s sa s lime max m a 1 k D a m [s ] 18 b)工作应力点位于 OD1G 内 极限应力为屈服极限 按静强度计算 σ-1/KσD σa σa A1 K H s lime max s m a [s ] 0 σm N1 ( ' m , ' a ) D1 N M1 M G σm σs 不易判断工作应力点落在哪个区,则按两式同时核算 两种安全系数。 OD1G 为屈服强度区 17 a) 工作应力点位于 OA1D1内 按疲劳强度计算 m /a ' m / ' a 1 KσD ' a ' m 零件的疲劳极限为 σ-1/KσD σa σa A1 K H 0 σm N1 ( ' m , ' a ) D1 N M1 M G σm σs lime a m 1( m a ) k D a m 强度条件为 No =10x107 ~25x107;有色金属(无水平部分) No=25x107 。 3)m—指数与应力与材料的种类有关。 钢—拉压、弯曲应力、扭剪应力 m=9;接触应力 m=6。 青铜——弯曲应力 m=9 ;接触应力m=8。 8 二、疲劳寿命一定时,同一种材料在不同的应力 循环特性下的疲劳极限图 m a 疲劳缺口系数 k k 1 1K 1 1K 12 二、零件尺寸的影响 零件尺寸逾大时,材料的晶粒较粗; 冷、热加工中出现缺陷的概率大; 机械加工后表面冷作硬化层相对较薄,对零件疲 劳强度的不良影响愈显著。 尺寸系数 1 1 1 1 13 三、表面状态的影响 表面质量——指表面粗糙度、表面强化及工作环境。 2.疲劳破坏的机理:损伤的累积 3.影响因素:材料性能,变应力的循环特性,应力循 环次数,应力幅都对疲劳极限有很大影响。 4 第二节 疲劳曲线和极限应力图 疲劳极限: 循环变应力下应力循环N次后材料不发生疲劳破坏 时的最大应力称为材料的疲劳极限。 N ( N ) 疲劳寿命: 材料疲劳失效前所经历的应力循环次数 N 第二章 机械零件的疲劳强度设计 第一节 概 述 一、载荷的分类 1. 变化 2. 作用 静载荷 变载荷 名义载荷 计算载荷 1)循环变载荷 a) 稳定循环变载荷 b) 不稳定循环变载荷 2)随机变载荷 1 二、应力的分类 1. 应力种类 静应力 循环变应力 变应力 随机变应力 对称循环 稳定循环变应力 脉动循环 非对称循环 规律性不稳定变应力 -1< γ<+1——非对称 γ = 0 —— 脉动 γ =+1 —— 静应力 3 三、疲劳破坏 1.疲劳破坏特征: ▪ 1)断裂过程:①产生初始裂纹 (应力较大处)②裂 纹反复扩展,直至产生疲劳裂纹。 ▪ 2)断裂面:①光滑区(疲劳发展区)②粗糙区(脆 性断裂区) ▪ 3)无明显塑性变形的脆性突然断裂 4)破坏时应力(疲劳极限)远小于材料的屈服极限 在极限应力线上确 定极限应力点N1。 σa A1 K H N1 ( ' m , ' a ) D1 N M1 σ-1/KσD σa 应力增长规律: M G (1)m /a C 0 σm 大多数转轴中的应力状态 σm σs 难以确定零件工作 m /a C 规律下疲劳强度分析图 应力增长规律时。 OA1D1为疲劳强度区 极限应力点为N1。 10 高塑钢——A’G线方程: 1 ra a rm wenku.baidu.com 2 1 0 0 tan 低塑钢或铸铁——AC线方程: 1 ra 1 b rm 11 第三节 影响零件疲劳强度的主要因素 一、应力集中的影响 零件受载时,在几何形状突变处(圆角、凹槽、孔、 螺纹、过盈配合等)要产生应力集中。 对应力集中的敏感程度与零件的材料有关,一般材 料强度越高,k硬(k ) 度越高,对应力集中越敏感。 按静强度计算。 当N>103(104)— lgσ 低周 高周循环疲劳 高周 A 103 (104 ) N N0 B 随循环次数↑疲劳极限↓ 3)疲劳曲线方程 m N N m N0 C0 103(104) N0 lgN 7 疲劳极限 N m N0 N KN 几点说明: 1)KN—寿命系数,N>No时,取N=No 。 2)硬度≤350HBS钢,No=106~107;〉350HBS钢, 只受单向拉压、 弯曲、扭转等 零件极限应力图 A1B1D1G σa A A1 P1 BD B1 D1 σ-1 σ-1/KσD σ0/2KσD 疲劳强度线A1D1 屈服强度线GD1 直线A1D1的方程: 0 σ0/2 G σm σs 1 KσD' a ' m 零件的 m a 16 确定零件危险截面 上的工作应力点N。 r :-1~+1 σa A A :对称循环 E (σrm ,σra) B 极限应力点 σ-1 σ0/2 B :脉动循环 极限应力点 450 G C C :静强度极 0 σ0/2 限应力点 σs σb σm 9 σa A E (σrm ,σra) B D 不允许塑性变形 σ-1 σ0/2 450 G C 0 σ0/2 σs σm σb 高塑钢 A’G’—疲劳强度线;G’C —屈服强度线。 一个循环 O O t t 规律性不稳定变应力 随机变应力 2 2、稳定循环变应力的基本参数和种类 最大应力 max m a 1) 基本参数 最小应力 min m a 平均应力 m max m 2 应力幅 应力循环特性 min max a max m 2 1 1 2) 稳定循环变应力种类 γ = –1 ——对称 一、疲劳曲线 应力循环特性一定时,材料的疲劳极限与应力循环 次数之间关系的曲线。 5 N 有限寿命区 无限寿命区 N N持久极N限 持久极限 O N N0 N 循环基数 1)无限寿命区 N N0 N 对称循环: 1 1 脉动循环: 0 0 6 2)有限寿命区 当N<103(104)—低周循环,疲劳极限接近于屈服极限, 19 (2) m C 振动中的受载弹簧的应力状态 a) 工作应力点位于 σa A1 N1 ( ' m , ' a ) OA1D1E内 D1 σ-1/KσD m ' m 1 KσD ' a ' m 强度条件: 0 s lime max 表面状态系数 1 1 强化处理—淬火、渗氮、渗碳、热处理、抛光、 喷丸、滚压等冷作工艺。 14 四、综合影响系数 k D K k D K 零件的疲劳极限 -1K 1 K D 1K 1 K D 综合影响系数表示了材料极限应力幅与零件 极限应力幅的比值。 15 第四节 受稳定循环应力时零件的疲劳强度 一、受单向应力时零件的安全系数