第3章___机械零件的疲劳强度报告.ppt

* 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（P37） 应力集中大小的影响：影响表面和内部裂纹的扩展速度 受载类型的影响： 载荷大小的影响：疲劳区和脆性断裂区的大小 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 σrN — 疲劳极限（对应于N） σr — 持久极限 N0 — 循环基数 无限 —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 为循环基数，与材料有关 2） 2. 无限寿命区 同一材料不同r的疲劳曲线 疲劳曲线为一水平线，疲劳极限不随N的增加而降低。 疲劳曲线 　　上图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。 3.2.3 疲劳极限应力图 极限应力图按坐标系的不同有三种表示方法 √ 1. 塑性材料 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： Ｏ 疲劳极限图: 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应力幅有影响，而对平均应力影响不大。 3.4 许用疲劳极限应力图 3.4.1 许用疲劳极限应力图 3.4.2 工作应力增长规律 如：轴的弯曲应力 1. 循环特性等于常数 r=1 r=0 r=-1 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. 平均应力等于常数 3. 最小应力等于常数 如：汽缸盖的螺栓联接 3.5.1 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） 3.5 稳定变应力时的安全系数计算 非稳定变应力， 、 周期随时间变化 （随机性） 3.5.2 单向应力状态时的安全系数 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 例：已知某机械零件的材料的屈服极限σs=600MPa， σ-1=300MPa，（kσ）D=1.5，m=9，ψσ=0.2，实际应力循环为106，（取N0=107），当零件截面上的最大应力为200MPa，最小应力为-40MPa，（1）画出零件的疲劳极限应力图；（2）求该零件的安全系数（r=常数） 解： A(0, σ-1)=(0,300) B (σ0/2, σ0/2)=(250,250) A B S A’ B’ C C’ H G 3.4.2 复合应力状态时的安全系数 在对称循环弯扭复合应力下按第三强度理论计算，近似取 1.塑性材料