机械设计3机械零件的强度.ppt

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1、第3章机械零件的强度§3-1材料的疲劳特性§3-2机械零件的疲劳强度计算§3-3机械零件的抗断裂强度§3-4机械零件的接触强度青岛科技大学专用潘存云教授研制一、应力的种类otσσ=常数脉动循环变应力r=0静应力:σ=常数变应力:σ随时间变化平均应力:应力幅:循环变应力变应力的循环特性:对称循环变应力r=-1----脉动循环变应力----对称循环变应力-1=0+1----静应力σmaxσmTσmaxσminσaσaσmotσσmaxσminσaσaotσotσσaσaσminr=+1静应力是变应力的特例§3-1材料的疲劳特性青岛科技大学专用潘

2、存云教授研制变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。▲疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低，甚至比屈服极限低;▲疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂;▲疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。不管脆性材料或塑性材料，▲零件表层产生微小裂纹；疲劳断裂过程：▲随着循环次数增加，微裂纹逐渐扩展；▲当剩余材料不足以承受载荷时，突然脆性断裂。疲劳断裂是与应力循环次数(即使用寿命)有关的断裂。疲劳断裂具有以下特征：▲断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙。表面光滑表面粗糙青岛科技大学专用潘存云教授研制σmaxN二、s－N疲劳曲线用参数

3、σmax表征材料的疲劳极限，通过实验，可得出如图所示的疲劳曲线。称为：s－N疲劳曲线104C在原点处，对应的应力循环次数为N=1/4，意味着在加载到最大值时材料被拉断。显然该值为强度极限σB。B103σtσBAN=1/4在AB段，应力循环次数<103σmax变化很小，可以近似看作为静应力强度。BC段，N=103~104，随着N↑→σmax↓,疲劳现象明显。因N较小，特称为：低周疲劳。青岛科技大学专用潘存云教授研制由于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)，用N0及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和σr∞。σ

4、maxNσrN0≈107CDσrNNσBAN=1/4D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区其方程为：实践证明，机械零件的疲劳大多发生在CD段。可用下式描述：于是有：104CB103青岛科技大学专用潘存云教授研制CD区间内循环次数N与疲劳极限srN的关系为：式中，sr、N0及m的值由材料试验确定。试验结果表明在CD区间内，试件经过相应次数的边应力作用之后，总会发生疲劳破坏。而D点以后，如果作用的变应力最大应力小于D点的应力（σmax<σr），则无论循环多少次，材料都不会破坏。CD区间-----有限疲劳寿命阶段D点之后----无限疲劳寿

5、命阶段高周疲劳σmaxNσrN0≈107CσBAN=1/4104CB103DσrNN青岛科技大学专用潘存云教授研制σaσm应力幅平均应力σaσmσSσ-1σaσmσSσ-1材料的疲劳极限曲线也可用在特定的应力循环次数N下，极限应力幅之间的关系曲线来表示，特称为等寿命曲线。简化曲线之一简化曲线之二三、等寿命疲劳曲线实际应用时常有两种简化方法。σSσ-145˚青岛科技大学专用潘存云教授研制σaσmσS45˚σ-1O简化等寿命曲线（极限应力线图）：已知A’(0，σ-1)D’(σ0/2，σ0/2)两点坐标，求得A‘Ｇ’直线的方程为：AＧ’直线上任意

6、点代表了一定循环特性时的疲劳极限。对称循环：σm=0A’脉动循环：σm=σa=σ0/2说明CＧ‘直线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。σ0/2σ0/245˚D’σ’mσ’aCＧ’直线上任意点N’的坐标为（σ’m，σ’a）由∆中两条直角边相等可求得CＧ’直线的方程为：σ’aG’CN’青岛科技大学专用潘存云教授研制σaσmσS45˚σ-1G’Cσ0/2σ0/245˚D’CG’A’O而正好落在A’G’C折线上时，表示应力状况达到疲劳破坏的极限值。对于碳钢，yσ≈0.1~0.2，对于合金钢，yσ≈0.2~0.3。公式中的参数yσ为试件受循环弯曲

7、应力时的材料常数，其值由试验及下式决定：当应力点落在OA’G’C以外时，一定会发生疲劳破坏。当循环应力参数（σm，σa）落在OA’G’C以内时，表示不会发生疲劳破坏。青岛科技大学专用潘存云教授研制材料σSσ-1D’A’G’Cσaσmo§3-2机械零件的疲劳强度计算一、零件的极限应力线图由于材料试件是一种特殊的结构，而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试件有区别，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。定义弯曲疲劳极限的综合影响系数Ｋσ：在不对称循环时，Ｋσ是试件与零件极限应力幅的比值。σ-1Ｋσσ0/2Ｋσσ0/

8、2Ｋσ零件的对称循环弯曲疲劳极限为：σ-1e设材料的对称循环弯曲疲劳极限为：σ-145˚DAG45˚σ-1e零件青岛科技大学专用潘存云教授研制σaσmoσSσ-1D’A’G’Cσ