第3章 机械零件得疲劳强度.pptVIP

* 第3章　机械零件的疲劳强度 机械设计 安全—寿命设计：在规定的工作期限内，不允许出现疲劳裂纹，一旦出现即认为零件失效。 破损—安全设计：允许零件存在裂纹，但须保证在规定的工作期限内能安全可靠地工作。 　　在交变应力作用下即使应力低于极限应力，塑性很好的材料也会发生破坏（疲劳破坏）。疲劳破坏占破坏的80%以上。在交变应力下是以σrN作为极限应力。 零件疲劳强度计算方法有两种： 3.1 疲劳断裂的特征 　　 发生过程： 表面小裂纹 应力集中 裂纹扩展 宏观疲劳纹 局部 断裂 交变应力 反复作用 初始裂纹 疲劳区(光滑) 粗糙区 轴 　　在交变应力作用下零件主要失效形式之一为疲劳断裂。 表3.1 3.2 疲劳曲线和疲劳极限应力图 3.2.1 疲劳极限 3.2.2 疲劳曲线(固定r) 　　在一定的循环特性r下，变应力循环N次后，不发生疲劳破坏的最大应力。 N σ σrN σr N N0 疲劳曲线 有限寿命区 N — 应力循环次数 σrN — 疲劳极限（对应于N） σr — 持久极限 N0 — 循环基数 强度条件：σ≤ [σ] σlim = ？ 变应力时，取 σlim = σr（无限寿命） 或 σlim = σrN（有限寿命） 各种材料的σr可从有关手册中查取 —寿命系数 =1 3） r不同，同一材料疲劳曲线不同 注意点： 与 ， 相似 1） 1. 有限寿命的高周循环区 与应力状态有关的指数 为循环基数，与材料有关 2） 2. 无限寿命区 疲劳曲线为一水平线，疲劳极限不随N的增加而降低。 　　是根据光滑小试件的试验结果绘制的。试验是在不同循环特性(r　=-1～＋１)和相同循环次数（等寿命）的条件下进行。通常取Ｎ０为１０７或１０６。试验结果即为材料的疲劳极限 3.2.3 极限应力图 （表示材料在不同的循环特性下不同的疲劳极限） １）塑性材料 疲劳极限图 简化图：ＡBEGS折线　　 （２）阴影BEG部分不安全，其余偏安全 （１）ES—塑性极限曲线，其上各点 ２）脆性材料（见教材） 注意： 3.3 影响机械零件疲劳强度的主要因素 4、综合影响系数 1、应力集中的影响　　， 2、尺寸的影响　 ， 3、表面状态的影响 ， ， 应力集中、尺寸和表面状态都只对 有影响，而对 影响不大 3.4 许用疲劳极限应力图 3.4.1 稳定变应力和非稳定变应力 稳定变应力， 、 周期不随时间变化（单向，复合） 非稳定变应力， 、 周期随时间变化 （周期性，随机性） 3.4.2 许用疲劳极限应力图 3.4.3 工作应力增长规律 如：轴的弯曲应力 Ｏ 1. 循环特性等于常数 r=1 r=0 r=-1 零件的工作应力C（　　，　）， 　　 +　　=　　　，C点距O愈远, 　　愈大，但　　≤　　零件才不 会破坏。　　 循环特性相同的变应力都在同一射线上 如：车辆减振弹簧 2. 平均应力等于等于常数 如：汽缸盖的螺栓联接 3. 最小应力等于常数 3.5.1 单向应力状态时的安全系数 3.5 稳定变应力时的安全系数计算 1. r = 常数 最大应力安全系数： 平均应力安全系数： 应力幅安全系数： （1） 图解法： 最大应力安全系数： 应力幅安全系数： （a）工作点为C点时 （b）工作点为C1点时 屈服安全系数： （2） 解析法： （a）工作点位于疲劳安全区： 由A＇E＇的直线方程： ——平均应力折合为应力幅的等效系数，表示材料对循环不对称性的敏感程度。 OC的直线方程： 得： 则： （b）工作点位于塑性安全区： 同理（对剪应力）： 说明：（1）上述公式对脆性材料也适用 （2）对于切应力方法相同，公式一致 （3）工作点作用在不同区域计算方法不同， 若区域不能确定两个区域都要计算。 （4）在N未知时作∞，KN=1 2.σm=常数 计算公式见书p49页，公式3.13~3.15 计算公式见书p49页，公式3.16~3.18 3.σmin=常数