第7章-机械零件的疲劳强度计算ppt课件.ppt

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1、第7章机械零件的疲劳强度计算7.1变应力的种类和特征7.2疲劳极限与极限应力线图7.3影响机械零件疲劳强度的因素7.4稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算7.5规律性不稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算7.6机械零件的接触疲劳强度7.1变应力的种类和特征7.1.1变载荷变载荷循环变载荷随机变载荷动载荷2载荷循环变化时，称为循环变载荷。每个工作循环内的载荷不变、各循环的载荷又相同时，称为稳定循环载荷。图7.1稳定循环载荷Ft3若每个工作循环内的载荷是变化时，则称为不稳定循环载荷。在一个工作循环中，速度发生变化，载荷也随之不稳定变化。图7.2不稳定循环载荷(a)加速度=常数(b)加速度常数力FF工

2、作循环工作循环速度vtvt4很多机械，如汽车、飞机、农业机械等，由于工作阻力变动、冲击振动等的偶然性，载荷的频率和幅值随时间按随机曲线变化，这种载荷称为随机变载荷。突然作用且作用时间很短的载荷称为动载荷，例如冲击载荷、机械起动和制动时的惯性载荷、振动载荷等。动载荷也可以是循环作用的，例如多次冲击载荷。图7.3随机变载荷Ft5图7.1~图7.3的载荷与时间坐标图称为载荷谱，可以用分析法或实测法得出，在很多情况下，只能实测得出。为了计算方便，常将载荷谱简化为简单的阶梯形状。设计时，如果有载荷谱资料，所设计的机械其可靠性可大大提高。图7.4旋转起重机的载荷谱III—制动ⅠⅢⅡI—起动；II—匀速运动

3、；67.1.2变应力的种类由于载荷随时间的变化，应力也将随时间而变化。按随时间变化的情况，变应力大体可分为以下三种类型：1．稳定循环变应力：2．不稳定循环变应力：3．随机变应力：应力随时间按一定规律周期性变化，且变化幅度保持稳定。应力随时间按一定规律周期性变化，但变化幅度不稳定，其幅度的变化保持一定规律。应力随时间变化没有规律，应力变化不呈周期性，带有很大的偶然性。7图7.5变应力周期时间t(a)稳定循环变应力(c)随机变应力(b)不稳定循环变应力时间t周期t尖峰应力σ8一般的稳定循环变应力的变化情况：7.1.3变应力的特性图7.6稳定循环应力谱其中max为最大应力，min为最小应力，m

4、为平均应力，a为应力幅。otσσmσaσaσmaxσmin(a)非对称循环变应力otσσaσmσmaxσmin(b)对称循环变应力(c)脉动循环变应力otσσmσaσaotσσmax＝σaσmax＝σa周期9它们之间的关系为：或还可引入循环特性r来表示应力变化特点：r=min/max。若规定用绝对值最大者作为max，则r的取值范围为-1r+1。实际上表示变应力的特性时无须用到所有上述五个参数，只需知道其中任意两个，即可求得其他参数。10例如，如图7.6b所示，m=0，max=-min，max与min大小相等，方向相反，这种应力变化规律称为对称循环变应力，其循环特性r=－1

5、。又如，如图7.6c所示min=0，故r=0，称为脉动循环变应力。其他情形的稳定循环变应力称为非对称非脉动的循环变应力（简称非对称循环变应力）。静应力也可看成是变应力的特例，其max=min=m，a=0，r=+1。(b)对称循环变应力otσσmax＝σaσmax＝－σa周期图7.6稳定循环应力谱(c)脉动循环变应力otσσmσaσa11在变应力中，循环特性r及应力幅a对疲劳强度的影响最大，同一零件在相同寿命期限内，a越大，r值越小，越容易产生疲劳失效。127.2疲劳极限与极限应力线图7.2.1-N疲劳曲线与疲劳极限由前可知，机械零件的强度准则为ca≤[]=或:式中，[S]－

6、安全系数，lim－极限应力。只要lim能确定，则强度准则可以建立。若零件在静应力条件下工作，则lim为强度极限B或屈服极限s。变应力下零件的失效是疲劳失效，与静应力时不同，显然其极限应力也不相同，既不是s，也不是B，该极限应力称为疲劳极限。13疲劳极限是指在某循环特性r时的变应力，经过N次循环后，材料不发生破坏的应力极限值（一般指应力最大值max），记为rN。rN可通过材料试验测定，一般是在材料试件上加上r=-1的对称循环变应力或r=0的脉动循环变应力。图7.7材料疲劳曲线（-N疲劳曲线）σmaxNσrN0≈107DσrNNσBAN=1/4103B104C14由图7.7可

7、见，AB段曲线（N103）应力极限值下降很小，所以一般把N103的变应力强度当成静应力强度处理。图中BC段曲线（N=103~104），疲劳极限有明显的下降，经检测断口破坏情况，可见到材料产生塑性变形。这一阶段的疲劳，因整个寿命期内应力循环次数仍然较少，称“低周疲劳”，低周疲劳时的强度可用应变疲劳理论解释。σmaxNσrN0≈107DσrNNσBAN=1/4103B104C15图中点C以右的线段