机械零件的疲劳强度设计

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1、第二章机械零件的疲劳强度设计§2-1概述§2-2疲劳曲线和极限应力图§2-3影响零件疲劳强度的主要因素§2-4受恒幅循环应力时零件的疲劳强度§2-5受变幅循环应力时零件的疲劳强度§2-1概述§2-1概述一、疲劳破坏机械零件在循环应力作用下。即使循环应力的，而应力的每次循环也仍然会对零件造成轻微的损伤。随应力循环次数的增加，当损伤累积到一定程度时，在零件的表面或内部将出现（萌生）裂纹。之后，裂纹又逐渐扩展直到发生完全断裂。这种缓慢形成的破坏称为“疲劳破坏”。“疲劳破坏”。－－是循环应力作用下零件的主要失效

2、形式。疲劳破坏的特点a)疲劳断裂时：受到的低于，甚至低于。b)断口通常没有显著的塑性变形。不论是脆性材料，还是塑性材料，均表现为脆性断裂。—更具突然性，更危险。概述2概述C）疲劳破坏是一个损伤累积的过程，需要时间。寿命可计算。d)疲劳断口分为两个区：疲劳区和脆性断裂区。二、循环应力的类型脆性断裂区疲劳区疲劳源疲劳纹循环应力可用smax、smin、sm、sa、这五个参数中的任意两个参数表示。概述3概述规律性变幅循环应力随机循环应力循环应力分为：恒幅循环应力变幅循环应力对称循环应力脉动循环应力非对称循环应力

3、规律性变幅循环应力：随机循环应力§2-2疲劳曲线和极限应力图§2-2疲劳曲线和极限应力图两个概念：2）疲劳寿命N：材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。一、疲劳曲线（-N曲线）是在应力比一定时，表示疲劳极限与循环次数N之间关系的曲线。不同或N不同时，疲劳极限则不同。在疲劳强度计算中，取＝。1）材料的疲劳极限：在应力比为的循环应力作用下，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时所能承受的最大应力。（变应力的大小可按其最大应力进行比较）疲劳曲线疲劳曲线和极限应力图典型的疲劳曲线如右图所示：可以看出：随N的增大而减

4、小。但是当N超过某一循环次数N0时，曲线趋于水平。即不再随N的增大而减小。N0-----循环基数。以N0为界，曲线分为两个区：1）无限寿命区：当N≥N0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个定值，用表示。它是表征材料疲劳强度的重要指标，是疲劳设计的基本依据。s－N疲劳曲线有限寿命区无限寿命区疲劳曲线2疲劳曲线和极限应力图可以认为：当材料受到的应力不超过时，则可以经受无限次的应力循环而不疲劳破坏。－－寿命是无限的。与曲线的两个区相对应，疲劳设计分为：2）有限寿命区：非水平段（N＜N0）的疲劳极限称为条件

5、疲劳极限，用表示。当材料受到的工作应力超过时，在疲劳破坏之前，只能经受有限次的应力循环。－－寿命是有限的。1）无限寿命设计：N≥N0时的设计。取＝。2）有限寿命设计：N＜N0时的设计。取＝。设计中常用的是疲劳曲线上的AB段，其方程为：（常数）－－－－称为疲劳曲线方程疲劳曲线3疲劳曲线和极限应力图显然，B点的坐标满足AB的方程，即，代入上式得：则注：1）计算时，如N≥，则取N＝。式中：——寿命系数；m—寿命指数，其值见教材P17。—寿命指数，其值与零件材质有关，见教材P17。2）工程中常用的是对称循环应力

6、（=-1）下的疲劳极限，计算时，只须把和换成和即可。极限应力图疲劳曲线和极限应力图3）对于受切应力的情况，则只需将各式中的换成即可。4）当N＜（～）时，因N较小，可按静强度计算。二、极限应力图是在疲劳寿命N一定时，表示疲劳极限与应力比之间关系的线图。疲劳寿命为（无限寿命）时的极限应力图如右图所示。无限寿命极限应力线极限应力图2极限应力线上的点称为极限应力点。三个特殊点A、B、C分别为对称循环、脉动循环、以及静应力下的极限应力点。极限应力线上的每个点，都表示了某个应力比下的极限应力。对于高塑性钢，常将其极

7、限应力线简化为折线ABDG。疲劳强度线AD段的方程为：式中：－－等效系数，其值见教材P18。疲劳曲线和极限应力图屈服强度线极限应力图3疲劳曲线和极限应力图对于低塑性钢或铸铁，其极限应力线可简化为直线AC。注：1）疲劳曲线的用途：在于根据确定某个循环次数N下的条件疲劳极限。2）极限应力图的用途：在于根据确定非对称循环应力下的疲劳极限以计算安全系数。3）对于切应力，只需将各式中的换成即可。§2-3影响疲劳强度的因素§2-3影响零件疲劳强度的主要因素前边提到的各疲劳极限，实际上是材料的力学性能指标，是用试件通

8、过试验测出的。而实际中的各机械零件与标准试件，在形体，表面质量以及绝对尺寸等方面往往是有差异的。因此实际机械零件的疲劳强度与用试件测出的必然有所不同。影响零件疲劳强度的主要因素有以下三个：一、应力集中的影响机械零件上的应力集中会加快疲劳裂纹的形成和扩展。从而导致零件的疲劳强度下降。用疲劳缺口系数、（也称应力集中系数）计入应力集中的影响。（、的值见教材或有关手册）影响疲劳强度的主要因素2影响零件疲劳强度的主要因素注：当同一剖面上同时有几个应力