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1、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(shù)和種類,1)基本參數(shù),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(chǎn)生初始裂紋（應力較大處）裂紋反復擴展，直至產(chǎn)生疲勞裂紋

2、。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(shù)，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(jīng)歷的應力循環(huán)次數(shù)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(shù)之間關(guān)系的曲線。,6,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)：,7,2）有限壽命區(qū)當N<10

3、3(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(shù)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(shù)與應力與材料的種類有關(guān)。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(shù)，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

4、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(chǎn)生應力集中。對應力集中的敏感程度與零件的材料有關(guān)，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(shù),13,二、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。,14,三、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

5、、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(shù),綜合影響系數(shù)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(shù),只受單向拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)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(shù)轉(zhuǎn)軸中的應力狀態(tài),

6、18,a)工作應力點位于OA1D1內(nèi),按疲勞強度計算,,零件的疲勞極限為,強度條件為,19,b)工作應力點位于OD1G內(nèi),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(shù)。,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(nèi),,強度條件：,按兩式同時驗算,21,（3）,緊螺栓聯(lián)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(shù)103(104)