机械零件的疲劳强度和轴的设计计算.ppt

稳定性循环变应力应力图非稳定性循环变应力应力图规律性随机性周期尖峰应力第5页,共34页，星期六，2024年，5月四.变应力的主要描述参数最大应力：最小应力：应力幅：平均应力：循环特征系数：脉动循环应力：对称循环应力：静应力：非对称循环应力：第6页,共34页，星期六，2024年，5月§2-2疲劳强度的基本理论一.疲劳曲线--规定的应力循环特征r（一般为0或-1）1.疲劳曲线的绘制2.疲劳曲线方程3.疲劳曲线的意义有限寿命区无限寿命区低周循环疲劳高周循环疲劳P22取值范围第7页,共34页，星期六，2024年，5月2.疲劳曲线方程指数m的确定：与零件的材料和应力状态有关。例如：钢材，受弯曲应力时m=9，受表面接触应力时，m=6。青铜，受弯曲应力时m=9，受表面接触应力时，m=8。寿命系数式（2-6）寿命系数的意义：采用寿命系数，通过疲劳曲线方程，可以计算出任意循环次数N下的疲劳极限应力σrN。持久疲劳极限疲劳极限应力循环基数第8页,共34页，星期六，2024年，5月§2-2疲劳强度的基本理论二.疲劳极限应力图及其应用—（-1?r?1)1.绘制疲劳极限应力图的目的及其绘制方法目的：表示非对称循环变应力对疲劳极限的影响。曲线绘制的关键点：A(0,σ-1)、B（σ0/2，σ0/2）、C（σB,0）2.简化的疲劳应力极限图AE段—疲劳失效极限ES段—塑性失效极限第9页,共34页，星期六，2024年，5月3.疲劳极限应力图的应用1）建立了非对称循环变应力与对称循环变应力之间的关系。应力幅的等效系数：式（2-9）2）用于判断曲线上任意点D的失效形式：当D在AE线段上，则为疲劳失效，若在ES线段上，则为塑性变形。注：1.对切应力的情况，可以同样处理。2.对于低塑性或脆性材料的疲劳极限应力可以用同样方法处理。详见书p24-253）校核不同应力增长规律下的危险截面安全系数。第10页,共34页，星期六，2024年，5月§2-3影响疲劳强度的主要因素一.应力集中的影响1.应力集中产生的主要原因：零件截面形状发生的突然变化2.名义应力σ和实际最大应力σmax3.理论应力集中系数与有效应力系数理论应力集中系数：有效应力集中系数：式（2-13）材料的敏感系数第11页,共34页，星期六，2024年，5月§2-3影响疲劳强度的主要因素二.尺寸效应1.零件尺寸越大，疲劳强度越低2.尺寸系数εα、ετ三.表面状态的影响1.零件的表面粗糙度和表面处理的影响2.表面状态系数β四.综合影响系数式（2-14）注：以上影响因素是通过影响应力幅来影响零件的疲劳强度的第12页,共34页，星期六，2024年，5月§2-4稳定变应力机械零件的疲劳强度计算一.许用应力法1.零件受对称循环变应力2.零件受非对称循环变应力式（2-15）式（2-16）实质：限制应力幅的大小。第13页,共34页，星期六，2024年，5月§2-4稳定变应力机械零件的疲劳强度计算二.安全系数法定义：最大应力（幅）极限值工作时的最大应力（幅）值应用特点：1.在零件的基本结构尺寸已知的情况下，进行的校核计算。2.同时需要校核最大应力和最大应力幅安全系数。许用安全系数表（2-3）最大应力（幅）的极限值的取值与工作应力增长规律有关。第14页,共34页，星期六，2024年，5月三.单向稳定变应力的安全系数法（1）1.循环特征系数r=常数1）.疲劳安全区：2）.塑性安全区：式（2-21）式（2-22）注：1.按照最大应力、平均应力或应力幅分别计算的安全系数均相等。2.对于低塑性或脆性材料，（2-21）式也适用，但无需计算屈服强度。3.受切应力零件的安全系数计算可类似进行。第15页,共34页，星期六，2024年，5月2.平均应力σm=常数1）.疲劳安全区：式（2-23）2）.塑性安全区：同式（2-22）三.单向稳定变应力的安全系数法（2）第16页,共34页，星期六，2024年，5月3.最小应力σmin=常数1）.疲劳安全区：式（2-25）2）.塑性安全区：同式（2-22）安全系数法进行校核时应注意的几个问题：1.无法判断应力增长规律时，一般采用r=常数的规律计算。2.要同时校核最大应力和最大应力幅两种安全系数，均要满足要求。3.注意判断工作点在疲劳极限应力图中的位置，选择正确的公式计算安全系数。4.对称循环应力前考虑了寿命系数，如果变应力的循环系数大于N0时