非稳定变应力下零件的疲劳强度计算ppt课件.ppt

《非稳定变应力下零件的疲劳强度计算ppt课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第3章机械零件的疲劳强度强度准则是设计机械零件的最基本准则。强度问题分为静应力强度和变应力强度。绝大多数通用零件都是在变应力下工作的，各式各样的疲劳破坏是通用零件的主要失效形式。本章讨论零件在变应力下的疲劳强度问题。基本要求重点、难点主要内容１.理解疲劳曲线及极限应力曲线的意义及用途，能绘制零件的极限应力简化线图;２.理解疲劳极限应力图的来源及意义；３.掌握影响机械零件疲劳强度的主要因素,会查用附录中的有关线图及数表；4.会用公式计算稳定变应力时的安全系数。基本要求重点：机械零件疲劳强度计算疲劳曲

2、线、极限应力线图、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算难点：非稳定变应力时的安全系数的计算3.2疲劳曲线和极限应力图3.3影响机械零件疲劳强度的主要因素3.4许用疲劳极限应力图3.5稳定变应力时安全系数的计算3.6规律性非稳定变应力时机械零件的疲劳强度3.1疲劳断裂特征允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但须保证在规定的工作周期内，仍能安全可靠的工作。计算准则：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。2．破损－安全设计：1．安全－寿命设计：疲劳断裂。3.1疲劳断裂特征变应力下，

3、零件的强度失效形式：疲劳断裂过程：疲劳断裂截面：疲劳断裂有何特征？1）断口处无明显塑性变形；2）断裂时，最大应力远低于材料的强度极限，甚至比材料的屈服极限还低；1)疲劳源的产生；2）微裂纹的扩展直至断裂。3）疲劳断裂是疲劳损伤的积累，初期零件表层形成微裂纹，随N的增大裂纹扩展，扩展到断截面不足承受外载，发生断裂。故变应力下，零件的极限应力既不能取材料的强度极限也不能取屈服极限，应为疲劳极限。影响疲劳断裂的主要因素：应力σ和应力循环次数N。(疲劳曲线σ—N曲线）3.2疲劳曲线和疲劳极限应力图3.2.

4、1疲劳曲线1．概念2)疲劳极限循环特性为r的变应力，经过N次循环，材料不发生破坏的应力最大值。1)疲劳曲线表示循环次数N与疲劳极限间关系的关系曲线。3)循环基数N02．典型的疲劳曲线低周循环疲劳区：N<103(104)高周循环疲劳区：N>=103(104)（1）有限寿命区疲劳极限随N的增加而降低。疲劳曲线方程：（3.1）循环N次的疲劳极限为：（3.2)（2）无限寿命区(N>=N0)3．关于疲劳曲线方程的几点说明：与材料和硬度有关。钢的硬度越大，N0越大。（1）循环基数N0硬度>350HB,如钢：硬

5、度<=350HB,由疲劳曲线方程求得：（2）指数m疲劳极限应力图用来表示材料在相同N和不同的r下的疲劳极限。坐标：σm－σa（4）多数钢的疲劳曲线类似图3.2，当需作疲劳曲线，可仿图3.2作出.3.2.2疲劳极限应力图1塑性材料的极限应力图如图3.4图3.6(3)不同r时的疲劳曲线形状相似，r愈大σrN也愈大。简化疲劳极限应力图：2脆性材料、低塑性材料的极限应力图如图3.73.3影响机械零件疲劳强度的主要因素3.3.1应力集中的影响用有效应力集中系数Kσ、Kτ来考虑应力集中对疲劳强度的影响。对应力

6、集中的敏感与零件的材料和硬度有关：钢的强度极限愈高，敏感系数q值愈大，对应力集中愈敏感，见图3.10。铸铁q＝0，Kσ=Kτ若在同一截面上同时有几个应力集中源，采用其中最大有效应力集中系数进行计算。零件尺寸的大小对疲劳强度的影响可以用尺寸系数εσ和ετ来表示。3.3.2尺寸的影响尺寸愈大，对零件疲劳强度的不良影响愈显著。3.3.3表面状态的影响零件加工表面质量对疲劳强度的影响可以用表面状态系数βσ和βτ来表示。图3.13钢的强度愈高，表面愈粗糙，表面状态系数愈低，疲劳强度愈低。所以用高强度钢时表面

7、应有较高的加工质量。3.3.4综合影响系数试验证明：应力集中、零件尺寸和表面状态都只对应力幅有影响，对平均应力没有明显影响。为此，将此三个系数合并为一综合影响系数。（3.7）计算时，零件的工作应力幅要乘以综合影响系数或材料的极限应力幅要除以综合影响系数。3.4.1许用疲劳极限应力图工作点C(σm,σa)必须落在安全区内。3.4许用疲劳极限应力图1）如转轴的弯曲应力；许用疲劳极限应力图图3.17常见的工作应力增长规律：图3.183.4.2工作应力增长规律常将第一种称为简单加载；后两种称为复杂加载。极

8、限应力点C`的确定,见图3.18。如车辆减震弹簧，由于车的质量先在弹簧上产生预加平均应力，车辆运行中的振动又在弹簧产生对称循环应力；2）3）如气缸盖的螺栓联接1）应力法；2）安全系数法3.5.1单向应力状态时的安全系数（r＝常数）以塑性材料为例。疲劳强度计算方法：3.5稳定变应力时安全系数的计算1．图解法，当工作应力点C落在疲劳安全区：因r＝常数，由三角形相似，故当工作应力点C1落在塑性安全区：上述图解法也适用于求切应力时的安全系数。若C落在疲劳安全区，由A`B`两点坐标，求得A`