第6节 机械零部件的可靠性设计.ppt

通常用应力循环不对称系数r来表征应力循环特征。相应地，不同循环特征应力对应的疲劳极限记为 。 不同r值下的S-N曲线 无限疲劳寿命 从另一角度来说，对某一寿命N，可能对应的应力或应变值有一个范围。这样一来，从可靠性的意义上来讲，材料的疲劳曲线不再是一条曲线，而是一个曲线分布带。该分布带中的不同曲线对应不同的可靠度，故称之为R-S-N曲线。工程上一般按3倍标准差原则绘制三条曲线：均值曲线、+3s曲线和-3s曲线。如图所示。 R-S-N曲线 在特定的R-S-N曲线中，应力循环不对称系数r是固定的，或者说，不同的r值对应着不同的R-S-N曲线 对材料的某一疲劳寿命N，以平均应力（ ）和应力幅 为坐标，也可以作出一条曲线，这就是所谓的 曲线，也称等寿命疲劳极限图。 2.材料的分布化等寿命疲劳极限图（ 图） 请大家关注几个特殊点：A、B、C 与讨论R-S-N曲线类似，在疲劳强度的可靠性设计中，材料的等寿命疲劳极限图也不再是一条曲线，而是一个曲线分布带，一般仍按三倍标准差原则绘制，记为 曲线。 静强度 对称循环疲劳极限 二、零件的疲劳曲线 前面讲的疲劳曲线是根据材料标准试样的实验数据绘制的，没有考虑具体零件的尺寸、形状、表面加工等因素的影响。而这些因素对零件的疲劳强度影响是很大的，因此必须考虑。 1）应力集中 由于工作的需要，许多实际零部件的外形常有沟槽（如螺纹、卡环槽、键槽等）、孔（如油孔、销钉孔等）以及轴肩。在外力的作用下，这些截面突然变化的局部区域会出现应力局部增大的现象，这种现象称为应力集中。应力集中对零部件疲劳强度的影响可用应力集中系数来表示。 1.影响零件疲劳强度的因素 有效应力集中系数 式中 ——光滑试样的疲劳极限 ——存在应力集中条件下零件的疲劳极限 应力集中系数也可按应力定义： 应力集中系数取决于应力集中的原因，影响因素多种多样，因此，对不同结构型式的零件，无法给出统一的应力集中系数。 影响应力集中系数的因素如圆角半径、孔径等由于加工精度原因，属于随机变量，因此，严格地讲，对某一结构型式和尺寸的零件，其应力集中系数也是一个随机变量。 普通零部件设计需考虑应力集中时，可通过查阅文献资料得到应力集中系数；重要零部件的应力集中系数需通过试验得出 航空工业部科学技术委员会编.应力集中系数手册.北京:高等教育出版社,1990.6 航空工业部科学技术委员会编.应力集中系数手册.北京:高等教育出版社,1990.6 全书5章276页，介绍了各种零部件、不同尺寸、不同应力集中原因条件下的应力集中系数 尺寸大小对零部件疲劳强度的影响可用尺寸系数来表示。 尺寸系数： 式中 ——尺寸为d的零件的疲劳极限； ——标准试样的疲劳极限； 的分布参数 可查表。 2）零件尺寸 钢的尺寸系数 (一） 钢种 尺寸线（mm） 尺寸系数 子样数（n） 碳 钢 30-150 1.04 0.92 0.86 0.85 0.83 0.80 0.79 0.76 8 0.8563 0.08895 150-250 0.87 0.86 0.83 0.81 0.78 0.77 0.76 0.74 8 0.8025 0.047734 250-350 0.83 0.83 0.83 0.81 0.78 0.77 0.77 0.76 0.74 9 0.7911 0.03444 350 0.83 0.77 0.77 0.75 0.75 0.73 0.73 0.72 0.72 0.71 0.69 0.69 0.68 0.68 14 0.73 0.04188 钢种 尺寸线（mm） 尺寸系数 子样数（n） 合 金 钢 30-150 0.89 0.87 0.85 0.82 0.81 0.77 0.75 0.72 0.71 0.68 11 0.79 0.0690 150-250 0.88 0.88 0.82 0.80 0.80 0.76 0.76 0.75 0.72 0.72 0.68 0.63 12 0.7667 0.07487 250-350 0.78 0.69 0.69 0.62 0.61 5 0.678 0.06834 350- 0.78 0.77 0.75 0.75 0.75 0.74 0.72 0.72 0.71 0.71 0.70 0.67 0.64 0.63 0.63 0.61