第3章机械零件的疲劳强度ppt课件.ppt

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1、第三章机械零件的疲劳强度机械零件的疲劳强度设计方法1、安全——寿命设计2、破损——安全设计在规定的工作期间内，不允许零件出现疲劳裂纹，一旦出现，即认为失效允许零件存在裂纹并缓慢发展，但须安全保证在规定的工作期间内，仍能安全可靠的工作变应力作用下机械零件的失效特征疲劳（破坏、断裂）1、失效形式2、疲劳破坏特征1）断裂过程：①产生初始裂纹（应力较大处）②裂纹尖端在切应力作用下，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：破坏时的应力（疲劳极

2、限）远小于材料的屈服极限疲劳断裂截面疲劳源光滑的疲劳区前沿线粗糙的断裂区3、疲劳破坏的机理损伤的累积4、影响因素不仅与材料性能有关，而且变应力的循环特性，应力循环次数，应力幅都对疲劳极限有很大影响第一节疲劳断裂特征疲劳曲线疲劳极限应力图工程中的简化极限应力图一、疲劳曲线1、概念疲劳极限srN、trN：在循环特性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疲劳曲线：指循环次数N与疲劳极限srN、trN间的关系曲线s-N、t-N有限寿命：指零件的疲劳寿命由循环次数N而定无限寿命：当N≥N0时，疲劳极

3、限不随循环次数的增加而降低，寿命与循环次数无关低周循环疲劳：指循环次数N<103(104)次时的工作循环高周循环疲劳：指循环次数N≥103(104)次时的工作循环有限寿命区无限寿命区低周循环高周循环AB2、疲劳曲线1）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2）无限寿命区——持久极限注意：有色金属和高强度合金钢无无限寿命区。103(104)N0普通坐标3、疲劳曲线方程——寿命系数2）指数m与应力与材料的种类有关。钢m=9——拉、弯应力、剪应力m=6——接触应力青铜m=

4、9——弯曲应力m=8——接触应力说明1）循环基数N0材料性质不同，N0值也不同。硬度≤350HB的钢>350HB的钢有色金属对于≤350HB的钢，若N>107，取N=N0=107则kN=1对于>350HB的钢，若N>25×107，取N=25×107则kN=1对于有色金属，若N>25×107，取N=25×107则kN=1——寿命系数二、疲劳极限应力图（塑性材料）OFAB45°A——对称疲劳极限点B——脉动疲劳极限点F——强度极限点二、疲劳极限应力图（低塑性和脆性材料）OFAB45°三、工程中的简化极限应力图（

5、1）OSFEAB45°45°OSFEAB45°45°AE上各点：如果不会疲劳破坏ES上各点：如果不会屈服破坏材料的简化极限应力线图，可根据材料的三个试验数据σ-1、σ0和σs而作出OSFEAB45°45°疲劳和塑性安全区疲劳失效区塑性失效区折线以内为疲劳和塑性安全区，折线以外为疲劳和塑性失效区，工作应力点离折线越远，安全程度愈高。三、工程中的简化极限应力图（2）OSFAB45°疲劳和塑性安全区疲劳塑性失效区三、工程中的简化极限应力图（3）OSFAB45°疲劳和塑性安全区疲劳塑性失效区45°第二节影响机械零件

6、疲劳强度的主要因素应力集中的影响零件尺寸的影响表面状态的影响其他影响因素：环境介质、加载顺序、加载频率一、应力集中的影响零件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1、影响方式零件受载时，要在构件几何形状的突然变化处，产生应力集中。在应力集中的局部区域内易形成疲劳裂纹，使构件的疲劳极限显著下降影响大小可通过有效应力集中系数体现出来2、影响大小——为考虑零件几何形状的理论应力集中系数——材料对应力集中的敏感系数平板肩部圆角处的理论应力集中系数拉伸情况弯曲情况钢的敏感系

7、数1.00.80.20.60.4060080010001200400敏感系数强度极限二、零件尺寸的影响1、影响方式材料的疲劳极限一般是用直径为7～10mm的小试件测定的零件尺寸大，则作用在零件上的高应力区大，发生疲劳破坏的概率大由于零件尺寸愈大时，材料的晶粒较粗，出现缺陷的概率大，而机械加工后表面冷作硬化层相对较薄，所以对零件疲劳强度的不良影响愈显著例子2、影响大小影响大小可通过尺寸系数体现出来三、表面状态的影响影响大小可通过表面状态系数体现出来钢：bs可查图表，bt铸铁：bs=bt=1综合影响系数应力集中

8、、零件尺寸和表面状态都只对应力幅有影响，即疲劳极限主要受应力幅的影响说明第三节许用疲劳极限应力图稳定变应力和非稳定变应力许用（零件）疲劳极限应力图工作应力增长规律一、稳定变应力和非稳定变应力稳定变应力：在每次循环中，平均应力σm、应力幅σa和周期T都不随时间变化的变应力非稳定变应力：指平均应力σm、应力幅σa和周期T中至少有一种量随时间变化的变应力随机性非稳定变应力：指变化量（σm、σa、T）作随机性变化的非稳定