机械设计第四版第3章.pptxVIP

第 3 章 ;本章思路：;两种疲劳强度计算： 安全—寿命设计： 准则：在规定的工作期限内，不允许零件出现疲劳裂纹，一旦出现，即认为失效。 按σ—N曲线进行有限寿命和无限寿命计算，或按εp—N曲线进行低周循环疲劳计算。 破损—安全设计： 准则：允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但须保证在规定的工作周期内仍能安全地工作。 按 曲线进行疲劳裂纹寿命计算。;§1 疲劳断裂特征;§2-1 概 述;脆性断裂区;§2 疲劳曲线和疲劳极限应力图 ;典型的疲劳曲线如右图所示：;疲劳曲线2;有限寿命区： 低周循环疲劳：当N103（104）次时，疲劳极限接近屈服极限，疲劳极限几乎与循环次数的变化无关。此阶段一般按静应力强度计算，重要情况下，按低周期循环疲劳设计。 高周循环疲劳：当N≥103（104）时的循环叫~。其中103（104）≤NN0时，疲劳极限随循环次数的增加而降低。;无限寿命区： N≥N0时，疲劳曲线为水平线，σrN、τrN与N的变化无关。 基本循环次数（循环基数）N0时的疲劳极限：记为循环特性为r时为σr、τr： 对称循环时，r=-1，则为σ-1、τ-1； 脉动循环时，r=0，则为σ0、τ0。 疲劳曲线图的画法： 知道N0点疲劳极限σr（B点）和N=103次的疲劳极限（取为0.9σs（A点）），则可作出AB段； 有色金属和高强度合金钢的疲劳曲线没有无限寿命区； ;计算： 1）N103（104）：按静应力强度进行计算。 2）在103（104）≤NN0 有限寿命区内： 疲劳曲线方程： ;表面接触疲劳曲线形状和方程同上面，N 次时的疲劳极限为σHN； 3）说明： 循环基数N0： 材质不同，N0 不同； 钢HB ，N0 ： ;对钢：拉、弯和切应力时，m=9；接触应力时m=6； 对青铜：弯曲应力时m=9；接触应力时m=8； -1/m为AB曲线的斜率。;不同循环特性r时的疲劳曲线：具有相似形状。;二.疲劳极限应力图： 材料在相同循环次数和不同循环特性下有不同得疲劳极限，用σm—σa图表示； 塑性材料的疲劳极限应力图近似抛物线分布；低塑性和脆性材料的疲劳极限应力图呈直线形状。——循环 N0次时的疲劳极限应力图。 A(0，σ-1)对称循环点；B(σ0/2，σ0/2)脉动循环点；F(σB，0)为静强度极限点；; 极限应力线上的每个点，都表示了某个应力比下的极限应力 。 ;三.塑性材料简化疲劳极限应力图：;注：1）疲劳曲线的用途：在于根据 确定某个循环次数 N 下 的条件疲劳极限 。 ;§3 影响机械零件疲劳强度的主要因素;2）平板肩部圆角处理论应力集中系数ασ：B/b ，α ，圆角r/b ，α ；;6）同一截面上同时有几个应力集中源时，应采用其中最大有效应力集中系数进行计算。 二.尺寸影响： 1）零件尺寸对疲劳强度的影响用尺寸系数εσ和ετ表示； 2）尺寸越大，ε ， σrN ，对零件疲劳强度的不良影响更显著； 3）一般取。;钢的强度极限 ，表面越粗糙，则β ； 用高强度合金钢制造的零件，为增加疲劳强度，表面应有较高的质量。 5）采用淬火、渗碳、渗氮等热处理工艺，抛光、喷丸、滚压等冷作工艺可提高疲劳强度，改善后的表面状况系数可能大于1，计算时仍取1。;冷拉加工会降低疲劳强度； 腐蚀也会降低疲劳强度。 四.综合影响系数： 实验证明：应力集中、零件尺寸和表面状态都只对应力幅有影响，对平均应力没有明显影响； 综合影响系数：;因此，(Kσ)D ，零件的疲劳极限σre 。;§4 许用疲劳极限应力图 ;二.零件许用疲劳极限应力图：;由于零件几何形状变化、尺寸大小、表面加工质量及强化因素等影响，使（零件的疲劳极限）σreσr（材料试件的疲劳极限）；;即将AE线向下平移。 而SE线是按静应力考虑的，故该线不须修正。 由于ABE线是循环次数为N0时的疲劳极限线，因此，要得到循环次数为N次时的疲劳极限，则应再考虑寿命系数KN影响时，即σrN=KNσr。又因为σr=σmax=σm+σa，故应将已修正过的AE线上各点的坐标乘以KN修正。同样SE线不须修正，这样即得到零件许用疲劳极限应力图。 零件的工作应力点C(σm，σa)必须落在A’E’SO线内。;三.工作应力增长规律：;简单加载：;§5 稳定变应力时安全系数的计算;C(σm，σa)为工作点，连OC延长交A’E’于C’ (σm’，σa’);; 计算零件的疲劳强度时，应首先求出零件危险剖面上的工作应力 和 。据此，在极限应力图中标出工作应力点C（ ， ）。 在零件的极限应力线 上确定出相应的极限应力点C’，根据该极 限应力点表示的极