1.扭转变形

构件受到作用面与轴线垂直的外力偶作用时，各横截面绕轴线发生相对转动的现象，称为扭转变形，如图2-25所示。在机械工程中，发生扭转变形的杆件是很常见的，如用于钻孔的钻头、汽车转向轴以及传动系统中的传动轴等均是扭转变形的实例。

图2-25　扭转变形

在机械工程中，常将以扭转变形为主的杆件称为轴。机械工程中的轴，由于多数是圆形截面或环形截面，因此，可将它们统称为圆轴。圆轴扭转变形的受力特点是：在与圆轴轴线垂直的平面内受到大小相等、方向相反、作用面垂直于轴线的力偶的作用。圆轴扭转变形的特点是：圆轴各横截面绕轴线发生相对转动，但圆轴轴线始终保持直线。

2.扭矩

确定圆轴扭转时的内力可采用截面法。如图2-26所示受扭圆轴，假设将圆轴沿欲求内力的截面C截为两段，由于轴处于平衡，则其任一段也处于平衡。任取一段作为研究对象，根据力偶只能与力偶平衡的性质，C截面上的内力系必须合成为一个力偶才能与外力偶MA平衡。横截面上的内力偶矩MT称为扭矩。如果取左段轴[见图2-26（b）]为研究对象，由平衡方程∑Mx=0，得

如果取右段轴为研究对象，求得的同一截面的扭矩大小相等，转向则相反，如图2-26（c）所示。

图2-26　扭矩分析图

为了使取左、右两段轴求得的同一截面的扭矩符号相同，通常采用右手定则确定扭矩的正负号：用右手四指沿扭矩的转向握着轴，大拇指的指向（扭矩的方向）背离截面时，扭矩为正；反之，扭矩为负，如图2-27所示。

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图2-27　确定扭矩方向示意图

3.圆轴扭转的应力

圆轴扭转变形时，各横截面绕轴线相对转动，横截面上只有切应力，切应力的方向垂直于半径，且沿半径线性分布，指向与扭矩的转向一致。圆轴扭转变形时，其横截面圆心处的切应力为零，边缘圆周上各点的切应力最大，同一圆周上各点的切应力相等。图2-28为实心圆轴和空心圆轴截面上切应力的分布规律。

图2-28　实心圆轴和空心圆轴的切应力分布图

圆轴表面的最大切应力τmax为

式中，MT——横截面上的扭矩，单位是N·m；

　　　WP——扭转截面系数，单位是m3或mm3。

4.提高圆轴抗扭能力的措施

（1）合理选用圆轴的截面尺寸。在相同载荷作用下，采用空心轴可以有效地发挥材料的性能，节省材料，减轻自重，提高承载能力。例如，机床的主轴以及汽车、船舶、飞机中的轴类零件大多采用空心轴。

（2）合理改善受力情况，降低最大扭矩。