第三章 机械零件的疲劳强度计算ppt课件.ppt

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1、机械设计机电信息学院晁静机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算3.1变应力的基本类型及特征参数3.2材料的疲劳特性3.3机械零件的疲劳强度计算3.4机械零件的接触强度3.5机械零件疲劳强度计算的相关系数第三章机械零件的疲劳强度计算机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算屈服强度屈服强度指材料在出现屈服现象时所能承受的最大应力。屈服现象：当应力达到一定值时，应力虽不增加(或者在小范围内波动)，而变形却急剧增长的现象，称为屈服现象。机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算§2-1概述疲劳破坏机械零件在循环应力作用下，即使循环应力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

2、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形式。机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算3.1变应力的基本类型及特征参数3.1.1变应力的基本类型规律性变幅循环应力随机循环应力循环应力分为：稳定循环应力非稳定循环应力对称循环应力脉动循环应力非对称循环应力机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算1)对称循环变应力　　最大应力σmax和最小应力σmin的绝对值相等而符号相反即σmax＝-σmin例如，转动的轴上作用一方向不变的径向

3、力，则轴上各点的弯曲应力都属于对称循环变应力1.稳定循环变应力机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算2)脉动循环变应力脉动循环变应力中σmin＝0例如，齿轮轮齿单侧工作时的齿根弯曲应力就属于脉动循环变应力。机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算3)非对称循环变应力　　最大应力σmax和最小应力σmin的绝对值不相等这种应力在一次循环中，σmax和σmin可以具有相同的符号(正或负)或不同的符号。机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算2.非稳定循环变应力1)规律性非稳定变应力规律性非稳定变应力按一定规律周期性变化，且变化幅度也按一定规律周期性变化，如图3-2(a)所示。例如

4、专用机床的主轴、高炉上料机构的零件等所受变应力属于此类。机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算2)随机性非稳定变应力随机性非稳定变应力的变化不呈周期性，而带有偶然性。例如作用在汽车行驶部分零件上的应力。对于这种应力，应根据大量的实验得出载荷及应力的统计分布规律，然后用统计疲劳强度的方法来处理。机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算按正弦曲线变化的等幅循环应力是最简单的变应力(见图3-1)，它具有变应力最基本的特征。3.1.2变应力的特征参数规定：1、a总为正值；2、a的符号要与m的符号保持一致。其中：max—变应力最大值；min—变应力最小值；m—平均应力；a

5、—应力幅；r—循环特性，-1r+1机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算特殊的变应力特殊点：0tm静应力max=min=ma=0r=+1由以上公式可以看出，一种变应力的状况，一般地可由max、min、m、a及r五个参数中的任意两个来确定。机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算当零件(例如弹簧)受变切应力作用时，以上概念仍然适用，只需将公式中的σ改成τ即可。机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算例已知：max=200N/mm2，r=－0.5，求：min、a、m。解：a0tmaxmmin20050-100机械设计第三章机械零件的疲劳强度计

6、算3.2材料的疲劳特性3.2.1材料的疲劳曲线表示N次循环和疲劳极限间的关系曲线，称为疲劳曲线。下图为典型的疲劳曲线（课本图3-3）实验所得机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算曲线中的AB段，材料试件发生破坏的最大应力值基本不变，或者说下降得很小，因此把在应力循环次数N≤103时的变应力强度看做是静应力强度的状况.机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算曲线的BC段，随着循环次数的增加，使材料疲劳破坏的最大应力不断下降。C点相应的循环次数大约为104。把这一阶段的疲劳现象称为应变疲劳。由于应力循环次数相对很少，所以也叫低周疲劳。机械设计第

7、三章机械零件的疲劳强度计算当N≥104时，称为高周循环疲劳。曲线CD代表有限疲劳阶段。D点对应的疲劳极限ND称为循环基数，用N0表示。曲线CD段上任何一点所代表的疲劳极限，称为有限寿命疲劳极限。机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算当N≥N0时，疲劳曲线为水平线，对应于N0点的极限应力σr称为持久疲劳极限，对称循环时用σ-1表示，脉动循环时用σ0表示。　　“无限”寿命，是指零件承受的变应力水平低于或等于材料的持久疲劳极限σr，循环次数N≥N0，并非永远不破坏。机械设计第三章机械零件的疲劳强度计算有限寿命区无限寿命区低周循环高周循环循环基数