机械设计CH7-2机械零件的疲劳强度

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1、第7章机械零件的疲劳强度计划学时：2h制作人：向敬忠基本要求及重点、难点7.1变应力7.2疲劳破坏的特征7.3σ-N疲劳曲线7.4疲劳极限应力图（等寿命疲劳曲线）7.5影响机械零件强度的主要因素7.6零件的许用疲劳极限应力简图7.7稳定变应力时安全系数的计算基本要求:1）变应力的类型和特征；2）疲劳曲线及其方程；3）材料和零件的简化极限应力图；4）影响机械零件疲劳极限的因素；5）稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算。重点、难点：1）材料和零件的简化极限应力图的画法2）影响机械零件疲劳极限的因素；3）单向稳定

2、变应力下安全系数的计算。作业:7.1变应力随时间作周期性变化的应力最大应力：最小应力：平均应力：应力幅：循环特性：静应力——对称循环应力——非对称循环应力——脉动循环应力——在静载荷作用下，变应力示例之一在静载荷作用下，变应力示例之二在静载荷作用下，变应力示例之三在一定循环特性r下的变应力，经过N次循环后，材料不发生破坏的应力最大值称为在一定循环特性下的疲劳极限。如对称循环用，脉动循环用。7.2疲劳破坏的特征实践表明，长期处在交变应力下工作的杆件，即使用塑性较好的材料制成，且其最大工作应力远低于材料的强度

3、极限，也常在没有明显塑性变形的情况下发生突然断裂。这种现象称为疲劳破坏。汽锤杆疲劳破坏后的断口裂纹源光滑区粗糙区7.3疲劳曲线在任意给定的循环特性r条件下，表示应力循环次数N与疲劳极限的关系曲线AB段——静应力强度阶段AC段——低周疲劳阶段BC段——这一阶段的疲劳破坏已伴随着塑性变形，但应力循环次数相对很小。CD段——有限寿命疲劳阶段——有效寿命疲劳极限*疲劳极限是指在一定循环特性下，应力循环次数为N时的极限应力，r，N不同极限应力也不一样。CD段的设计——有限疲劳设计*当工作的变应力的最大应力小于D点的

4、应力，可认为无论应力变化多少次，材料都不会破坏。D点以后的阶段——无限疲劳阶段——持久疲劳极限各种工程材料——循环基数——寿命系数m——材料常数对于钢材，在弯曲疲劳或拉压疲劳时在初步计算时，钢制零件受弯曲疲劳中等尺寸零件取大尺寸零件取C点以后的阶段——高周疲劳阶段7.4疲劳极限应力图（等寿命疲劳曲线）材料在相同的循环次数和不同的循环特性下有不同的疲劳极限，可绘制出相应的疲劳极限应力图。对于塑性材料其极限应力图呈抛物线分布。*三个特殊点材料的极限应力简图——折线ABESr接近1时（较小时）可按静强度计算ES

5、为屈服极限曲线，线上各点均为其他的按疲劳强度计算*三个区疲劳和塑性安全区疲劳失效区塑性失效区7.5影响机械零件强度的主要因素1.应力集中的影响零件受载时，几何形状、尺寸的突变应力集中应力集中源：轴上环槽、轴肩圆角、横向孔、键槽、外花键等有效应力集中系数式中：，——考虑零件几何形状的理论应力系数。——考虑材料对应力集中感受程度的敏性系数。注意问题：*强度极限愈高钢的敏性系数值愈大，说明对应力集中愈敏感。铸铁由外引起的应力集中远低于内部组织的应力集中，故取：而*在缺乏数据时*降低应力集中的措施：减缓零件几何尺

6、寸的突变、增大过渡圆角半径、采用卸载结构等。*若在同一截面上同时有几个应力集中源时，应采用最大有效应力集中系数进行计算。2.尺寸的影响尺寸系数*当其他条件相同时，尺寸愈大，对零件疲劳强度的不良影响更加显著。3.表面状态的影响表面状态系数注意问题：*在缺乏数据时*钢的强度极限愈高，表面愈粗糙，表面状态系数愈低。所以在采用高强度钢时，常用提高表面加工质量的方法来提高零件的疲劳强度。铸铁对加工的表面状态极不敏感，一般取：*常用的改善表面状态措施有：淬火、渗碳、渗氮等热处理工艺，以及抛光、喷丸、滚压等表面强化处理

7、工艺。改善后的表面强化系数通常大于1，一般取1。4.综合影响系数*实验表明，应力集中、零件尺寸和表面状态都只对应力幅产生影响，而对平均应力没有明显影响。注意问题：*计算时，零件的工作应力要乘以综合影响系数，或材料极限应力幅要除以综合影响系数。7.6零件的许用疲劳极限应力简图对材料的简化疲劳极限图，考虑疲劳强度的综合影响系数或和寿命系数，对其进行修正，得*是按静应力强度考虑的，不需修正。*AB线的斜率：*线的斜率：*与相同不变。设上的坐标为可得和的直线方程：*对于剪切应力，只需用来代替上述理论中的即可。7.

8、7稳定变应力时安全系数的计算单向稳定变应力——在每次循环中，平均应力、应力幅和循环特性，其中一项保持不变的变应力稳定变应力——在每次循环中，平均应力、应力幅和周期都不随时间变化的变应力解析法计算零件疲劳强度的步骤：①根据材料几次零件危险截面处的情况画出零件的极限应力简图；②求出危险截面工作应力的最大值和最小值；③计算，，并在图中找出对应的工作应力点M(,)或N点；④根据单向稳定类型及M(,)求出折线上对应的极限应力(,)点，则