机械零件的疲劳强度设计课件.ppt

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1、第二章机械零件的疲劳强度设计第一节概述一、载荷的分类1）循环变载荷a)稳定循环变载荷b)不稳定循环变载荷2）随机变载荷静载荷变载荷1.变化名义载荷计算载荷2.作用1随机变应力静应力规律性不稳定变应力二、应力的分类1.应力种类变应力随机变应力循环变应力稳定循环变应力规律性不稳定变应力对称循环脉动循环非对称循环22、稳定循环变应力的基本参数和种类1)基本参数应力循环特性最大应力最小应力平均应力应力幅2)稳定循环变应力种类-1<γ<+1——非对称γ=+1——静应力γ=–1——对称γ=0——脉动3三、疲劳破坏1.疲劳破坏特征：1

2、）断裂过程：①产生初始裂纹（应力较大处）②裂纹反复扩展，直至产生疲劳裂纹。2）断裂面：①光滑区（疲劳发展区）②粗糙区（脆性断裂区）3）无明显塑性变形的脆性突然断裂4）破坏时应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限2.疲劳破坏的机理：损伤的累积3.影响因素：材料性能，变应力的循环特性，应力循环次数，应力幅都对疲劳极限有很大影响。4第二节疲劳曲线和极限应力图疲劳极限：循环变应力下应力循环N次后材料不发生疲劳破坏时的最大应力称为材料的疲劳极限。疲劳寿命：材料疲劳失效前所经历的应力循环次数N一、疲劳曲线应力循环特性一定时，材料的疲劳

3、极限与应力循环次数之间关系的曲线。5持久极限1）无限寿命区循环基数持久极限对称循环：脉动循环：62）有限寿命区当N<103(104)—低周循环，疲劳极限接近于屈服极限，按静强度计算。0103（104）N0lgNlgσ低周高周AB当N>103(104)—高周循环疲劳随循环次数↑疲劳极限↓3）疲劳曲线方程7疲劳极限几点说明：2）硬度≤350HBS钢，No=106~107；〉350HBS钢，No=10x107~25x107；有色金属(无水平部分)No=25x107。3）m—指数与应力与材料的种类有关。钢—拉压、弯曲应力、扭剪应

4、力m=9；接触应力m=6。青铜——弯曲应力m=9；接触应力m=8。1）KN—寿命系数，N>No时，取N=No。8二、疲劳寿命一定时，同一种材料在不同的应力循环特性下的疲劳极限图σ-1σ0/2σ0/2σsσb0GCσmσaAEB(σrm,σra)450r:-1~+1A:对称循环极限应力点B:脉动循环极限应力点C:静强度极限应力点9高塑钢AD—疲劳强度线；GD—屈服强度线。不允许塑性变形σ-1σ0/2σ0/2σsσb0GCσmσaAEB(σrm,σra)450D10高塑钢——AD线方程：低塑钢或铸铁——AC线方程：11第三节

5、影响零件疲劳强度的主要因素一、应力集中的影响零件受载时，在几何形状突变处（圆角、凹槽、孔、螺纹、过盈配合等）要产生应力集中。对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感。疲劳缺口系数12二、零件尺寸的影响尺寸系数零件尺寸逾大时，材料的晶粒较粗；冷、热加工中出现缺陷的概率大；机械加工后表面冷作硬化层相对较薄，对零件疲劳强度的不良影响愈显著。13三、表面状态的影响表面状态系数表面质量——指表面粗糙度、表面强化及工作环境。强化处理—淬火、渗氮、渗碳、热处理、抛光、喷丸、滚压等冷作工艺。14

6、四、综合影响系数综合影响系数表示了材料极限应力幅与零件极限应力幅的比值。零件的疲劳极限15第四节受稳定循环应力时零件的疲劳强度一、受单向应力时零件的安全系数ABDD1GB1A1P1σaσmσsσ0/20σ0/2KσDσ-1/KσDσ-1零件的只受单向拉压、弯曲、扭转等零件极限应力图A1B1D1G疲劳强度线A1D1屈服强度线GD1直线A1D1的方程：16D1GA1N1σaσmσsσm0σaσ-1/KσD规律下疲劳强度分析图NKMM1H确定零件危险截面上的工作应力点N。在极限应力线上确定极限应力点N1。应力增长规律：（1）难

7、以确定零件工作应力增长规律时。极限应力点为N1。OA1D1为疲劳强度区OD1G为屈服强度区大多数转轴中的应力状态17D1GA1N1σaσmσsσm0σaσ-1/KσDNKMM1Ha)工作应力点位于OA1D1内按疲劳强度计算零件的疲劳极限为强度条件为18b)工作应力点位于OD1G内极限应力为屈服极限按静强度计算D1GA1N1σaσmσsσm0σaσ-1/KσDNKMM1H不易判断工作应力点落在哪个区，则按两式同时核算两种安全系数。19（2）振动中的受载弹簧的应力状态D1GA1N1σaσmσsσm0σ-1/KσDNM1σmF

8、EPMOA1D1E为疲劳强度区ED1G为屈服强度区a)工作应力点位于OA1D1E内强度条件：按两式同时验算20（3）紧螺栓联接中的螺栓应力状态D1GA1N1σaσmσsσmin0σ-1/KσDNM1σminFEPM按两式同时验算21注意：1）若零件所受应力变化规律不能肯定，一般采用γ=C的情况计算。2）上述计算均为按