機械零件的疲勞強度設(shè)計課件

第二章機械零件的疲勞強度設(shè)計

第一節(jié)概述

一、載荷的分類

1）循環(huán)變載荷a)穩(wěn)定循環(huán)變載荷b)不穩(wěn)定循環(huán)變載荷2）隨機變載荷靜載荷變載荷1.變化名義載荷2.作用1隨機變應(yīng)力靜應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力二、應(yīng)力的分類1.應(yīng)力種類變應(yīng)力隨機變應(yīng)力循環(huán)變應(yīng)力

穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力對稱循環(huán)脈動循環(huán)非對稱循環(huán)22、穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的基本參數(shù)和種類1)基本參數(shù)應(yīng)力循環(huán)特性最大應(yīng)力最小應(yīng)力平均應(yīng)力應(yīng)力幅2)穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力種類-1<

γ<+1——非對稱γ=+1——靜應(yīng)力γ=–1——對稱γ=0——脈動3第二節(jié)疲勞曲線和極限應(yīng)力圖疲勞極限：循環(huán)變應(yīng)力下應(yīng)力循環(huán)N次后材料不發(fā)生疲勞破壞時的最大應(yīng)力稱為材料的疲勞極限。疲勞壽命：材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N一、疲勞曲線

應(yīng)力循環(huán)特性一定時，材料的疲勞極限與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系的曲線。5持久極限1）無限壽命區(qū)循環(huán)基數(shù)

持久極限對稱循環(huán)：脈動循環(huán)：62）有限壽命區(qū)

當(dāng)N<103(104)—低周循環(huán)，疲勞極限接近于屈服極限，按靜強度計算。0103（104）N0lgNlgσ低周高周AB當(dāng)N>103(104)—高周循環(huán)疲勞隨循環(huán)次數(shù)↑疲勞極限↓3）疲勞曲線方程7二、疲勞壽命一定時，同一種材料在不同的應(yīng)力循環(huán)特性下的疲勞極限圖σ-1σ0/2σ0/2σsσb0GCσmσaAEB(σrm,σra)450r:-1~+1A:對稱循環(huán)極限應(yīng)力點B:脈動循環(huán)極限應(yīng)力點C:靜強度極限應(yīng)力點9高塑鋼A’G’—疲勞強度線；G’C—屈服強度線。不允許塑性變形σ-1σ0/2σ0/2σsσb0GCσmσaAEB(σrm,σra)450D10高塑鋼——A’G線方程：低塑鋼或鑄鐵——AC線方程：11二、零件尺寸的影響尺寸系數(shù)零件尺寸逾大時，材料的晶粒較粗；冷、熱加工中出現(xiàn)缺陷的概率大；機械加工后表面冷作硬化層相對較薄，對零件疲勞強度的不良影響愈顯著。13三、表面狀態(tài)的影響表面狀態(tài)系數(shù)表面質(zhì)量——指表面粗糙度、表面強化及工作環(huán)境。強化處理—淬火、滲氮、滲碳、熱處理、拋光、噴丸、滾壓等冷作工藝。14四、綜合影響系數(shù)

綜合影響系數(shù)表示了材料極限應(yīng)力幅與零件極限應(yīng)力幅的比值。零件的疲勞極限15D1GA1N1σaσmσsσm0σaσ-1/KσD規(guī)律下疲勞強度分析圖NKMM1H確定零件危險截面上的工作應(yīng)力點N。在極限應(yīng)力線上確定極限應(yīng)力點N1。應(yīng)力增長規(guī)律：（1）難以確定零件工作應(yīng)力增長規(guī)律時。極限應(yīng)力點為N1。OA1D1為疲勞強度區(qū)OD1G為屈服強度區(qū)大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài)

17D1GA1N1σaσmσsσm0σaσ-1/KσDNKMM1Ha)工作應(yīng)力點位于OA1D1內(nèi)按疲勞強度計算零件的疲勞極限為強度條件為

18b)工作應(yīng)力點位于OD1G內(nèi)極限應(yīng)力為屈服極限按靜強度計算D1GA1N1σaσmσsσm0σaσ-1/KσDNKMM1H不易判斷工作應(yīng)力點落在哪個區(qū)，則按兩式同時核算兩種安全系數(shù)。19（3）緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應(yīng)力狀態(tài)D1GA1N1σaσmσsσmin0σ-1/KσDNM1σminFEPM按兩式同時驗算21注意：1）若零件所受應(yīng)力變化規(guī)律不能肯定，一般采用γ=C的情況計算。2）上述計算均為按無限壽命進行零件設(shè)計，若按有限壽命要求設(shè)計零件時，即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)103(104)<N<No時，這時上述公式中的極限應(yīng)力應(yīng)為有限壽命的疲勞極限，即應(yīng)以σ-1N代σ-1，以σoN代σo

3）當(dāng)未知工作應(yīng)力點所在區(qū)域時，應(yīng)同時考慮可能出現(xiàn)的兩種情況4）對切應(yīng)力上述公式同樣適用，只需將σ改為τ即可。22