机械设计机械零件的强度.doc

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1、第三章机械零件的强度§3–1材料的疲劳特性一、交变应力的描述静应力，变应力smax─最大应力；smin─最小应力sm─平均应力；sa─应力幅值r─应力比（循环特性）【注意】1）已知任意两个参数，可确定其他三个参数。一般已知smax，r；2）smax，smin指代数值；sa为绝对值；3）-1£r£+1；sa=0，r=+1，为静应力r=-1对称循环应力r=0脉动循环应力r=1　静应力二、疲劳曲线（s-N曲线）1.材料的疲劳极限：srN在一定应力比为г的循环变应力作用下，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时，所能承

2、受的最大应力smax。2.疲劳寿命：N材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。s－N疲劳曲线г不同或N不同时，疲劳极限srN不同。即srN与r、N有关。疲劳强度计算中，就是以疲劳极限作为slim。即slim=srN。通过试验可得，疲劳极限srN与循环次数N之间关系的曲线，如上图所示。AB段曲线：N<103，计算零件强度时按静强度计算。（srN»ss）BC段曲线：103

3、线趋于水平。即srN不再减小。ND与材料有关，有的相差很大，因此规定一个常数。N0¾循环基数当N>ND时，srN=sr¥=sr（简记）疲劳曲线以N0为界分为两个区：1）有限寿命区把曲线CD段上的疲劳极限sr称为有限疲劳极限（条件～）。当材料受到的工作应力超过sr时，在疲劳破坏之前，只能经受有限次的应力循环。即寿命是有限的。【说明】不同应力比г时的疲劳曲线具有相似的形状。但г↑，srN↑。2）无限寿命区当N>N0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个定值，——称为持久疲劳极限，用表示（简写为sr）。在工程设计

4、中，一般认为：当材料受到的应力不超过sr时，则可以经受无限次的循环应力而不疲劳破坏——即寿命是无限的。-------------------------------------------------------------------设计中经常用到的是s-N曲线的高周疲劳段（CD段）。CD段曲线方程为：（Nc£N£ND）称为疲劳曲线方程显然D（N0，sr），也符合上述方程，即：代入上式得：（3-3）式中:KN——寿命系数m——材料常数【说明】1.计算KN时，如N>N0，则取N=N0此时KN=12.对钢件：受

5、拉、压、弯、扭时：m=6~20；N0=（1~10）´106。初步计算，受弯曲疲劳时，中等尺寸零件取m=9，N0=5´106；大尺寸零件取m=9，N0=107。3．无限寿命设计：零件的寿命N³N0，（强度指标为sr）有限寿命设计：零件的寿命N

6、s-1N即可。4．对于受切应力t的情况，把s换成t即可。5．大多数钢的疲劳曲线形状类似上图所示。但是，高强度合金钢和有色金属的（-N）曲线没有水平部分，不存在无限寿命区，因此，工程上常规定一个循环基数N0，而将此基数N0下的条件疲劳极限作为材料疲劳强度的基本指标。也记为sr。请想想：s-N曲线有什么用途？（¾求任意r下的srN）三、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）sm¾sa极限应力线图以上所讨论的s－N曲线是材料承受单向稳定对称循环变应力的失效规律。当零件材料承受非对称循环变应力时，必须考虑r对疲劳破坏的影响。

7、这时用等寿命疲劳曲线。srN与材料、r、N有关。固定材料与N，求srN～r之间的极限应力曲线。srN=sm+sasa－sm的关系即能表达srN～r之间的关系。疲劳寿命N一定时，表示疲劳极限与应力比г之间关系的线图，称为极限应力线图。下图为疲劳寿命为N0时（无限寿命时的）的sm¾sa极限应力图。它是极限应力图的表示形式之一，在疲劳设计中应用最广。除此之外还有其他表示形式。这里只介绍这种sm¾sa图。（也是由实验得到的）曲线上的不同点，表示了不同应力比г下的疲劳极限sr（亦即smax）。横纵坐标之和sr=srm+

8、sra曲线上的四个特殊点：A¢——对称循环疲劳极限D¢——脉动循环疲劳极限B——抗拉强度极限sBC——材料的屈服极限sS为了便于计算，工程设计中常对上图进行简化。A¢G¢线——疲劳强度线。其上的各点表示了一定r下的疲劳极限。CG¢线称为——屈服强度线。其上的各点表示屈服极限。smax=s¢m+s¢a=sS横轴上的任一点都代表了应力幅等于零的应力¾静应力¨如果材料承受的工作应力点落在折线A¢G¢C以内