Расчёт вала на кручение

Введите крутящий момент, наружный диаметр (и внутренний для трубы), длину и модуль сдвига. Калькулятор покажет максимальное касательное напряжение на поверхности, угол закручивания в градусах и радианах, полярный момент инерции и полярный момент сопротивления.

Вал
N·m
mm
mm
GPa
Максимальное касательное напряжение τ63,662 MPa
Угол закручивания4,5595 °
Угол закручивания в радианах
0,079577 rad
Касательное напряжение в psi
9 233 psi
Полярный момент инерции Iₚ
15 708 mm⁴
Полярный момент сопротивления Wₚ
1 570,8 mm³

Работает в браузере: всё, что вы вводите, никуда не отправляется.

Как пользоваться

  1. Выберите сплошной или полый вал.
  2. Введите крутящий момент в Н·м, наружный диаметр и для трубы внутренний диаметр в мм.
  3. Введите длину в мм и модуль сдвига G в ГПа.
  4. Смотрите максимальное касательное напряжение, угол закручивания, Iₚ и Wₚ.

Формулы

  • Полярный момент инерции: Iₚ = π(D⁴ − d⁴) / 32 (d = 0 для сплошного вала).
  • Максимальное касательное напряжение (на поверхности): τ = M × (D/2) / Iₚ.
  • Угол закручивания: φ = M × L / (G × Iₚ), рад.
  • Полярный момент сопротивления: Wₚ = Iₚ / (D/2), то есть τ = M / Wₚ.

Единицы: момент в Н·мм, размеры в мм и G в Н/мм² дают τ в МПа.

Пример расчёта

Сплошной стальной вал диаметром 20 мм и длиной 1 000 мм под моментом 100 Н·м = 100 000 Н·мм, G = 80 ГПа:

  • Iₚ = π × 20⁴ ÷ 32 = 15 708 мм⁴;
  • τ = 100 000 × 10 ÷ 15 708 = 63,662 МПа (9 233 psi);
  • φ = 100 000 × 1 000 ÷ (80 000 × 15 708) = 0,0796 рад = 4,5595°.

С отверстием, труба 20/10 мм: Iₚ = 14 726,2 мм⁴, τ = 67,906 МПа, угол растёт совсем немного.

Советы

  • Концентраторы напряжений — шпоночные пазы, уступы, канавки — поднимают местное напряжение намного выше τ; учитывайте коэффициент для своей конструкции.
  • Совместное действие: если вал ещё и изгибается, нужна проверка по эквивалентному напряжению (например, по Мизесу).
  • Момент по мощности: M = P / ω; при 1 500 об/мин мощность 15 кВт даёт 15 000 ÷ (2π × 25) = 95,5 Н·м.

Частые вопросы

Как рассчитать касательное напряжение в валу?

τ = M × r / Iₚ, где r = D/2 — наружный радиус, Iₚ — полярный момент инерции. Для сплошного вала Iₚ = πD⁴/32, отсюда τ = 16M / (πD³). Вал диаметром 20 мм под моментом 100 Н·м имеет τ = 63,662 МПа.

Как рассчитать угол закручивания?

φ = M × L / (G × Iₚ) в радианах, умножьте на 180/π для градусов. Тот же вал длиной 1 м при G = 80 ГПа закручивается на 0,0796 рад, около 4,56°.

Зачем делают полые валы?

Материал у оси почти не нагружен. Убрав его, экономят массу почти без потери жёсткости: вал 20 мм с отверстием 10 мм легче на 25 %, а теряет лишь 6,25 % полярного момента инерции.

Какой модуль сдвига вводить?

Около 80 ГПа для стали и примерно 26–27 ГПа для алюминиевых сплавов. Модуль сдвига связан с модулем Юнга: G = E / (2(1 + ν)), где ν — коэффициент Пуассона.

Ещё в разделе «Конвертеры величин»

Все инструменты раздела: Конвертеры величин ·Обновлено 6 ноября 2026 г.

Настройки конфиденциальности

Google Analytics показывает нам, какими инструментами пользуются и работают ли они. Он может ставить cookie. Ваш выбор сохраняется в этом браузере.