机械零件的疲劳强度

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1、第二章机械零件的强度（Strength）一.教学目标2、了解并掌握疲劳破坏的特征、机理及影响因素；二.重点和难点3、掌握材料的疲劳曲线和极限应力图；4、掌握影响机械零件疲劳强度的主要因素；5、掌握单向稳定变应力时安全系数的计算。本章重点：1、材料的疲劳曲线和极限应力图；2、单向稳定变应力时安全系数的计算。本章难点：非稳定变应力时安全系数的计算。1、了解机械零件强度基本概念；第一节机械零件强度的基本概念一、强度准则1．通过判断危险截面的最大许用应力（σ，τ）是否小于或等于许用应力[σ]，[τ]。2．通过判断危险截面上实际的安全系数（Sσ，Sτ）是否大于或等于许用安全系数（[

2、Sσ]，[Sτ]）强度可分为静应力强度和变应力强度。1、静应力强度在静应力（N<103）下工作的零件，其失效形式将是断裂或塑性变形。因此需要计算静强度。2、变应力强度在变应力下工作的零件，其失效形式将是疲劳破坏。因此需要计算其疲劳强度。二、强度的分类三、机械零件的表面强度一些依靠表面接触工作的零件，它们的工作能力取决于接触表面的强度。1、表面挤压强度是指零件表面抵抗表面挤压破坏的能力。2、表面接触强度是指高副接触的表面抵抗接触破坏的能力，如齿轮。3、表面磨损强度在滑动摩擦下工作的零件常因过度磨损而失效，如滑动轴承。①光滑区（疲劳发展区）②粗糙区（脆性断裂区）1、破坏过程①

3、应力较大处产生初始裂纹，形成一个或多个疲劳源。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、破坏面特征3、断裂特征脆性断裂区疲劳区疲劳源疲劳纹2）破坏时的，远低于，甚至低于。第二节疲劳破坏的特征1）断口无明显塑性变形的脆性突然断裂—更具突然性，更危险。4、结论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。5、影响疲劳断裂的主要因素应力σ、应力循环次数N和应力循环特性r第三节材料的疲劳曲线和极限应力图一、σ-N疲劳曲线疲劳曲

4、线是应力循环特性r一定时，材料的疲劳极限与应力循环次数N之间的关系曲线。疲劳极限：在一定循环特性r下，材料经过循环N次后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（N）：材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。s－N疲劳曲线当N<103(104)—低周循环，疲劳极限接近于屈服极限。由于疲劳极限几乎与循环次数无关，所以按静强度计算。当——高周循环，疲劳极限随循环次数增加而降低。s－N疲劳曲线有限寿命区无限寿命区当时，疲劳极限不再随循环次数的增加而降低。循环基数N0：N0值随材料性质的不同而不同，一般硬度越高，N0值越大。通常金属材料的疲劳极限是在107循环次数下试验

5、得到的。注意：有色金属和高强度合金钢无无限寿命区。s－N疲劳曲线有限寿命区无限寿命区硬度≤350HB的钢，硬度>350HB的钢，疲劳曲线方程材料常数m——随材料和应力状态而定。钢m=9——拉应力、弯应力、切应力；m=6——接触应力青铜m=9——弯曲应力；m=8——接触应力——寿命系数循环特性r不同时的疲劳曲线形状相似，但略有不同。一般，r越大，材料的疲劳极限越大，对零件强度越有利。对称循环（应力循环特性=-1）时，对零件最不利。二、材料的疲劳极限应力图（等寿命疲劳曲线图）B——脉动疲劳极限点无限寿命极限应力线A——对称疲劳极限点C——静应力强度极限点极限应力线上的每个点，

6、称为极限应力点，表示了某个应力比下的极限应力。疲劳寿命为N0时的等寿命疲劳曲线图为便于计算，常将塑性材料的极限应力图简化为折线形状。疲劳强度线屈服强度线AD段的方程为：式中：－－平均应力折合为应力幅的等效系数例：已知材料的力学性能为σS=260MPa，σ-1=170MPa，Ψσ=0.2，绘制此材料的极限应力图。解：则第四节影响机械零件疲劳强度的主要因素一、应力集中的影响——有效应力集中系数参见P42附表3-4~附表3-6——为考虑零件几何形状的理论应力集中系数，参见P38附表3-1~3-3.——材料对应力集中的敏感系数，参见P41附图3-1.二、零件尺寸的影响——尺寸系数

7、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。参见P42附图3-2、附图3-3及附表3-7。三、表面质量的影响——表面质量系数表面越粗糙，零件的疲劳强度就越低。参见P44附图3-4.四、表面强化的影响——表面强化系数参见P44附表3-9~附表3-11.试验证明应力集中，零件尺寸和表面状态只对应力幅有影响，而对平均应力无影响（即对静应力无影响）。计算时，零件的工作应力幅应乘以综合影响系数，或用材料的极限应力幅除以综合影响系数。四、综合影响系数或第四节