机械设计第三章机械零件的强度.ppt

§3.1材料的疲劳特性四、变应力的描述应力比(循环特性)：r=-1对称循环应力r=0脉动循环应力r=1静应力平均应力：应力幅值：-1，对称循环应力=0，脉冲循环应力1，静应力描述规律性的变应力有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。第5页,共23页，星期六，2024年，5月疲劳曲线一、s－N疲劳曲线s－N疲劳曲线§3.1.2材料的疲劳曲线§3.1材料的疲劳特性应力循环特性r一定的条件下，记录出在不同最大应力σmax下引起试件疲劳破坏所经历的应力循环次数N，即可得到σ-N疲劳曲线。静应力强度（AB段）：N≤103，σmax几乎不随N变化，可近似看作是静应力强度。低周疲劳（BC段）：N↑→σmax↓。C点对应的循环次数约为104。有限寿命疲劳阶段（CD段）：实践证明大多数机械零件的疲劳发生在CD段，可用下式描述：无限寿命阶段（D点以后的水平线）：D点代表材料的无限寿命疲劳极限，用符号σr∞表示，只要σmaxσr∞，无论N为多大,材料都不会破坏。可用下式描述：σrN—有限寿命疲劳极限；C—试验常数；m—材料常数。第6页,共23页，星期六，2024年，5月s－N疲劳曲线§3.1材料的疲劳特性由于ND很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)σr、N0及m的值由材料试验确定。材料的寿命系数循环基数N0—————ND对应的疲劳极限σr——σr∞第7页,共23页，星期六，2024年，5月§3.1材料的疲劳特性二、等寿命疲劳曲线（极限应力曲线）不同的应力比时，疲劳极限的应力幅与平均应力之间的关系曲线。在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。第8页,共23页，星期六，2024年，5月极限应力线图§3.1材料的疲劳特性已知A点坐标：（0，σ-1）D点坐标：（σ0/2，σ0/2）AＧ直线的方程：ψσ——试件受循环弯曲应力时的材料常数。碳钢：ψσ≈0.1~0.2；合金钢：ψσ≈0.2~0.3。已知C点坐标：（σS，0）CG直线的斜率：k=tan135°=-1CＧ直线的方程：AＧ直线上任意点代表了一定循环特性时的疲劳极限。CＧ直线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。第9页,共23页，星期六，2024年，5月§3.1材料的疲劳特性正好落在A’G’C折线上时，表示应力刚好达到疲劳破坏的极限值。当应力点落在OAGC以外时，一定会发生疲劳破坏。当循环应力参数（σm，σa）落在OAGC以内时，表示不会发生疲劳破坏。疲劳破坏的判据：第10页,共23页，星期六，2024年，5月§3.2机械零件的疲劳强度计算一、影响零件疲劳强度的主要因素应力集中零件尺寸表面状态kσ----应力集中系数；εσ----尺寸系数；βσ----表面质量系数；βq----表面强化系数。综合影响系数:由于实际零件的几何形状、尺寸大小、加工质量及强化因素等与材料标准试件有区别，使得零件的疲劳极限要小于材料标准试件的疲劳极限。由于零件形状突然变化而引起的局部应力增大现象。应力集中的存在会降低零件的疲劳极限。其他条件相同的情况下，零件的绝对尺寸越大，其疲劳强度越低。零件的表面状态包括表面粗糙度和表面处理。零件表面的强化处理、提高零件表面的光滑程度，可以提高零件的疲劳强度。第11页,共23页，星期六，2024年，5月机械零件的疲劳强度计算1二、零件的极限应力线图Ｋσ还可表示材料对称循环疲劳极限σ-1与零件对称循环疲劳极限σ-1e的比值，即将材料标准试件的极限应力线图中的直线ADG按比例向下移，成为右图所示的直线A’D’G’，而极限应力曲线的CG部分，由于是按照静应力的要求来考虑的，故不须进行修正。这样就得到了零件的极限应力线图。§3.2机械零件的疲劳强度计算直线A’Ｇ’的方程：直线CＧ’的方程：σ’ae---零件所受极限应力幅；σ’me---零件所受极限平均应力；ψσe---零件受弯曲的材料特性。第12页,共23页，星期六，2024年，5月三、单向稳定变应力时的疲劳强度计算§3.2机械零件的疲劳强度计算机械零件疲劳强度计算的步骤：根据零件危险截面上的σmax及σmin，确定平均应力σm与应力幅σa；计算安全系数及疲劳强度条件为：在极限应力线图中标出相应工作应力点M或N（σm,σa）；M’或N’的位置与循环应力的变化规律有关。应力比为常数：r=C可能发生的应力变化规律：平均应