第三章 机械零件的疲劳强度 ppt课件.ppt

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1、§3.0绪论§3.1疲劳裂纹特征§3.2疲劳曲线和疲劳极限应力图§3.3影响机械零件疲劳强度的主要因素§3.4许用疲劳极限应力图§3.5稳定变应力时的安全系数计算第三章机械零件的疲劳强度两种计算方法：A安全—寿命设计在规定的工作时间内，不允许零件出现疲劳裂纹，一旦出现即为失效。可按σ——N曲线进行有限寿命和疲劳寿命疲劳计算，这也是本章介绍的计算方法。B破坏—安全设计允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但须保证在规定的工作周期内，仍能安全可靠地工作。可按疲劳裂纹寿命计算。3.1疲劳裂纹特征在变应力工作下的零件，疲劳断裂是最主

2、要的失效形式之一。零件的疲劳断裂占零件断裂的80%。疲劳断裂截面→表面光滑的疲劳发展区+粗糙的脆性断裂区。见书中图3.1和表3.1。lgNLgσrNN0有限寿命区103(104)无限寿命区低周循环高周循环ABσr3.2疲劳曲线和疲劳极限应力图3.2.1疲劳曲线（σ—N或τ—N曲线）图3.2疲劳曲线疲劳极限——在循环特性r下的变应力，经过N次循环后，材料不发生破坏的应力的最大值。表示方法为：疲劳曲线——表示循环次数N～σrN或τrN之间的变化关系的曲线。N0——循环基数有限寿命区（N

3、(104)疲劳极限接近屈服极限,几乎与N无关。高周循环疲劳区——103(104)≤N，疲劳极限随循环次数的增加而降低。无限寿命区（N≥N0）疲劳极限与N无关，呈直线变化。所谓“无限”寿命是指零件承受的变应力水平低于或等于材料的疲劳极限σr，工作应力总循环次数可大于循环基数N0,并不是说永远不会产生破坏。不同应力变化时的循环疲劳极限表示为：有限寿命区：σrN，τrN无限寿命区：σr,τr；σ0、τ0，σ-1、τ-1103（104）≤N≤N0范围的变化曲线方程为——疲劳方程即说明：１、式中，ｍ—为随材料和应力状态而变化的幂指

4、数，钢受弯曲、拉伸、剪切应力时ｍ＝９，钢线接触时ｍ＝６，青铜弯曲应力时ｍ＝９，接触应力时ｍ＝８。ｋ为寿命系数，图3.3疲劳曲线的指数mLgσrNN0σrσrNNlgNm1LgσrN104107lgN0r3=0.5r2=0r1=-12.循环基数Ｎ０据材料性质不同Ｎ０取值也不同。通常金属的Ｎ０取为107，随着材料的硬度↑，Ｎ０↑。具体划分见书P38。有色金属及高强度合金钢的疲劳曲线没有无限寿命区。３.不同循环特性ｒ时的疲劳曲线如图所示，ｒ↑→σrN↑、（τrＮ↑）图3.4不同r时的疲劳曲线３.２.２　疲劳极限应力图疲劳极限应力

5、图表明材料在相同循环次数Ｎ和不同循环特性ｒ下的不同疲劳极限。用以以应力大小来判断零件工作的安全区域和失效区域。由实验得出。S(σs,0)F(σB,0)安全区A(0,σ-1)E塑性失效区0疲劳失效区图3.8塑性材料简化疲劳极限应力图图中各状态点说明：Ａ点——对称循环疲劳极限点（０，σ-1）B点——脉动循环疲劳极限点F点——静强度极限点（σB，0）S点——屈服极限点（σS，0）以上的抛物线图为实验所得的塑性材料疲劳极限应力图，折线为塑性材料简化的疲劳极限应力图，由图可知：零件的工作状态点应处于安全区（折线ABES以内），且距离

6、ABES折线越远，工作应更安全。3.3影响机械零件疲劳强度的主要因素3、3、1应力集中的影响，影响系数为kσkτ——考虑零件几何形状的理论应力集中系数q——考虑材料应力集中感受程度的敏感系数3、3、2尺寸的影响，影响系数为εσ，ετ3、3、3表面状态的影响，影响系数为βσβτ综合影响系数计算时：1、零件的工作应力幅×综合影响系数（对平均应力影响很小）。2、零件的极限应力幅÷综合影响系数3.4    许用疲劳极限应力图3.4.1  稳定变应力和非稳定变应力稳定变应力——每次循环中，σm，σa和周期T都不随时间t而变化的变应力

7、。非稳定变变应力——每次循环中只要σm，σa和T其中之一随时间t而变化的应力它分为两种：（1）周期性非稳定变应力——由于载荷或工作转速的变化作周期性规律变化的变应力（2）随机性非稳定变应力——由于载荷或工作转速的变化作非周期性规律变化的应力3.4.2许用疲劳极限应力图在简化疲劳极限应力线图的基础上考虑综合影响系数（kσ）D（kτ）D和寿命系数kN影响后而得到的。说明：综合影响系数（kσ）D（kτ）D只对极限应力幅σa有影响，而寿命系数KN同时对极限应力幅和平均应力有影响。许用疲劳极限应力图简化疲劳极限曲线许用疲劳极限曲线屈

8、服极限曲线S(бS,0)135º图中：A点,A'点——分别为对称循环变应力下疲劳极限点和许用疲劳极限点B点和B'点——分别为脉动循环变应力下疲劳极限点和许用疲劳极限点E点和E'点——分别为简化疲劳极限曲线与屈服极限曲线的交点以及许用疲劳极限曲线与屈服极限曲线的交点S点——屈服极限点3.4.3工作应力增长