив простой анализ размеров. Мощность измеряется в единицах Вт [Вт] , а 1 Вт = 1 Н · м · с ^-1. В начале этого раздела мы отметили, что крутящий момент представляет собой крутящую пару, что означает, что он имеет единицы силы, умноженные на расстояние, или [Н · м].Итак, при осмотре, чтобы генерировать мощность с крутящим моментом, нам нужно что-то, что происходит с заданной частотой f , поскольку частота имеет единицы Герц [Гц] или [s ^-1]. Таким образом, мощность на оборот (2 * пи) круглого стержня равна приложенному крутящему моменту, умноженному на частоту вращения, или:

В крайней правой части уравнения мы использовали соотношение, согласно которому угловая скорость, обозначаемая греческой буквой омега , равна частоте, умноженной на 2pi.

Статически неопределимые задачи

Одно уравнение, два неизвестных… мы шли по этому пути, прежде чем понадобилось что-то еще. Хотя тип нагружения и деформации различны, к статически неопределенным задачам , связанным с кручением стержней, подходят точно так же, как и с осевыми нагруженными конструкциями. Начнем со схемы свободного тела скрученного стержня. Возьмем, например, стержень на рисунке ниже, застрявший между двумя стенами.

Сразу после осмотра вы должны заметить, что стержень прикреплен к двум стенкам, тогда как для статического равновесия требуется только одна. Больше опор, чем необходимо: статически неопределимых . Статическая неопределенность означает: нарисуйте диаграмму свободного тела, просуммируйте силы в направлении x —, и вы получите одно уравнение с двумя неизвестными силами реакции. Итак, нам нужно учитывать наши деформации — для кручения это означает, что давайте обратимся к нашему уравнению, которое описывает суперпозицию углов закручивания.Для этого уравнения следует отметить, что половина стержня сплошная, а другая половина — полая, что влияет на то, как мы вычисляем Дж, для каждой половины. Самое главное, мы должны спросить себя: «Что мы знаем о деформации?» Ну, так как стержень прилипает к стене краем, скручивание в точках A, и B должно быть равно нулю (точно так же, как смещение в последнем разделе). Посмотрите, сможете ли вы решить остальную проблему самостоятельно: каков крутящий момент в каждой половине стержня?

(ответ: T _a = 51.7 фунт-футов & T _b = 38,3 фунт-футов).

Сводка

В этом уроке мы узнали о крутящем моменте и торсионном . Этот другой тип нагрузки создает неравномерное распределение напряжений по поперечному сечению стержня — от нуля в центре до максимального значения на краю. На основе этого анализа мы можем установить взаимосвязь между углом скручивания в любой точке вдоль стержня и деформацией сдвига внутри всего стержня.Используя закон Гука, мы можем связать , эту деформацию с напряжением внутри стержня. Мы также использовали метод размерного анализа для определения мощности, генерируемой трансмиссионным валом (т. Е. Стержнем), который вращается с заданной частотой под приложенным крутящим моментом. Наконец, мы показали, что проблемы скручивания также часто являются статически неопределенными , и даже несмотря на то, что нагрузка и деформация различаются, метод, который мы установили в предыдущем разделе для решения задач с осевой нагрузкой, представляет собой тот же метод решения проблем с крутящим моментом.

Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта № 1454153. Любые мнения, выводы, выводы или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат авторам и не обязательно отражают точку зрения Национального научного фонда. Научный фонд.

Основы механики кручения

Основы механики кручения За дополнительной информацией обращайтесь к авторам

Ю.В. Началов

Основы механики кручения.

1. Общий принцип инерции как обобщение механики Ньютона.

Как известно, закон инерции Ньютона в аналитической форме можно записать следующим образом:

d (мв) = 0; v = const
dt

( м, — масса, v — вектор скорости) Таким образом Механика Ньютона считает инерционное движение неускоренным. прямолинейное движение. Но, как хорошо известно из работ Эйлера, существует аналог первого закона Ньютона для вращательного движения:

d (J w ) = 0; Вт = const
дт
( Дж, — момент инерции, w — вектор угловой скорости.) Эти уравнения показывают, что если внешние моменты отсутствуют, то угловой импульс Дж w вращающееся твердое тело постоянно. Это означает, что угловая скорость вращающегося твердого тела также будет быть константой. Таким образом, эти уравнения показывают, что существует не только прямолинейное инерционное движение, а также вращательное инерционное движение. Этот факт не противоречит механике Ньютона, поскольку механика Ньютона просто не принимает во внимание этот факт. Вращательный (торсионный) принцип инерции можно сформулировать следующим образом: Если внешние моменты отсутствуют, то угловая скорость вращающегося тело остается неизменным. Сочетание принципа прямолинейной инерции (в смысле Галилео-Ньютона) с принципом инерции кручения позволяет формулировка общего принципа инерции : Если нет сил действуют, а угловые моменты не действуют, то движение твердое тело инерционно. Этот общий принцип инерции был первым сформулирована Г.И. Шиповым [1].
Общий принцип инерции является обобщением принципа инерции Галилея-Ньютона, и он показывает, что существует не только неускоренное инерционное движение (как в механике Ньютона), но также и ускоренное инерционное движение. (поскольку вращение — это движение с ускорением).Таким образом, общий принцип инерции показывает, что механика Ньютона неверна для любых систем, имеющих вращение.
2. Торсионные взаимодействия.
Согласно второму закону Ньютона: F = ma , В современной теории полей есть ряд обобщенных уравнений Ньютона. В этих обобщенных уравнениях F рассматривается как сила действующий на заряд массой м . В результате геометризация физических взаимодействий (например, в теории Эйнштейна теории гравитации) уравнения Ньютона были заменены геодезическими уравнения.Следует подчеркнуть, что и в том, и в другом случае (по Ньютону и по Механику Эйнштейна) ускорения (неважно: 3- или 4-мерные) в уравнениях являются полярными векторами. Полярные векторы формируется как вторые производные поступательных координат x, y, z, ct . Сформулируем следующее определение: Если взаимодействие приводит к полярным ускорениям, то это взаимодействие полярное взаимодействие. Таким образом, современная теория полей оперирует полярными взаимодействиями.Но, как известно, существуют взаимодействия, которые приводят к осевым ускорениям. Для Например, угловое ускорение — это осевой вектор. В классической механике такие взаимодействия можно описать уравнениями Эйлера для вращательного движение: M = Jw . ( J — момент инерции, w — угловое ускорение, M — внешний момент)
Мы можем сформулировать следующее определение: Если взаимодействие приводит к осевым ускорениям, тогда это взаимодействие является осевое (торсионное) взаимодействие. Следует подчеркнуть, что не существует фундаментальных обобщений для уравнение M = Jw в современной теории полей. Таким образом, современная теория полей оперирует только полярными взаимодействиями, торсионные взаимодействия не принимаются во внимание.
3. Механика кручения как обобщение механики Эйнштейна.
Как известно, общая теория относительности Эйнштейна оперирует 4 поступательные координаты x, y, z, ct .ОТО Эйнштейна не примите во внимание тот факт, что ускоренная система может обладать угловой момент. Таким образом, механика Эйнштейна не учитывает учитывать наличие торсионных взаимодействий или торсионный принцип инерции.
В 1986 г. М.Кармели предпринял попытку создать специальный принцип вращательной относительности [2] как дополнение к теории Эйнштейна специальный принцип поступательной относительности. Но подход Кармели не учли некоторые проблемы сил инерции, и М.Кармели не смог закончить программу вращательной относительности. В программа вращательной относительности полностью реализована в в рамках так называемой теории физического вакуума Г.И. Шипова. [3]. Шипов строго показал, что трансляционная теория Эйнштейна. относительность должна быть дополнена вращательной (торсионной) относительностью. Сочетание поступательного и крутильного относительности позволяет разработка новой механики, которая называется механикой ориентируемая материальная точка (механика материальной точки со спином или торсионная механика) [1].Механика материальной точки со спином описывает движение ускоренной системы 10 уравнениями, но не 4 уравнениями, как в механике Эйнштейна, и эта механика обобщение механики Эйнштейна. Было показано, что полное описание движения ускоренной системы со спином не могут быть выполнены в рамках римановой геометрии, используемой в ОТО. В пространство торсионной механики имеет структуру геометрии A ₄ (геометрия абсолютного параллелизма).Геометрия абсолютного Впервые параллелизм был рассмотрен в работах Р. Вайтценбока [4,5]. это Интересно отметить тот факт, что в рамках A ₄ геометрии, А.Эйнштейн является автором наибольшего количества работ (13) посвящена единой теории поля по сравнению с другими геометрии.
В [6,7] было показано, что кручение A ₄ геометрия вызывает торсионные поля, которые определяют плотность всей материи, и которые ответственны за существование сил инерции.В этом смысле, торсионное поле можно рассматривать как единое поле Эйнштейна. В [8] было показано, что масса любого физического объекта может быть изменена как результат переделок торсионных полей этого объекта. Механический система, которая может реализовать линейное движение без использования трения или реактивные силы были предложены, и уравнения движения были написано и решено. Было показано, что изолированная механическая система может реализовать движение с помощью специально организованного вращения элементов внутри системы.Следует отметить, что первые рабочие устройства, использующие этот принцип был продемонстрирован еще в 60-х годах прошлого века В. Н. Толчиным. Главный конструктор Пермского машиностроительного завода, первый изобретатель, понять, что можно управлять силами инерции [9].
Понимание методов торсионного поля генерация позволяет строгую теоретическую интерпретацию [3,8,22] быть дано ко всем явлениям продемонстрировано гироскопами и гироскопическими системами [10-14], и явлениям, наблюдаемым в различных эксперименты со спин-поляризованными частицами (например,грамм. [15-21]).
Шипов Г.И. «Механика ориентируемой точки и общии принцип инерции». // Известия ВУЗ, серия физика, 1985, № 3.
Кармели М. // Междунар. J. Theor. Phys., 1986, т.25,? 1.
Шипов Г.И. «Теория физического вакуума.», Москва, НТ-Центр, 1993, 362 с. (русский)
Weitzenbock R. Invariantentheorie, Гронинген: Noordhoff, 1923, стр. 320.
Weitzenbock R. Sitz.preuss.Akad.Wiss.phys.-math. Кл., 1924, с.466-501.
Шипов Г.I. «Общерелятивистские нелинейные спинорные уравнения». // Известия ВУЗ, серия физика, 1977, № 3.
Шипов Г.И. «Проблемы теории элементарных взаимодействий.», Москва, МГУ, 1979.
Шипов Г.И. «Об использовании вакуумных полей кручения для перемещения механических систем.», 1991, Москва, ЦИСЭ ВЕНТ, препринт № 8, 50 с. (русский)
Толчин В.Н. «Инерциоид.», 1977, Пермь, 99 с.(русский)
Козырев Н.А. «Причинная или несимметричная механика в линейном приближении.», Пулково, ГАО АН СССР, 1958, 90 с. (русский)
Поляков С.М., Поляков О.С. «Введение в экспериментальную гравитонику.», М., Прометей, 1988, 136 с. (русский)
Хаясака Х., Такеучи С. «Аномальное снижение веса на правое вращение гироскопа вокруг вертикальной оси Земли. «// Физ.рев.лет., 1989, №63, с.2701-2704.
Laithwaite E.R. «Продолжение истории гироскопической магии.// Электронный журнал, 1975, № 197, с.675-678.
Вейник А.И. «Термодинамика реальных процессов.», Минск, Наука и техника, 1991, 576 с. (русский)
Криш А.Д. «Спин протона». // Scientific American, май 1979 г.,
Барышевский В.Г., Подгорецкий М.И. «Ядерная прецессия нейтронов». // Жырнал экспериментальной и теоретической физики, 1964, т.47, с.1050. (русский)
Вальравен Ю., Сильвер А. «Стабилизация атомарного водорода». // Успехи физических наук, 1983, т.139, №4, стр.701. (русский)
Lhuiller C. «Транспортные свойства в спин-поляризованном газе, III.» //J.Phys. (Фр.), 1983, т.44, №1, стр.1.
Соколов Ю.Л. в: Атом водорода. Редакторы Г. Ф. Бассани, М. Ингуссио, Т. В. Хауш. Берлин, Хайдейберг, 1989.
Соколов Ю.Л., Яковлев В.П. «Измерение лембовского сдвига в атоме воды». // Журнал эксперимент.и теорет.физики, 1982, №1 (7), с.15. (русский)
Показаниев В.Г., Скроцкий Г.В. «Псевдомагнетизм». // Успехи физических наук, 1979, т.129, №4, с.615. (русский)
Губарев Е.А., Сидоров А.Н., Шипов Г.И. «Фундаментальные модели элементарных взаимодействий и теория физического вакуума.», Москва, 1992, ЦИСЭ ВЕНТ, препринт № 17, 68 с.
Принцип механического торсионного измерителя — Inst Tools
Механический торсионный измеритель используется для измерения крутящего момента, развиваемого машиной.
Принцип механического торсионного измерителя
Когда вал соединен между ведущим двигателем и ведомой нагрузкой, на валу между его концами возникает скручивание (угловое смещение).Этот угол закручивания измеряется и калибруется с точки зрения крутящего момента.
Конструкция механического торсионного измерителя
Основными частями торсионного измерителя являются следующие:
Вал, на концах которого установлены два барабана и два фланца, как показано на схеме.
На одном барабане есть указатель, а на другом — шкала с калибровкой крутящего момента.
Стробоскоп используется для снятия показаний на вращающемся валу.
Работа механического торсионного измерителя:
Один конец вала измерителя кручения соединен с приводным двигателем, а другой конец — с ведомой нагрузкой.
Угол скручивания вала по всей его длине между двумя фланцами пропорционален крутящему моменту, приложенному к валу.
Мера этого угла закручивания становится мерой крутящего момента при калибровке.
Вызванное угловое скручивание наблюдается на шкале калибровки крутящего момента, соответствующей положению указателя. Поскольку шкала на барабане вращается, считывание напрямую невозможно. Следовательно, используется стробоскоп. Мигающий свет стробоскопа падает на шкалу, а частота мигания регулируется до получения неподвижного изображения.Затем отмечается показание шкалы.
Применение механического торсионного измерителя
Простой и недорогой метод
Мощность вала может быть рассчитана (частота мигания дает информацию о скорости).
Ограничение механического торсионного измерителя
Низкая точность из-за небольшого смещения стрелки.
Чувствительность снижена даже из-за небольшого изменения скорости.
Может использоваться только на валах, вращающихся с постоянной скоростью.
[PDF] Испытания на кручение. Цели — Скачать бесплатно PDF
1 Лаборатория 4 Цели испытания на кручение Студенты должны понимать принципы испытания на кручение, практиковать …
Лаборатория 4: Испытания на кручение
L a b o ra t ory 4 Испытания на кручение ____________________________________
Цели • Студенты должны понимать принципы испытаний на кручение, практиковать свои навыки испытаний и интерпретировать экспериментальные результаты предоставленных материалов при отказе от кручения.• Для определения максимального напряжения сдвига, напряжения сдвига на пределе пропорциональности, модуля сдвига или модуля жесткости, а также взаимосвязи между крутящим моментом и степенью вращения испытываемых материалов. • Студенты могут различать способность таких материалов, как чугун и латунь, выдерживать крутящий момент до разрушения при кручении. Анализ и интерпретация полученных параметров испытаний должны выполняться в зависимости от характера разрушения каждого материала. • Студенты могут выбирать материалы для инженерных приложений, связанных с кручением.
Лаборатория металлургии 431303 T. Udomphol
1
Лаборатория 4: Испытания на кручение
1. Обзор литературы Во многих областях машиностроения материалы иногда подвергаются скручиванию при эксплуатации, например, приводные валы, оси и скрученные сверла. Более того, такие конструкции, как мосты, рессоры, кузова автомобилей, фюзеляжи самолетов и корпуса лодок, случайным образом подвергаются скручиванию. Используемые в этом случае материалы должны обладать не только достаточной прочностью, но и выдерживать крутящий момент при эксплуатации.Несмотря на то, что испытание на кручение не так универсально, как испытание на растяжение, и не имеет какой-либо стандартизированной процедуры испытания, его значение имеет значение для конкретных инженерных приложений и для изучения пластического течения материалов. Испытание на кручение применимо для испытания хрупких материалов, таких как инструментальная сталь, и испытание также использовалось для определения ковкости материалов посредством испытания на кручение при повышенных температурах.
Рис. 1: Кручение в цилиндрическом стержне [1]. 1.1 Испытание на кручение Обычно кручение возникает, когда к элементу прилагается крутящий момент или крутящий момент в соответствии с рисунком 1.Крутящий момент представляет собой произведение тангенциальной силы, умноженной на радиальное расстояние от оси скручивания и касательной, измеренное в единицах Н · м. При испытании на кручение взаимосвязь между крутящим моментом и степенью вращения представляется графически, и обычно исследуются такие параметры, как предел прочности на сдвиг при кручении (модуль разрыва), предел прочности при сдвиге и модуль упругости (модуль жесткости). Более того, поверхности излома образцов, испытанных на кручение, можно использовать для определения характеристик материалов, будет ли он разрушаться хрупким или пластичным образом.
Лаборатория металлургии 431303 T. Удомфол
2
Лаборатория 4: Испытания на кручение
Рисунок 2: Машина для испытания на кручение [2]. Чтобы изучить реакцию материалов на скручивающую силу, испытание на скручивание выполняется путем установки образца на машину для испытания на скручивание, как показано на рисунках 2-4, а затем приложения крутящего момента до разрушения. Крутящий момент и степень вращения измеряются и наносятся на график, как показано на рисунке 5. Можно видеть, что более высокая крутящая сила требуется при более высоких градусах вращения.Обычно используемые образцы для испытаний представляют собой цилиндрические стержневые образцы, поскольку распределение напряжений по сечению стержня представляет собой простейшую геометрию, с которой легко рассчитать напряжения. Оба конца цилиндрического образца затягиваются в шестигранных головках, в которых одно крепится к валу крутящего момента, а другое — к входному валу. Крутящий момент прикладывают путем вращения входного маховика, как показано на рисунке 3, для создания крутящего момента до тех пор, пока образец не разрушится.
Лаборатория металлургии 431303 Т.Udomphol
3
Лаборатория 4: Испытания на кручение
Рисунок 3: Схематическая диаграмма, показывающая детали машины для испытания на кручение [2]
Рисунок 4: Образец на кручение [2] При приложении крутящего момента крутящий момент реагирует моментный вал, который перемещается относительно отклоняющего рычага. Движение отклоняющего рычага измеряется линейным потенциометром, который подсоединен к откалиброванному цифровому измерителю крутящего момента TQ для получения показаний крутящего момента в единицах Нм или фунтах.дюйм. Чем больше мы поворачиваем входной маховик по часовой стрелке для увеличения степени вращения, тем больше крутящий момент создается. На начальном этапе графическая зависимость измеренного крутящего момента и степени вращения является линейной, как показано на рисунке 5. Образец представляет собой лабораторию механической металлургии 431303 T. Udomphol
4
Лаборатория 4: испытание на кручение
упруго деформировано и восстановление образца до его первоначальной формы возможно, если образец не нагружен.Однако, если применяется высокая степень вращения, превышающая пропорциональный предел, образец начинает пластически деформироваться и не вернется к своей исходной форме при повороте входного маховика против часовой стрелки. Степень вращения можно определить с помощью двух транспортиров, эластичного и пластичного. Сначала на входном маховике, соединенном с входным валом коробки передач, устанавливается эластичная шкала транспортира. Эта шкала транспортира обеспечивает точное показание 0,1 °, поэтому один оборот соответствует 6 °.На коробке передач установлен сбрасываемый счетчик оборотов для регистрации общих оборотов на входе. При большом крутящем моменте требуется вторая шкала транспортира для считывания показаний в пластическом диапазоне деформации. Второй транспортир установлен на выходном валу и обеспечивает показание 1 °, при одном обороте 360 °.
Рис. 5: Взаимосвязь между крутящим моментом и углом закручивания [2]. Рассматривая цилиндрический стержень, один конец которого скручен, как показано на рис. 6, крутящему моменту MT противодействует напряжение сдвига τ, имеющееся в поперечном сечении образца.Это напряжение сдвига равно нулю в центре стержня, линейно увеличивается с его радиусом и, наконец, достигает максимального значения на периферии стержня. Если цилиндрический стержень имеет длину L, крутящий момент может быть связан с напряжением сдвига следующим образом
Лаборатория механической металлургии 431303 T. Udomphol
5
Лаборатория 4: Испытания на кручение MT Gθ τ = = JL r
9 (1)
Деформация сдвига γ может быть рассчитана из уравнения 2 γ = tan θ =
, где JG θ
r L τ
is is is is is is
rθ L
9 (2 )
полярный момент инерции, мм2 или дюйм2 модуль сдвига, Н / мм2 или фунт-сила / дюйм2 градус вращения, радиан радиус цилиндрического стержня, мм или длина цилиндрического стержня, мм, или сдвиг напряжение, Н / мм2 или фунт-сила / дюйм2
Рисунок 6: Кручение сплошного стержня [3].По графическому соотношению крутящего момента и степени вращения можно заметить, что образец на кручение деформировался упруго, а затем пластически аналогично случаю образца, испытанного на растяжение. Начальная стадия упругого поведения показывает линейную зависимость крутящего момента и степени вращения с его наклоном, представляющим модуль сдвига модуля жесткости G. Напряжение на пропорциональном пределе часто определяется при 0,04 рад.м-1 манометра. длина. За пределами пропорционального предела образец деформируется пластическим образом, и зависимость между крутящим моментом и степенью вращения больше не является линейной.Однако определение предела пропорциональности, проведенное с использованием образца на кручение типа тонкостенной трубки, даст более точное значение по сравнению с тем, которое получено на образце типа цилиндрического стержня. Поскольку напряжения изменяются по сечению образца от центра к периферии образца, как уже упоминалось, Лаборатория механической металлургии 431303 T. Удомфол
6
Лаборатория 4: Испытания на кручение
ранее, уменьшенное влияние распределения напряжений в поэтому тонкостенный образец полезен для расчета напряжения.В упругом диапазоне деформации напряжение сдвига может быть рассчитано по уравнению 1 τ =
MT r J
9 (3)
Для твердого цилиндрического образца полярный момент J = πD4 / 32, поэтому мы можем определить напряжение сдвига, как показано в уравнении 4 τ =
MTD / 2 16 MT = πD 4/32 πD 3
9 (4)
Для образца трубы максимальное напряжение сдвига на периферии трубы может быть рассчитывается по уравнению 5 τ =
, где D1 D2
16 MT D1 π (D14 — D24)
9 (5)
— внешний диаметр трубки — это внутренний диаметр трубки
Следовательно, если крутящий момент и степень вращения известны в соответствии с экспериментальным результатом, напряжение сдвига и деформация сдвига могут быть определены из уравнений 2 и 4.Полученная информация затем используется для построения графической зависимости между модульным напряжением сдвига (16MT / aD3) и деформацией сдвига (θr / L), как показано на рисунке 7. Кривая в некоторой степени похожа на те типичные кривые напряжения-деформации. испытаны на растяжение, давая значения упругих и пластических характеристик по отношению к приложенному напряжению кручения. Тем не менее, рассчитанное напряжение сдвига согласно уравнению 4 подходит только для оценки напряжений в упругом диапазоне. Поэтому пластическое напряжение, полученное из кривой напряжение сдвига-деформация сдвига, превышает реальное напряжение.Кроме того, в случае большой пластической деформации длина образца значительно изменяется, что может привести к наложению продольных напряжений на напряжения сдвига при кручении. Даже лаборатория механической металлургии 431303 T. Udomphol
7
Лаборатория 4: Испытания на кручение
, хотя первое считается небольшим и им можно пренебречь, они также могут повлиять на деформацию разрушения образца при кручении.Надаи [3] предложил метод расчета напряжения в пластическом диапазоне на основе известной кривой крутящего момента-степени вращения, выраженной в уравнении 6 τu =
, где Mmax a
3M max 2πa 3
9 (6 )
— максимальный крутящий момент — это расстояние от центра до периферии образца согласно рисунку 4.
Рисунок 7: Взаимосвязь между модульным напряжением сдвига и деформацией сдвига [2]. 1.2 Типы отказов при кручении Отказ от кручения отличается от отказов при растяжении и обычно вызывает небольшую деформацию или удлинение.Характеристика поверхности излома связана с напряженным состоянием в точке на поверхности стержня, которое можно описать, как показано на рисунке 8. Можно видеть, что максимальные напряжения сдвига существуют вдоль двух плоскостей, перпендикулярных каждой из них. Другие. Один перпендикулярен продольной оси (yy), а другой выровнен параллельно продольной оси (xx). Принцип работы Лаборатория механической металлургии 431303 T. Udomphol
8
Лаборатория 4: Испытания на кручение
Напряжения σ1 и σ3 наклонены под углом 45o к продольной оси и имеют свои величины, равные напряжениям сдвига.Основное напряжение σ1 является растягивающим, а основное напряжение σ3 — сжимающим. Промежуточное напряжение σ2 при кручении равно нулю. Как упоминалось ранее, на характеристики трещин при кручении влияют силы скручивания и растяжения. Это приводит к двум типам отказов при кручении; 1) пластическое разрушение из-за касательных напряжений и 2) хрупкое разрушение из-за растягивающих напряжений. Первый создает поверхность излома вдоль плоскости максимального напряжения сдвига и чаще перпендикулярно продольной оси, как показано на рисунках a) и b).На последнем видны плоскости излома, перпендикулярные направлениям растягивающих напряжений, которые составляют 45o к продольной оси. На рис. 9 показаны поверхности хрупкого и вязкого излома приводного вала и латунного стержня, которые соответственно вышли из строя при кручении. Это означает, что приводной вал сломался под воздействием растягивающих напряжений, в то время как на вязкое разрушение латунного стержня повлияли напряжения сдвига. Однако, если образец разваливается на мелкие кусочки, где плоскость разрушения не может быть определена, в этом случае считается, что разрушение начинается вдоль максимального напряжения сдвига, параллельного продольной оси образца.Кроме того, это также было показано в исследовании, которое показало, что характеристика разрушения связана с твердостью инструментальных сталей. Если инструментальная сталь имеет значения твердости выше 720 VHN, ожидается, что на разрушение будет влиять растягивающее напряжение. И наоборот, если твердость инструментальной стали ниже 720 VHN, напряжение сдвига является причиной такого разрушения.
Рисунок 8: Типы отказов при кручении [3].
Лаборатория металлургии 431303 Т.Udomphol
9
Лаборатория 4: Испытания на кручение
Рис. 9: Поверхности излома приводного вала и латунного стержня вышли из строя в результате хрупкого и пластичного скручивания.
1.3 Калибровка испытательной машины на кручение Перед испытанием на кручение калибровка испытательной машины должна быть выполнена следующим образом: 1.3.1 Поместите калибровочный рычаг на квадратный конец торсионного вала и выровняйте его, отрегулировав маховик, как показано на рисунок 10. Обнулите индикатор часового типа.1.3.2 Установите цифровой измеритель для измерения крутящего момента на единицу СИ и отрегулируйте показание до нуля, повернув ручку на задней стороне устройства. 1.3.3 Добавьте 5 кг груза к калибровочному рычагу и отрегулируйте индикатор часового типа на ноль, вращая маховик. Показание цифрового измерителя должно быть 24,5 ± 0,5 Нм. Если погрешность превышает 0,5 Нм, необходимо отрегулировать винт калибровки на задней стороне прибора, чтобы вернуть показание на 24,5 Нм. (Примечание: калибровочный рычаг = 500 мм, нагрузка = 5 кг, поэтому крутящий момент = 5 x 9.81 x 0,5 = 24,5 Нм). 1.3.4 Снимите нагрузку и убедитесь, что теперь показание возвращается к нулю. 1.3.5 Полнодиапазонную калибровку можно выполнить, добавляя имеющиеся гири в 500 г, 1 кг и 2 кг постепенно, в то время как показания крутящего момента каждого приращения должны быть записаны. Полученные значения должны находиться в пределах ± 0,5 Нм расчетных значений. 1.3.6 Постройте график зависимости крутящего момента от приложенного крутящего момента (0,5 x нагрузка x 9,81), чтобы получить линейную зависимость. Вычислите наклон, который должен быть приблизительно равен единице.Лаборатория механической металлургии 431303 T. Udomphol
10
Лаборатория 4: Испытания на кручение
Рис. 10: Калибровка машины для испытаний на кручение [2].
Лаборатория металлургии 431303 T. Udomphol
11
Лаборатория 4: Испытания на кручение
2. Материалы и оборудование 2.1 Испытательные образцы 2.2 Микрометр или штангенциркуль 2.3 Постоянная ручка 2.4 Машина для испытания на кручение 3. Методика эксперимента 3.1 Измерьте начальный диаметр, начальная длина и начальная калибровочная длина образца.Запишите эти параметры в предоставленную таблицу. 3.2. С помощью перманентного карандаша проведите линию по длине испытуемого образца. Эта линия поможет заметить степень вращения при приложении крутящего момента. 3.3 Откалибруйте испытательное оборудование согласно разделу 1.3. 3.4 Зафиксируйте испытуемый образец на машине для испытания на кручение с помощью шестигранных головок и убедитесь, что образцы надежно закреплены. Установите оба конца образца на первичный и моментный валы и установите показание измерителя крутящего момента на ноль.3.5 Начинают скручивать образец с шагом деформации 0,5 ° до тех пор, пока не произойдет разрушение. Запишите полученные данные поворота в таблицу, предназначенную для построения зависимости крутящего момента и степени. 3.6. Постройте взаимосвязь между напряжением сдвига и деформацией сдвига. Определите максимальное напряжение сдвига, напряжение сдвига на пределе пропорциональности и модуль жесткости. 3.7 Сделайте набросок поверхностей излома поврежденных образцов и опишите их характер в представленной таблице. 3.8 Обсуждение и заключение полученных экспериментальных результатов.
Лаборатория металлургии 431303 T. Udomphol
12
Лаборатория 4: Испытания на кручение
4. Подробные результаты
Чугун
Латунь
Начальный диаметр (мм) Конечный диаметр (мм) Начальная измерительная длина (мм) Конечная измерительная длина (мм) Начальная общая длина образца (мм) Конечная общая длина образца (мм) Шаг деформации (градусы) Максимальный крутящий момент (Нм) Максимальное напряжение сдвига (МПа) Напряжение сдвига на пределе пропорциональности (МПа) Модуль жесткости ( ГПа) Детали поверхности разрушения
Таблица 1 Результаты испытаний чугуна и латуни на кручение.
Лаборатория металлургии 431303 T. Udomphol
13
Лаборатория 4: Испытания на кручение
5. Обсуждение __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ _______________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ _______________________ ___________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________
Лаборатория металлургии 431303 T.Udomphol
14
Лаборатория 4: Испытания на кручение
6. Выводы __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ ________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ____ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________
Лаборатория металлургии 431303 Т.Udomphol
15
Лаборатория 4: Испытания на кручение
7. Вопросы 7.1 Разрушились ли чугун и латунь по-разному? Объяснять. __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 9000 6
7.2 В чем разница между испытаниями на кручение и растяжение? __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 9000 6
Лаборатория металлургии 431303 Т.Udomphol
16
Лаборатория 4: Испытания на кручение
7.3 Какие инженерные приложения, по вашему мнению, являются жизненно важными для испытаний на кручение? Приведите три примера. __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ 9000 6
8.Ссылки 8.1 www.doitpoms.ac.uk 8.2 Машина для испытания на кручение SM1 / 2, TecQuipment Ltd, 2000. 8.3 Дитер, Г.Э., Механическая металлургия, 1988, метрическое издание SI, McGraw-Hill, ISBN 0-07100406-8.
Лаборатория механической металлургии 431303 T. Udomphol
17
Анализ методологии испытаний на скручивание при нормальном напряжении и характеристиках сдвига для асфальтовых смесей
Недостаточные характеристики сдвига в асфальтовой смеси являются основной причиной колейной деформации и продольной деформации поверхности дорожного покрытия. растрескивание.Таким образом, важно выбрать подходящий метод испытания на сдвиг для оценки характеристик сдвига в асфальтовой смеси. Текущие методы испытаний в основном оценивают прочность связи между слоями асфальта, а текущий метод испытаний на сдвиг для асфальтовой смеси имеет недостатки из-за высокой стоимости оборудования и сложных процедур. В нашем исследовании предлагается метод испытания на кручение в условиях нормального напряжения, и оценка проводилась для четырех типов асфальтовой смеси при различных температурных условиях. С помощью механического анализа были получены формулы расчета прочности на сдвиг и параметров сдвига (когезия и угол внутреннего трения) для испытания на кручение в условиях нормального напряжения.Были также получены результаты испытаний на прочность на сдвиг, модуль сдвига, когезию и угол внутреннего трения асфальтовых смесей. Экспериментальные испытания показали, что этот метод может обеспечить воспроизводимые результаты сопротивления сдвигу асфальтовых смесей при различных температурах, а также отразить разницу в характеристиках сдвига различных асфальтовых смесей и влияние температуры на характеристики сдвига. Вид разрушения образца заключался в появлении наклонной трещины под углом около 45 ° от вертикальной оси после разрушения образца, что соответствовало характеристикам разрушения при сдвиге.Модель усталости при сдвиге была получена с учетом различных уровней напряжения сдвига. Метод испытания на скручивание при нормальном напряжении сформировал действие сдвига и сжатия на образце за счет приложения крутящего момента и нормального напряжения и был использован для оценки характеристик сдвига асфальтовых смесей.
1. Введение
В связи с быстрым ростом объема перевозок и непрерывным развитием большегрузных транспортных средств в Китае, асфальтовое покрытие на скоростной и магистральной автомагистралях подверглось различным повреждениям.Среди них остаточная деформация (колейность) и продольное растрескивание поверхности покрытия — две основные формы повреждения асфальтового покрытия, наблюдаемые в настоящее время в Китае.
Постоянная деформация (колейность) — это углубление на поверхности колесных путей, вызванное повторяющейся нагрузкой из-за интенсивной транспортной нагрузки, которая вызывает прогрессирующее накопление постоянной деформации при повторяющемся давлении в шинах. Подъем (толкание) покрытия также может происходить вместе с колейностью. На начальном этапе после открытия для движения транспорта наблюдалось появление одномерной колеи по глубине, вызванной уплотнением материала в углублении около центра пути колеса без сопутствующей неровности по обе стороны от углубления.Такое уплотнение материалов обычно было вызвано чрезмерными воздушными пустотами или недостаточным уплотнением слоев дорожного покрытия. Более серьезные преждевременные деформации и отказы от колейности были связаны с поперечными перемещениями или пластическим течением материалов из-за колесных нагрузок на слои асфальта с недостаточной прочностью на сдвиг и / или из-за состояний высокого напряжения сдвига из-за транспортных нагрузок. Результаты исследований траншеи, проведенных Американской ассоциацией государственных служащих автомобильных дорог (AASHO), а также других испытательных треков показали, что деформация сдвига, а не уплотнение, была основным механизмом постоянной деформации [1-3].
Продольные трещины на поверхности дорожного покрытия возникли в результате того, что трещины начали формироваться на поверхности асфальтобетонного слоя и со временем распространяться вниз, что значительно снижает срок службы дорожного покрытия [4]. Причины появления продольных трещин на поверхности дорожного покрытия были очень сложными. Было выявлено несколько возможных причин, включая свойства контакта шины с дорожным покрытием, температурный градиент, толщину покрытия, тип смеси, тип связующего и градацию заполнителя, старение смесей и факторы строительства [5–8].С точки зрения механического анализа, различные исследователи пришли к выводу, что продольное растрескивание поверхности покрытия было вызвано растягивающим напряжением, а не напряжениями сдвига или вызванными нагрузкой растягивающими деформациями на краю шины, вызывающими возникновение трещин на поверхности покрытия [9–11].
Большинство случаев продольного растрескивания поверхности покрытия были обнаружены вблизи колесных путей, и, таким образом, в ходе исследования проводились исследования растягивающих напряжений и деформаций, вызванных нагрузкой, вблизи областей контакта шины с дорожным покрытием.Было также обнаружено, что поверхностное радиальное растягивающее напряжение, вызванное нагрузками от колес, могло вызвать продольное растрескивание поверхности покрытия, а места максимального поверхностного растягивающего напряжения, предсказанные механистическим анализом, очень хорошо соответствовали местам продольных трещин на поверхности покрытия, наблюдаемых в полевых условиях [ 12].
Другие исследователи, однако, придерживаются разных мнений относительно возникновения продольных трещин на поверхности дорожного покрытия. Groenendijk [13] утверждал, что распространение трещин на поверхности покрытия происходит в основном в режиме сдвига, податливого из-за сдвиговых напряжений, которые приводят к сдвиговым трещинам.Анализ модели методом конечных элементов показал, что вызванные нагрузкой деформации сдвига на краю колес в вертикальной плоскости были выше, чем боковые деформации растяжения, вызванные нагрузкой в том же месте на поверхности покрытия. Таким образом, деформации сдвига в вертикальной плоскости играют важную роль в зарождении и распространении трещин [14]. Анализ был проведен с неравномерными контактными напряжениями шины и дорожного покрытия при стандартной и тяжелой нагрузке в слоях асфальтовой смеси и показал, что максимальное напряжение сдвига возникло на краю шины, а максимальное напряжение сдвига было намного больше, чем максимальное растягивающее напряжение на поверхности покрытия. , и эта точка пикового напряжения сдвига была одним из основных факторов, ответственных за возникновение и распространение продольных трещин на поверхности покрытия [15–17].
Основываясь на приведенном выше обзоре механизмов остаточной деформации и продольного растрескивания поверхности дорожного покрытия, важно определить и указать соответствующие асфальтовые смеси для обеспечения адекватной устойчивости к сдвигу. Кроме того, важно разработать, выбрать и использовать соответствующие экспериментальные подходы для оценки устойчивости асфальтовых смесей к сдвигу.
2. Методы испытаний на сдвиг Обзор
Раньше оборудование для испытаний на сдвиг отсутствовало, и, таким образом, чтобы изучить способность асфальтовой смеси противостоять образованию колей, Christensen et al.[18] рекомендовали использовать испытание на непрямое растяжение и испытание на неограниченное сжатие для получения когезии и угла внутреннего трения, в то время как осевая прочность на сжатие была получена посредством испытания на одноосное сжатие, а прочность на растяжение была получена посредством испытания на непрямое растяжение. Впоследствии прочность на сдвиг и параметры были рассчитаны в соответствии с теорией Мора – Кулона.
С тех пор были разработаны различные методы испытаний на сдвиг, такие как метод Лейтнера [19], который был одним из первых методов определения прочности внутреннего сцепления асфальтовых слоев.Дополнительные методы включают испытание на сдвиг во Флориде [20], испытание на сдвиг в Канаде [21] и испытание на двойной сдвиг во Франции [22]. Различное испытательное оборудование включает в себя оборудование для исследования и анализа сдвига в Анконе (ASTRA) [23], которое было похоже на коробку прямого сдвига в геотехнических испытаниях, устройство для испытания на прямой сдвиг [24], прибор для испытания прочности на сдвиг на границе Луизианы (LISST) [25]. , Устройство определения прочности сцепления NCAT [26], коробка сдвига Nottingham [27] и тестер сдвига поля (FST) [28]. Испытательное оборудование, описанное в вышеупомянутой литературе, применяло нормальное напряжение для моделирования фактического воздействия транспортных нагрузок на структуру дорожного покрытия.Однако указанные выше методы в основном используются для проверки прочности сцепления между слоями асфальта.
В 1950-х годах инженерный корпус армии США изобрел вращательную испытательную машину (GTM) для разработки асфальтовой смеси, которой можно было управлять в соответствии с высотой образца и фактическим количеством раз уплотнения, а также имитировать различные шины. эффекты давления путем установки различных давлений. На основании этого Guler et al. [29] разработали метод оценки прочности смеси на сдвиг.Однако этот метод был разработан так, чтобы иметь более низкую, чем обычно, долю асфальтового заполнителя, а стоимость оборудования была высокой, и поэтому он не получил широкого распространения в Китае.
В настоящее время существует несколько типичных методов испытаний на сдвиг для асфальтовой смеси.
2.1. Трехосное испытание
Метод трехосного испытания, созданный на основе испытания механики грунта, использовался для изучения характеристик асфальтобетонной смеси в 1930-х годах. Основной принцип заключался в том, что асфальтобетонная смесь считалась изотропным однородным телом, а образец был помещен в трехстороннее напряженное состояние путем приложения ограничивающего давления и осевой нагрузки.
Трехосное испытание — это испытание на сжатие с существенно ограниченным ограничением (удерживающим давлением) [30], где главное осевое напряжение является основной причиной разрушения образца. Угол внутреннего трения и сцепление асфальтовой смеси определяются по теории прочности Мора – Кулона. Некоторые исследователи [31] пришли к выводу, что трехосные тесты с повторной нагрузкой, по-видимому, лучше позволяют измерить характеристики колейности, чем тест на ползучесть.
Однако в трехосном тесте есть некоторые недостатки [32].Браун [33] указал, что при трехосном испытании можно применить растягивающее напряжение только в одном направлении, в то время как в реальном покрытии также присутствуют поперечные и продольные растягивающие напряжения. Троуэр [34] также указал, что состояния напряжения, возникающие в верхних слоях, не могут быть воспроизведены при трехосном испытании. В настоящее время трехосное испытание не является стандартным методом испытаний для определения прочности асфальтобетонной смеси на сдвиг и рекомендовано только в качестве метода испытаний для определения прочности асфальтобетонной смеси на сдвиг в китайской спецификации (JTG E20-2011).
2.2. SST
Остаточная деформация была одним из основных направлений исследований Стратегической программы исследований автомобильных дорог (SHRP) [35], и одним из достижений стала разработка метода простых испытаний на сдвиг (SST) для определения характеристик остаточной деформации асфальта. смеси и для прогноза глубины колейности. Во время испытания верхняя и нижняя части образца асфальтобетонной смеси соединяются с помощью прижимных пластин эпоксидной смолой, а верхняя и нижняя прижимные пластины фиксируются с помощью стола для резки, а вертикальное смещение контролируется с помощью вертикального датчика таким образом, чтобы высота образца остается неизменным, чтобы гарантировать, что образец подвергнется испытанию на сдвиг в условиях равного объема.Приложение вертикальных и горизонтальных нагрузок к образцу в условиях высоких температур приводит к возникновению пластической деформации сдвига. С помощью этого метода можно проводить такие испытания, как повторное испытание на сдвиг при постоянной высоте, изменение частоты сдвига при постоянной высоте и простое испытание на сдвиг при постоянной высоте [36].
Ромеро и Андерсон [37] считают, что результаты испытаний на многократный сдвиг постоянной высоты в SST показали высокую изменчивость. Некоторые исследования также показали, что связь между результатами лабораторных испытаний и глубиной колейности поля не является удовлетворительной [38].Кроме того, необходимое оборудование было дорогим, а процедуры испытаний были очень сложными и требовали сложного обслуживания. Таким образом, такие испытания не получили широкого распространения в Китае, и только некоторые университеты и исследовательские институты имели такое оборудование.
2.3. Полые цилиндрические образцы Метод
Поскольку было сложно использовать существующее лабораторное оборудование для непосредственного приложения сдвигающей нагрузки, в исследованиях рассматривалось использование полых цилиндрических образцов для проведения испытания на сдвиг путем приложения крутящего момента или осевой нагрузки к асфальтовой смеси.В основном это включало следующие режимы загрузки.
В первом режиме нагружения равномерное напряжение сдвига прикладывается к полому цилиндрическому образцу за счет крутящего момента для измерения параметра сдвига. Впервые это было предложено Калифорнийским университетом в Беркли для изучения динамических свойств асфальтобетонных смесей [39], но толщина стенок образца составляла всего 12,5 мм, резка была затруднена, а результаты для агрегатов с крупными частицами были недостаточными. точный. Rueda et al.[40] усовершенствовали метод, используя образец с толщиной стенки 25,4 мм и внешним диаметром 12,7 см. Этот метод позволяет измерять линейные упругие свойства, динамический модуль сдвига и модуль релаксации асфальтобетонных смесей при нормальном напряжении и крутящем моменте.
Второй режим нагружения также известен как испытание на коаксиальный сдвиг (CAST) [41]. В этом испытании используется полый цилиндрический образец, помещенный в цилиндрический стальной цилиндр подходящего размера, где внешняя часть соединена со стальным цилиндром, а внутренняя часть образца соединена стальным валом с эпоксидной смолой.После склеивания напряжение сдвига на поверхности покрытия моделировалось путем приложения нагрузки к склеенному стальному валу. Однако этот метод все еще оставался косвенным методом испытаний. В то же время, поскольку образец был прикреплен к стальному валу и внешнему стальному цилиндру эпоксидной смолой, адгезия эпоксидной смолы оказала определенное влияние на экспериментальные результаты. Кроме того, если размер частиц заполнителя был большим, это повлияло на результаты испытаний.
Третий режим нагружения был достигнут с помощью прибора для испытаний на одноосный сдвиг [42], где диаметр образца составлял 150 мм, а высота — 50 мм, а диаметр полости — 50 мм.Во время испытания образец помещается в стальную форму, которая ограничивает поперечную деформацию образца. Это аналогично приложению ограничивающего давления к образцу. Вертикальная осевая нагрузка также применяется для имитации сдвигового воздействия на асфальтобетонные смеси.
2.4. Испытание на одноосное проникновение
Метод испытания на одноосное проникновение был предложен Университетом Тунджи [43], а идея пришла из Калифорнийского испытания скорости несения (CBR) в методе геотехнических испытаний. В испытании используется цилиндрический стальной стержень для приложения нагрузки к образцу асфальтобетонной смеси для имитации фактического напряжения дорожного покрытия, но этот метод не позволяет напрямую измерять прочность образца на сдвиг и должен сочетаться с испытанием на неограниченное сжатие для определения C и φ значений асфальтовой смеси, что увеличивает трудность и сложность операции.Спецификации для проектирования дорожного асфальтового покрытия (JTG D50-2017) Китая предложили использовать испытание на одноосное проникновение для проверки прочности асфальтовой смеси на проникновение для контроля остаточной деформации в асфальтовой смеси. Хотя метод был прост в использовании, некоторые исследования показали, что образец не показал очевидной поверхности разрушения при сдвиге после завершения испытания [44], а другие сочли, что необходимы дальнейшие исследования для допущений свойств материала, условий напряжений и механических характеристик. модели этого метода [45].
Таким образом, каждый из вышеперечисленных методов испытаний имел свои особые преимущества и недостатки, а также требовал специального сложного оборудования, что затрудняло проведение этих испытаний на практике при разработке асфальтобетонной смеси и полевом контроле качества. Таким образом, важно продолжить исследования и разработать методы испытаний на сдвиг.
3. Цели
Для практической оценки сдвиговых характеристик асфальтобетонной смеси в статье предлагается метод испытания на кручение в условиях нормального напряжения [46].Предварительные испытания показали, что метод имел следующие характеристики: (i) физическая концепция и принципы метода были ясны, результаты испытаний были стабильными, и имелась хорошая воспроизводимость (ii) метод был удобен для работы, изготовление образцов было простым. , этот метод также позволял испытывать керны, полученные от существующего покрытия, и он был совместим с оборудованием, имеющимся в настоящее время в лабораториях материаловедения. (iii) Результаты показали, что прочность на сдвиг увеличивалась с увеличением нормального напряжения и представляла линейную зависимость, которая удовлетворял теории прочности Мора – Кулона; Таким образом, принцип эксперимента был правильным.
Однако метод имел следующие недостатки: во-первых, для проверки использовались только два типа асфальтовой смеси, и поэтому репрезентативность была ограничена.Во-вторых, изменение высоты образца при нормальном напряжении во время испытания не исследовалось. Изменение высоты означает, что объем образца изменяется, что приведет к неточным результатам испытаний. В-третьих, метод линейной регрессии был использован для определения когезии C и угла внутреннего трения φ , что не соответствует принципу механики силы Мора – Кулона.
Таким образом, для дальнейшего анализа осуществимости и надежности метода цель данного исследования заключается в следующем: (i) Анализировать характеристики напряжения образца при испытании на кручение в условиях нормального напряжения и получить формулу расчета для сдвига. прочность (ii) Основываясь на теории Мора – Кулона, получить метод расчета сцепления и угла внутреннего трения (iii) Проанализировать изменение объема образца во время испытания и проанализировать характеристики повреждения образца (iv) Изучить и оценить влияние типов асфальтобетонных смесей и температуры испытаний на характеристики сдвига (v) Выполните испытание на усталость при кручении, чтобы получить q модель усталости при сдвиге при кручении
4.Испытание на скручивание при нормальном напряжении
Основной принцип метода испытания на скручивание в условиях нормального напряжения заключается в том, что нормальное напряжение равномерно прикладывается к образцу домкратом, а величина нормального напряжения измеряется датчиком нагрузки. Вертикальная нагрузка системы испытания материалов (MTS) была преобразована в крутящий момент зубчатой рейкой и зубчатым колесом, так что цилиндрический образец асфальтовой смеси находится в состоянии сжатия и сдвига. С увеличением крутящего момента напряжение сдвига превышает сопротивление сдвигу самого асфальтового материала, и возникает трещина, при которой образец постепенно разрушается [32].На основе теории прочности Мора – Кулона можно получить прочность на сдвиг, когезию C и угол внутреннего трения φ асфальтовой смеси.
Испытательная установка состоит из универсальной машины для испытания материалов и платформы для испытания на сдвиг. Универсальная система испытаний материалов (CMT5105) включает в себя инкубатор, загрузочную раму, систему управления, систему питания, систему сбора данных и другие компоненты для управления частотой нагружения, величиной нагружения и циклами нагружения, а также для сбора таких параметров, как нагрузка и вертикальное смещение. в настоящее время.
Платформа для испытания на сдвиг показана на рисунке 1 и состоит из перегородки (1), шарнира (2), стойки (3) и шестерни (4) (всего 36 зубьев с шагом 18,85 мм. , и каждый зуб соответствует повороту на 10 °), муфте (5), датчику крутящего момента (6), датчику угла (7), датчику перемещения волочения проволоки (8), датчику нагрузки (9), домкрату (10), неподвижная боковая прижимная пластина (11), скользящая канавка и перегородка «ласточкин хвост» (12), неподвижное основание (13) и круглый стержень (14). Испытательный образец можно увидеть на Рисунке 2 в литературе [32].

В зависимости от оборудования были добавлены датчик крутящего момента (6), датчик угла (7) и датчик перемещения волочения проволоки (8) для обеспечения точности сбора данных. Крутящий момент измерялся датчиком крутящего момента (6) (диапазон 0– ± 100 кН · м), а угловое смещение определялось датчиком угла (7) во время крутильной деформации образца. Датчик перемещения волочения проволоки (8) и образец были соединены с помощью винтов с фиксированным концом пластины, так что высоту образца можно было измерить во время испытания.
5. Механический анализ испытания на кручение в условиях нормального напряжения
Были приняты четыре основных правила: (i) образец асфальтовой смеси был идеально эластичным, полностью однородным и изотропным (ii) внутри образец имел непрерывность, независимо от атомная структура вещества и его молекулярное движение (iii) Начальное напряжение, которое существовало в образце, было равно нулю до приложения нагрузки (iv) Когда образец был нагружен, смещение каждой точки было намного меньше, чем размер образца, а угол поворота и деформация были намного меньше 1
5.1. Анализ напряжения сдвига
Для анализа силы кручения на цилиндрическом образце исходная точка O прямоугольной системы координат была помещена на левый конечный центроид. Шина цилиндра проходит вправо и параллельна оси z . Главная ось сечения совпадает с осью x и осью y , а ось z составляет правостороннюю систему, как показано на рисунке 2.
Когда образец был скручен, граничное условие релаксации на конце z = l было следующим:
Предполагая, что функция крутильных напряжений определялась граничным уравнением круглого сечения как
Это может быть получено с помощью внутридоменного уравнения:
Решить, полученное по формуле скручивания:
В соответствии с характером круглого сечения интеграл был, и были получены одновременные (2) — (4) решения:
Таким образом, напряжение сдвига при кручении было линейно распределено и максимальное напряжение сдвига возникло в граничной точке и составило.
5.2. Определение параметров прочности на сдвиг для асфальтобетонных смесей
Тело микроэлемента было взято из образца, и предполагалось, что напряжение на каждой поверхности тела микроэлемента было однородным и что напряжения на передней и задней сторонах были равны 0, что могло можно преобразовать в плоскую задачу, как показано на рис. 3.
Исходя из свойства баланса напряжений тела микроэлементов, уравнение баланса находилось где и; после упрощения можно было получить.
Возьмите любой наклонный участок ef , перпендикулярный передней и задней плоскостям в корпусе микроэлемента, как показано на рисунке 4.
Из уравнения баланса напряжений и разделительного тела решение было
В соответствии с принципом напряжение сдвига взаимное равенство, значения и были равны, и были получены одновременные решения (7) и (8):
Из приведенного выше уравнения центральная точка окружности находилась на абсциссе (-оси), абсциссе был, а радиус был, как показано на рисунке 5.

Радиус окружности напряжений был повернут с α на 2 α , и был получен радиус, как показано на рисунке 6. Ординаты A ₁ и A ₂ равны 0, а по оси абсцисс — главные напряжения и соответственно. На абсциссах A, , _1, и A, , ₂ были абсцисса центра окружности напряжений и радиус окружности напряжений.

Значения главного напряжения можно рассчитать по уравнению (3) в литературе [32].
Критерий разрушения асфальтобетонной смеси может быть выражен большими и малыми главными напряжениями по следующей формуле общего напряжения: где и — координаты точки окружности предельного полного напряжения во время разрушения образца.
Огибающая кривой интенсивности представляла собой примерно прямую линию, а параметр огибающей кривой может быть представлен константой.С помощью уравнения (9) с помощью регрессионного анализа была получена приблизительная прямая линия (линия). Поскольку пересечение кривой огибающей интенсивности и горизонтальной оси координаты можно рассматривать как точечный круг в состоянии предельного равновесия, линия также должна пересекать горизонтальную ось в этой точке, как показано на рисунке 3 в литературе [32 ].
Предполагая, что наклон линии был и пересечение горизонтальной оси координаты было, можно получить следующее уравнение:
Следовательно, когда линия известна, тогда и известны, а параметры прочности асфальтовую смесь можно рассчитать по уравнениям (12) и (13).
На основе теории Мора – Кулона были проведены испытания прочности на сдвиг при кручении при различных нормальных напряжениях, и была рассчитана огибающая кривая разрушения Мора – Кулона. Огибающая кривая была определена следующим образом: где напряжение сдвига, нормальное напряжение, c, , сцепление, φ, , угол внутреннего трения, и tan φ, , угол наклона огибающей кривой разрушения.
Поскольку граница прочности асфальтовой смеси не может быть получена с помощью круга Мора, испытание на сдвиг при кручении было проведено по крайней мере для трех различных нормальных напряжений, чтобы вычислить основные напряжения σ ₁ и σ ₃ значений и вывести общую огибающую каждого круга Мора.
На Рисунке 3 в литературе [32] пунктирная линия представляет собой линию, а линия проходит через максимальное напряжение сдвига каждого разрушенного круга Мора. Затем можно использовать p и q для определения координат максимального напряжения сдвига. p и q определяются по формуле (15), затем линия получается методом линейной регрессии, а точка пересечения a ₀ и угол α определяются по оси ординат.Значения C и φ смеси можно получить по формуле (16):
6. Экспериментальная программа
6.1. Материалы
Испытания на кручение проводились с использованием четырех типов асфальтовой смеси, которые обычно используются в Китае: SMA-13, AC-13, AC-20 и AC-25.
Немодифицированный асфальт № А-70 был использован для асфальтовой смеси, и соответствующие свойства асфальта, включая пенетрацию, пластичность, точку размягчения, плотность и т. Д., Были испытаны в соответствии с Китайским стандартным методом испытаний для асфальта и пр. Асфальтовая смесь для дорожного строительства (JTG E20-2011), и полученные результаты соответствуют требованиям спецификации.
Известняк был выбран для заполнителя, а наполнитель был получен с использованием измельченного известнякового порошка. Потери при истирании, полируемость, плотность, содержание плоских и удлиненных частиц, адгезия, угловатость, песчаный эквивалент и т. Д. В Лос-Анджелесе были проверены в соответствии с требованиями китайского метода испытаний заполнителя для дорожного строительства (JTG E42- 2005), а результаты испытаний соответствуют требованиям спецификации.
6.2. Mix Design
Градации четырех типов асфальтовой смеси показаны на Рисунке 7.
Метод Маршалла был использован для дизайна смеси, и оптимальное соотношение заполнителя асфальта и соответствующие параметры объема были получены, как показано в таблице 1.
28
Тип смеси Оптимальное соотношение заполнителя асфальта ( %) Насыпная плотность (г / см ³) Стабильность (кН) Величина потока (мм) Воздушные пустоты (%) VMA (%) VFA (%)
AC-13 4.9 2,416 13,8 3,04 4,8 14,6 68,4
AC-20 4,5 2,448 15,12 2,90 907 907 907 907 907 907 907 907 907 AC-25 4,0 2,441 14,8 3,37 5,1 13,4 62,8
SMA-13 6,3 2,390 677 4,83 3,47 17,8 80,7
6.3. Подготовка образца
Образец был сформирован с помощью вращательного компактора размером. После экструдирования образца высота в пяти различных положениях была проверена штангенциркулем Вернье, и разница составила не более 2 мм. Образцы показаны на рисунке 8.
6.4. Условия испытаний
В качестве температуры испытания была выбрана температура 60 ° C, скорость нагружения составляла 1 мм / мин, а нормальное напряжение составляло 0.7 МПа (стандартное давление в шинах оси в Китае). Испытания на сдвиг при кручении были проведены на четырех типах асфальтобетонных смесей для изучения изменений прочности на сдвиг и модуля сдвига асфальтовых смесей.
Кроме того, для изучения закона распределения C и φ асфальтовых смесей для испытаний были выбраны два вида асфальтобетонных смесей, AC-13 и AC-20, температура испытаний составляла 60 ° C. , а нормальные уровни напряжения при испытании на кручение составляли 0 МПа, 0,35 МПа и 0 МПа.7 МПа.
7. Результаты и анализ
7.1. Тип разрушения образцов
Образцы после разрушения показаны на Рисунке 9.
Положение разрушения образцов показано на Рисунке 9. Наблюдение за этим разрушением показывает, что небольшая трещина появляется около конца нагружения, а затем по мере увеличения нагрузки. , трещина постепенно расширяется, образуя наклонную трещину под углом примерно 45 ° от вертикальной оси. В то же время вокруг образца наблюдалась выпуклость, пока он не был полностью разрушен.Тип разрушения образца соответствует характеристикам разрушения при сдвиге.
Взаимосвязь между крутящим моментом, углом кручения и временем была измерена датчиком крутящего момента и датчиком угла, как показано на рисунке 10 (на примере асфальтовой смеси образца AC-13).

На рисунке 10 показано, что по мере развития нагрузки крутящий момент постепенно увеличивался со временем, достигал максимального значения в определенный момент, а затем уменьшался, что было максимальным крутящим моментом, который образец мог выдержать в то время, затем образец был поврежден, и может быть получена соответствующая прочность на сдвиг асфальтовой смеси.
В то же время угол скручивания увеличивался со временем и отражал, как деформация сдвига образца увеличивалась до тех пор, пока образец не был разрушен. Величина деформации, соответствующая максимальному крутящему моменту, представляла собой деформацию сдвига разрушения образца.
Кроме того, согласно результатам датчика смещения волочения проволоки, смещение было очень небольшим, около 0,03 мм, что отражало изменение направления высоты образца. Это показало, что высота образца в процессе эксперимента была в основном постоянной, а объем образца не изменялся, что обеспечивало точность и надежность результатов испытаний.
7.2. Влияние асфальтовой смеси типа
Четыре параллельных испытания были проведены для определения прочности на сдвиг и модуля сдвига различных асфальтовых смесей, как показано на Рисунке 11.
Результаты показывают, что «планка погрешности» для четырех асфальтовых смесей была небольшой, а коэффициент вариации находился в диапазоне от 5,0% до 8,6%, что свидетельствует о приемлемой повторяемости испытания на кручение.
Асфальтовая смесь состояла из асфальта и минерального заполнителя, а прочность на сдвиг была получена за счет связывания асфальтового вяжущего и блокировки градации заполнителя [29].Для асфальтовой смеси AC, когда номинальный максимальный размер заполнителя увеличивался, прочность на сдвиг уменьшалась, а модуль сдвига уменьшался, что соответствовало реальной ситуации. Поскольку асфальтовая смесь AC представляет собой «плотную суспензию», сцепление заполнителей с тремя различными номинальными размерами частиц было ограничено. Когда номинальный максимальный размер заполнителя был небольшим, содержание мелкого заполнителя в смеси было относительно большим, так что удельная площадь поверхности заполнителя увеличивалась, что приводило к увеличению количества асфальта и увеличению доли структурного асфальта, такого как что связующий эффект раствора увеличился, а также увеличилась прочность на сдвиг асфальтовой смеси.
Прочность на сдвиг и модуль асфальтобетонной смеси SMA-13 были больше, чем у асфальтовой смеси AC-13. Градация SMA-13 относилась к типу «градации по зазору», и в этом типе смеси содержание крупного заполнителя составляло более 70%, что обеспечивало лучшее блокирующее действие между крупными заполнителями. Таким образом, характеристики сдвига SMA-13 были лучше, чем у AC-13.
7.3. Влияние температуры
Испытания на кручение асфальтовой смеси AC-13 были выполнены при пяти температурах: 20 ° C, 30 ° C, 40 ° C, 50 ° C и 60 ° C.Образец выдерживали в климатической камере от 4 до 6 часов при нормальном напряжении 0,7 МПа и скорости нагружения 1 мм / мин, и параллельное испытание было повторено четыре раза. Результаты показаны на Рисунке 12.
По мере увеличения температуры прочность на сдвиг и модуль упругости асфальтобетонной смеси уменьшаются, а прочность на сдвиг уменьшается примерно на 0,1–0,2 МПа на каждые 10 ° C повышения температуры. Поскольку асфальтовая смесь была типичным вязкоупругим материалом, асфальт постепенно размягчался с повышением температуры, и сцепление между асфальтом и минеральным материалом уменьшалось.Сопротивление сдвигу в основном зависело от сцепления между частицами заполнителя, что привело к снижению прочности на сдвиг асфальтовой смеси. Результаты испытаний отражают влияние температуры на характеристики сдвига асфальтовой смеси, что согласуется с результатами, полученными в полевых условиях. Приемлемые результаты испытаний были получены с помощью этого метода.
7.4. Параметры прочности на сдвиг
Результаты испытаний на кручение при температуре 60 ° C для асфальтобетонных смесей AC-13 и AC-20 показаны на рисунке 13 с нормальными уровнями напряжения во время испытания на кручение при 0 МПа, 0.35 МПа и 0,7 МПа при трехкратном повторении параллельного испытания.
Когезия AC-13 была больше, чем у AC-20, но угол внутреннего трения был меньше, чем у AC-20. Это произошло потому, что, когда максимальный номинальный размер частиц был небольшим, содержание мелкозернистого заполнителя в смеси было относительно высоким, а количество асфальта увеличивалось, таким образом, доля структурного асфальта увеличивалась, что приводило к увеличению площади контакта между заполнителем. и асфальт, и, таким образом, сцепление также увеличилось.По мере увеличения максимального номинального размера частиц содержание крупного заполнителя в смеси увеличивается, и вероятность того, что крупные заполнители вступают в контакт друг с другом, образуя блокировку, увеличивается, что приводит к увеличению угла внутреннего трения, который составляет согласуется с результатами литературы [32].
Испытание на кручение асфальтовой смеси AC-13 было проведено при трех различных температурах: 20 ° C, 40 ° C и 60 ° C, и нормальные уровни напряжения при испытании на скручивание составляли 0 МПа, 0.35 МПа и 0,7 МПа при трехкратном повторении параллельного испытания. Результаты показаны на фиг. 14.
По мере увеличения температуры когезия ° C, уменьшалась. Когда температура превышала 40 ° C, значения C явно уменьшались. Таким образом, из-за вязкоупругих свойств асфальтовой смеси температура оказала значительное влияние на характеристики сдвига. После повышения температуры асфальт размягчился, что привело к снижению когезии. В то же время размягченный асфальт также сыграл роль во проникновении заполнителя, что привело к уменьшению угла внутреннего трения.Следовательно, чем выше температура, тем хуже характеристики сдвига асфальтовой смеси.
Как показано на рисунке 14, угол внутреннего трения φ был в основном эквивалентным при трех различных температурах, также обнаруживая небольшое отклонение, что указывает на то, что изменения температуры мало повлияли на значение угла внутреннего трения. Угол внутреннего трения смеси определялся взаимным сцеплением агрегатов и в основном был связан с пространственным распределением градации агрегатов самой смеси, и поэтому внешние условия, такие как температура, мало влияли на него, что также является согласуется с результатами литературы [32].
Летом с высокими температурами температура поверхности асфальтового покрытия может достигать 50 ~ 60 ° C, что приводит к быстрому снижению значений в асфальтовой смеси на ° C и , что также является неотъемлемой причиной образования колейности. деформация асфальтового покрытия.
8. Испытание на усталость при кручении
В конструкции дорожного покрытия однократное приложение нагрузки вряд ли вызовет сдвиг, но из-за многократной нагрузки может возникнуть колейность асфальтового покрытия и растрескивание поверхности.Поэтому важно исследовать поведение усталости при сдвиге в условиях повторяющегося нагружения.
Для испытаний на усталость при кручении использовалась асфальтобетонная смесь АС-13. Частота нагрузки составляла 10 Гц с нагрузкой синусоидальной формы волны без прерывистого времени. Поскольку усталость обычно возникала при промежуточных температурах, а не при высоких температурах, температура испытания была установлена на уровне 20 ° C, и испытание проводилось при четырех уровнях напряжения сдвига 0,4, 0,5, 0,6 и 0,7, а также количестве времен нагрузки, когда образец был полностью разрушен, был принят усталостный ресурс.Результаты теста показаны на рисунке 15.

Количество повторов для теста на усталость равно 4, а результаты на рисунке 15 представляют собой средние значения после отбрасывания аномальных данных в соответствии с методами критерия Граббса для выбора подозрительных данных.
При тех же условиях нормального напряжения усталостная долговечность асфальтовой смеси снижалась вместе с увеличением уровня напряжения сдвига. Чем выше уровень напряжения, тем короче усталостный срок службы асфальтобетонной смеси, что указывает на то, что асфальтовое покрытие более склонно к усталостному разрушению при сдвиге в условиях перегрузки.Кроме того, усталостная долговечность при сдвиге при нормальном напряжении 0,7 МПа была больше, чем усталостная долговечность при сдвиге при нормальном напряжении 0,5 МПа.
Исследования показали, что усталостная долговечность и уровни напряжений асфальтобетонных смесей имеют линейную зависимость в единой логарифмической системе координат. Усталостная долговечность и уровни напряжения сдвига были нанесены на график в логарифмических координатах и подогнаны, как показано на рисунке 16.

Варианты регрессии ( R ²) из диапазона усталости при сдвиге, который варьировался от 0.991 до 0,992, имели высокую корреляцию. Уравнение усталости при сдвиге применялось к двум сценариям: где был уровень напряжения сдвига.
Чтобы ускорить ход испытаний, в этом эксперименте было выбрано время без интервала для режима загрузки, но фактическая нагрузка на дорожное покрытие отличается, и определенная точка на поверхности конструкции дорожного покрытия не будет постоянно находится под воздействием транспортной нагрузки. Следовательно, в условиях периодической транспортной нагрузки из-за вязкоупругих свойств асфальтовой смеси мелкие трещины будут постепенно залечивать, что приведет к увеличению фактического усталостного ресурса покрытия.Следовательно, применительно к лабораторной модели для исследования фактической усталостной долговечности покрытия также необходимо учитывать влияние кратковременного воздействия нагрузки и вносить поправку на поле.
9. Выводы и рекомендации
В этой статье были выбраны четыре асфальтобетонные смеси для испытаний на кручение в условиях нормальных напряжений и различных температурных режимов. На основании этого исследования и лабораторных исследований можно резюмировать следующие выводы: (i) Во время испытания на кручение высота и объем образца оставались в основном постоянными, что обеспечивало точность и надежность результатов испытания на сдвиг.(ii) возникла наклонная трещина под углом примерно 45 ° от вертикальной оси образца, которая возникла после того, как образец был разрушен, и режим разрушения образца соответствовал характеристикам разрушения при сдвиге. (iii) посредством механического анализа формулы расчета для прочности на сдвиг и параметров сдвига (когезия и угол внутреннего трения) испытания на скручивание в условиях нормального напряжения. (iv) Метод испытания на скручивание обеспечил воспроизводимые результаты для сопротивления сдвигу асфальтобетонных смесей при различных температурах.(v) Для асфальтовой смеси типа AC, когда максимальный номинальный размер частиц увеличивался, прочность на сдвиг и модуль сдвига уменьшались. Кроме того, прочность на сдвиг и модуль сдвига асфальтовой смеси SMA-13 были больше, чем у асфальтовой смеси AC-13. Результаты испытаний отражают разницу в характеристиках сдвига для различных типов асфальтобетонной смеси. (Vi) По мере увеличения температуры прочность на сдвиг и модуль сдвига асфальтовой смеси уменьшаются, а результаты испытаний отражают влияние температуры на характеристики сдвига асфальтобетонной смеси. асфальтобетонная смесь, соответствующая результатам полевых работ.(vii) Для асфальтовой смеси типа AC при увеличении максимального номинального размера частиц когезия C уменьшалась, а угол внутреннего трения φ увеличивался, что отражает влияние внутренней структуры асфальтовой смеси на параметры сдвига. В то же время, когда температура увеличивалась, когезия ° C, уменьшалась. Когда температура превышала 40 ° C, значения C явно уменьшались, что могло объяснить механизм колейной деформации асфальтового покрытия.(viii) Угол внутреннего трения φ был в основном эквивалентен при трех различных температурах, что указывает на то, что изменение температуры мало влияло на значение угла внутреннего трения, которое в основном было связано с пространственным распределением и взаимной блокировкой градации агрегатов (ix) Усталостная долговечность уменьшалась с увеличением уровней напряжения сдвига, и, таким образом, была получена модель усталости при сдвиге. (x) Метод испытания на скручивание при нормальном напряжении сформировал действие сжатия-сдвига на образец путем приложения крутящего момента и нормального напряжения, по сравнению с прямым испытанием на сдвиг, имитирующим вертикальные нагрузки транспортных средств, испытывающих нормальное напряжение.Предлагаемый метод испытания на скручивание при нормальном напряжении позволяет оценить сдвиговые характеристики асфальтовых смесей.
Доступность данных
Данные, использованные для подтверждения результатов этого исследования, включены в статью.
Конфликт интересов
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.
Благодарности
Авторы хотели бы выразить признательность за финансовую поддержку Национальному фонду естественных наук Китая (грант № 51978083) и Китайскому стипендиальному совету (грант №201808430101).
Общая теория относительности — Разве кручение не следует устранять на основе принципа эквивалентности?
Это прямо не отвечает на ваш вопрос, но я думаю, что вы переоцениваете статус принципа эквивалентности.
С одной стороны, общеизвестно, что трудно даже сформулировать, что такое принцип эквивалентности. Первоначальная формулировка Эйнштейна, основанная на теории Ньютона, заключалась в том, что постоянное гравитационное поле , , в глобальном масштабе, идентично постоянно ускоренной системе отсчета.В ОТО постоянное гравитационное поле также диффеоморфно пространству-времени Минковского, так что это не имеет большого смысла.
Если «принцип эквивалентности» означает просто «пространство-время — это локально Минковский», я бы сказал, что он имеет довольно прочную основу, по крайней мере, в масштабах, в которых действует ОТО. Однако это будет верно для любой метрической теории гравитации.
Более известное утверждение о том, что «пути маленьких объектов не зависят от их композиции», по крайней мере, требует очень тщательного рассмотрения того, что предполагается означать «композиция», и, возможно, просто ложно, даже теоретически в рамках ОТО.Другими словами, ОТО предсказывает, что точечные массы просто не соответствуют геодезическим их фонам.
Это потому, что, поскольку ОТО является теорией поля, точечные частицы деформируют гравитационное поле вокруг себя и, следовательно, имеют эффективный конечный размер. Поскольку фоновое поле обычно оказывает приливные силы и из-за движения частиц, эта деформация обычно будет асимметричной, так что точечная частица отталкивается от геодезического движения.
Например, черные дыры звездной массы примерно в миллион — миллиард раз менее массивны, чем сверхмассивные, так что звездная масса, вращающаяся вокруг сверхмассивной черной дыры, является приблизительно точечной массой. Пространство-время вокруг сверхмассивной черной дыры очень близко к пространству-времени Керра. Но черные дыры звездной массы на самом деле излучают гравитацию, что заставляет их проникать в своих сверхмассивных партнеров. Эти пути не являются геодезическими в пространстве-времени Керра, которое не содержит гравитационного излучения.
Точная деформация также, безусловно, будет зависеть от состава точечной массы. Например, заряженная масса также будет источником электромагнитного поля, которое будет взаимно взаимодействовать с кривизной пространства-времени сложным образом, так что ее движение будет отличаться от движения незаряженной.
Учет такого рода вещей требует подробного количественного исследования уравнений Эйнштейна; то есть фактические пути не могут быть легко предсказаны на основе каких-либо принципов.Есть много возможностей для их объяснения с помощью теорий, которые «нарушают эквивалентность».
Произошла ошибка при настройке пользовательского файла cookie
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности. Если ваш браузер не принимает файлы cookie, вы не можете просматривать этот сайт.
Настройка вашего браузера для приема файлов cookie
Существует множество причин, по которым cookie не может быть установлен правильно. Ниже приведены наиболее частые причины:
В вашем браузере отключены файлы cookie.Вам необходимо сбросить настройки своего браузера, чтобы он принимал файлы cookie, или чтобы спросить вас, хотите ли вы принимать файлы cookie.
Ваш браузер спрашивает вас, хотите ли вы принимать файлы cookie, и вы отказались. Чтобы принять файлы cookie с этого сайта, используйте кнопку «Назад» и примите файлы cookie.
Ваш браузер не поддерживает файлы cookie. Если вы подозреваете это, попробуйте другой браузер.
Дата на вашем компьютере в прошлом. Если часы вашего компьютера показывают дату до 1 января 1970 г., браузер автоматически забудет файл cookie.Чтобы исправить это, установите правильное время и дату на своем компьютере.
Вы установили приложение, которое отслеживает или блокирует установку файлов cookie. Вы должны отключить приложение при входе в систему или проконсультироваться с системным администратором.
Почему этому сайту требуются файлы cookie?
Этот сайт использует файлы cookie для повышения производительности, запоминая, что вы вошли в систему, когда переходите со страницы на страницу. Чтобы предоставить доступ без файлов cookie потребует, чтобы сайт создавал новый сеанс для каждой посещаемой страницы, что замедляет работу системы до неприемлемого уровня.
Что сохраняется в файле cookie?
Этот сайт не хранит ничего, кроме автоматически сгенерированного идентификатора сеанса в cookie; никакая другая информация не фиксируется.
No related posts.