第三章 机械零件的疲劳强度

《第三章 机械零件的疲劳强度》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、第三章机械零件的疲劳强度第三章机械零件的疲劳强度1.安全—寿命设计这种设计的准则是：零件在规定的工作期间内不准出现裂纹，一旦出现裂纹，则认为失效了。据此准则，零件的计算，一个是按σ—N曲线（这是表示循环次数N与疲劳极限σγN之间的关系的曲线即疲劳曲线）所作的有限寿命和无限寿命的疲劳计算（3.2节）；其次是按应变疲劳曲线（εp-N曲线），即塑性变形量εp与循环次数N之间的关系曲线，所作的低周循环疲劳计算。2.破损—安全设计所谓低周循环疲劳是指零件在变应力达到屈服极限和循环次数低于103（104）时

2、发生的疲劳破坏。在低周循环下σ—N疲劳曲线已不适用。第三章机械零件的疲劳强度§1金属疲劳和疲劳断裂特征一、金属疲劳金属在变应力作用下，经过若干次循环后，当其达到材料疲劳极限时，便出现疲劳裂纹，在此之后变应力的继续作用使裂纹不断扩展，裂纹扩展到一定程度则会出现断裂。二、疲劳断裂过程第一个阶段是零件表面上应力较大处的材料发生剪切滑移，产生初始裂纹，形成疲劳源（即初始裂纹）。疲劳源可能有一个或数个。疲劳源一般长是0.05-0.08mm,超过此长度则进入第二个阶段。§1金属疲劳和疲劳断裂特征当裂纹发展到

3、剩余剖面静应力强度不足时就发生脆性断裂这就是疲劳断裂的过程。第二个阶段是裂纹尖端在切应力下发生反复塑性形变，使裂纹以疲劳源为中心向外扩展。三、疲劳断裂剖面的特征发生疲劳断裂后其剖面有2个区§1金属疲劳和疲劳断裂特征表面光滑的疲劳发展区粗糙的脆性断裂区由于是突然折断，所以粗糙。粗糙剖面大小与所受载荷有关，其他条件相同时，载荷越大，粗糙剖面越大。§1金属疲劳和疲劳断裂特征§2疲劳曲线和疲劳极限应力图一、疲劳曲线1、疲劳极限——当循环特性γ一定时，应力循环N次后材料不发生疲劳破坏时的最大应力。今后用σ

4、γN表示之。2、疲劳曲线——表示循环次数N和疲劳极限之间的关系的曲线称之，或称σ—N曲线。较典型的疲劳曲线：较典型的疲劳曲线：§2疲劳曲线和疲劳极限应力图σγN：弯＞拉、压＞扭、剪这点从P41的表3.2中可看出。P41表3.23、疲劳曲线类型：疲劳曲线有两种：(1)一种有水平部分§2疲劳曲线和疲劳极限应力图当应力循环，循环次数N超过某一值N0以后，曲线就趋向水平。亦即当N≥N0时，随着N↑，σγN不再下降，所以，N≥N0后的这段（图3.2）称无限寿命区。按这种方法设计叫无限寿命设计。但此时σγN

5、低，零件尺寸大。N0称循环基数，N0时的疲劳极限σγN用σγ表示，由于N≥N0时即无限寿命时，包括B点，极限应力为常数，因此N0时的极限应力σγ就是无限寿命时的σγ§2疲劳曲线和疲劳极限应力图当γ=-1时，该极限应力就是书上、手册上给的σ-1当γ=0时，该极限应力就是书上、手册上给的σ0这段叫无限寿命区，相当N＞10³（104）次时称高周循环疲劳，当10³（104）＜N＜N0时，疲劳极限随循环次数的增加而降低应的这段叫有限寿命区，也包括B点，当N＜10³（104）时，σγN较高，接近于材料的σs

6、（屈服极限），且此时，材料破坏与应力循环几乎无关，称为低周循环疲劳。§2疲劳曲线和疲劳极限应力图(2)没有水平部分有色金属和高强度合金钢的疲劳曲线没有无限寿命区。lgσγNlgN§2疲劳曲线和疲劳极限应力图下面着重研究，当10³（104）＜N＜N0时的区域103(104)N0下面着重研究，当10³（104）＜N＜N0时的区域AB曲线方程：(a)指数m—由材料和应力状态决定，C—试验常数(b)§2疲劳曲线和疲劳极限应力图当可使N小于No时，则较高，此时由方程（b）得：（3.2）循环基数N0的确定：

7、§2疲劳曲线和疲劳极限应力图(b)这个公式就是在已知m、N0和时，N次循环时的疲劳极限计算公式。即有限寿命时疲劳极限应力的计算公式。今后，对于循环次数为N次的接触疲劳极限用表示。表面接触疲劳曲线的形状和方程式基本上与图3.2相似。——叫寿命系数§2疲劳曲线和疲劳极限应力图若材料硬度＞350HB时，一般取N0=25×107当N＞25×107时，因有水平段，所以同样取N=25×107，kN=1由于有色金属无水平段，所以作试验时取：N0=25×107，N＞25×107时取N=N0kN=1循环基数N0的

8、确定：N0一般根据材料硬度来查：一般钢：≤350HB时，N0=106~107，此时取N0=107当N＞107时，因为不再随N的↑而↓，所以取N=N0，kN=1m——指数把两边取对数得公式（3.3），(3.3)m的平均值：对于钢，拉应力、弯曲应力和切应力时m=9，接触应力时m=6；对于青铜，弯曲应力时m=9，接触应力时m=8。§2疲劳曲线和疲劳极限应力图（3.2）（3.2）(3.1)§2疲劳曲线和疲劳极限应力图二、极限应力图1.极限应力图的绘制对低塑性和脆性材料，其极限应力图呈直线形状。（见左图）