機械零件的疲勞強度設計.ppt

1,第二章機械零件的疲勞強度設計,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,2,隨機變應力,靜應力,規(guī)律性不穩(wěn)定變應力,二、應力的分類,1.應力種類,變應力,隨機變應力,循環(huán)變應力,穩(wěn)定循環(huán)變應力,規(guī)律性不穩(wěn)定變應力,對稱循環(huán),脈動循環(huán),非對稱循環(huán),3,2、穩(wěn)定循環(huán)變應力的基本參數和種類,1)基本參數,應力循環(huán)特性,最大應力,最小應力,平均應力,應力幅,2)穩(wěn)定循環(huán)變應力種類,-1<<+1非對稱=+1靜應力,=1對稱=0脈動,4,三、疲勞破壞,1.疲勞破壞特征：1）斷裂過程：產生初始裂紋（應力較大處）裂紋反復擴展，直至產生疲勞裂紋。2）斷裂面：光滑區(qū)（疲勞發(fā)展區(qū)）粗糙區(qū)（脆性斷裂區(qū)）3）無明顯塑性變形的脆性突然斷裂4）破壞時應力（疲勞極限）遠小于材料的屈服極限,2.疲勞破壞的機理：損傷的累積3.影響因素：材料性能，變應力的循環(huán)特性，應力循環(huán)次數，應力幅都對疲勞極限有很大影響。,5,第二節(jié)疲勞曲線和極限應力圖,疲勞極限：循環(huán)變應力下應力循環(huán)N次后材料不發(fā)生疲勞破壞時的最大應力稱為材料的疲勞極限。,疲勞壽命：材料疲勞失效前所經歷的應力循環(huán)次數N,一、疲勞曲線應力循環(huán)特性一定時，材料的疲勞極限與應力循環(huán)次數之間關系的曲線。,6,持久極限,1）無限壽命區(qū),循環(huán)基數,持久極限,對稱循環(huán)：,脈動循環(huán)：,7,2）有限壽命區(qū)當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。,當N103(104)高周循環(huán)疲勞,隨循環(huán)次數疲勞極限,3）疲勞曲線方程,8,疲勞極限,幾點說明：,2）硬度350HBS鋼，No=106107；350HBS鋼，No=10 x10725x107；有色金屬(無水平部分)No=25x107。,3）m指數與應力與材料的種類有關。鋼拉壓、彎曲應力、扭剪應力m=9；接觸應力m=6。青銅彎曲應力m=9；接觸應力m=8。,1）KN壽命系數，NNo時，取N=No。,9,二、疲勞壽命一定時，同一種材料在不同的應力循環(huán)特性下的疲勞極限圖,r:-1+1,A:對稱循環(huán)極限應力點,B:脈動循環(huán)極限應力點,C:靜強度極限應力點,10,高塑鋼,AD疲勞強度線；GD屈服強度線。,不允許塑性變形,11,高塑鋼AD線方程：,低塑鋼或鑄鐵AC線方程：,12,第三節(jié)影響零件疲勞強度的主要因素,一、應力集中的影響,零件受載時，在幾何形狀突變處（圓角、凹槽、孔、螺紋、過盈配合等）要產生應力集中。對應力集中的敏感程度與零件的材料有關，一般材料強度越高，硬度越高，對應力集中越敏感。,疲勞缺口系數,13,二、零件尺寸的影響,尺寸系數,零件尺寸逾大時，材料的晶粒較粗；冷、熱加工中出現缺陷的概率大；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。,14,三、表面狀態(tài)的影響,表面狀態(tài)系數,表面質量指表面粗糙度、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。,15,四、綜合影響系數,綜合影響系數表示了材料極限應力幅與零件極限應力幅的比值。,零件的疲勞極限,16,第四節(jié)受穩(wěn)定循環(huán)應力時零件的疲勞強度,一、受單向應力時零件的安全系數,只受單向拉壓、彎曲、扭轉等,零件極限應力圖A1B1D1G,疲勞強度線A1D1屈服強度線GD1,直線A1D1的方程：,17,確定零件危險截面上的工作應力點N。在極限應力線上確定極限應力點N1。,應力增長規(guī)律：,（1）,難以確定零件工作應力增長規(guī)律時。,極限應力點為N1。,OA1D1為疲勞強度區(qū)OD1G為屈服強度區(qū),大多數轉軸中的應力狀態(tài),18,a)工作應力點位于OA1D1內,按疲勞強度計算,零件的疲勞極限為,強度條件為,19,b)工作應力點位于OD1G內,極限應力為屈服極限按靜強度計算,不易判斷工作應力點落在哪個區(qū)，則按兩式同時核算兩種安全系數。,20,（2）,振動中的受載彈簧的應力狀態(tài),OA1D1E為疲勞強度區(qū)ED1G為屈服強度區(qū),a)工作應力點位于OA1D1E內,強度條件：,按兩式同時驗算,21,（3）,緊螺栓聯接中的螺栓應力狀態(tài),按兩式同時驗算,22,注意：,1）若零件所受應力變化規(guī)律不能肯定，一般采用=C的情況計算。,2）上述計算均為按無限壽命進行零件設計，若按有限壽命要求設計零件時，即應力循環(huán)次數103(104)<N<No時，這時上述公式中的極限應力應為有限壽命的疲勞極限，即應以-1N代-1，以oN代o,3）當未知工作應力點所在區(qū)域時，應同時考慮可能出現的兩種情況.,4）對切應力上述公式同樣適用，只需將改為即可。,23,二、受復合應力時的安全系數,1、對稱循環(huán)穩(wěn)定變應力下（彎扭復合）塑性材料的安全系數計算,2、低塑性和脆性材料的安全系數計算,三、許用安全系數,1、疲勞強度許用安全系數,2、靜強度許用安全系數,