第三章机械零件的疲劳强度

1、3-1疲劳断裂的特征3-2疲劳曲线和极限应力图3-3影响机械零件疲劳强度的主要因素3-4稳定变应力下机械零件的疲劳强度3-5规律性非稳定变应力的疲劳强度證 HIGHER EDUCATION PRESSz主要内容： 疲劳断裂的特征 必须掌握材料的疲劳曲线以及极限应力图计算稳定变应力下机械零件的疲劳强度计算规律性非稳定变应力下机械零件的疲劳强表面光滑表面粗糙11SI1跨 illjil gliilil 1鑿llll Illi sllllB驚 11鑿sli邈 -鑿isii邈 3-1疲劳断裂的特征变应力下，零件的损坏形式是疲劳断裂。失效过程： 零件在爰应力作用下由制造或材料等内部缺陷引起的微观裂纹 随着

2、循环次数增加，微裂纹逐渐扩展，面积减小，应力增加 当剩余材料不足以承受载荷时，突然脆性断裂截面情况：分成三个区粗糙区 光滑区 疲劳源疲劳断裂具有以下特征:疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限 低，甚至比屈服极限低疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果断裂面累积损伤处表面光滑，而折断区表面粗糙疲劳断裂是与应力循环次数（即使用寿命）有关的断裂。疲劳断裂静力断裂应力: 断口: 次数:3-2疲劳曲线和极限应力图一、cr TV疲劳曲线 用参数表征材料的痂吨 劳极限，通过实验，可得出如K 鹵所示的疲劳曲细。掠另： b TV疲劳曲线在原点处，对应的应力 循

3、环次数为N=l/4,意味着在z 加载到最大值时材料被拉断。a 显然该值为强度极限务o在A段，应力循环次数V103(Tmax变化很小，可以近似 看作为番应力强度。103 io4NBC段，N=103IO。，随着N f - (Tma J ,疲劳现象明显。 因N较小，特称为低周疲劳。实践证明，机械零件的疲 劳大多发生在CD段。max可用下式描述rN6D点以后的疲劳曲线呈 一水平线，代表着无限寿命 区其方程为N=l/4103104 N N0107 N由于弘很大，所以在作疲劳试验时，常规定一个 循环次数弘（称为循环基数），用弘及其相对应的疲劳 极限5来近似代表和。于是有Q区间内循环次数川与疲 劳极限刃v的

4、关系为式中，碍、No及加的值由材料试验确定。试验结果表明在CD区间内，试件经过相应次数的 边应力作用之后，总会发生疲劳破坏。而Q点以后，如 果作用的变应力最大应力小于Q点的应力（ovq）, 则无论循环多少次，材料都不会破坏。CD区间-Q点之后有限疲劳和阶段-无限疲劳寿命阶段高周疲劳实际应用时常有两种简化方法。二极限应力图(。巾Oa)材料的极限应力在同一 应力循环次数N,与循环特 征I的关系称为极限应力图。 其表送：(omoa)ai简化曲线之一简化曲线之二aAaB oN5)/2m- 硯简化极限应力线图： 对称循环久1=0 脉动循环久1=碍=5位 已知A （0, CTB （a0/2,珂/2）两点

5、坐标，求得A ，直线 的方程为AD9直线上任意点代表了一定 循环特性时的疲劳极限。S直线上任意点N的坐标为（bm, ea）由三角形中两条直角边相等可求得D S直线的方程为说明D S直线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。当循环应力参数（am,碍）落在OA G C以 内时，表示不会发生疲劳破坏。aal当应力点落在OA，G C以 外时，一定会发生疲劳破坏。而正好落在A，G，C折线 上时，表示应力状况达到 疲劳破坏的极限值。公式中的参数为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定对于碳钢，=0102,对于合金钢，=0273。 3-3影响机械零件疲劳强度的主要因素一、应力集中：有效应力集中

6、系数几何形状决定的理论系数（图39）q敏感系数（图3-10） 铸铁：（q=0）定性：跟材料、形状有关跟材料对应力的集中敏感系数程度有关二、尺寸影响:尺寸系数（查图3-11,3-12）大小不同，则微裂纹就不一样；三、表面状态表面状态系数（查图3-13）综合影响系数:其中：K有效应力集中系数；尺寸系数;表面质量系数；对勅顧1麵计算吋:零件工作应力幅，乘以仗丄 材料极限应力幅，除以仗）D应力公称应力公式1a。（拉伸、弯曲）或a（扭1转、夏顺）r/dD/d2.001.501.301.201.151.101.071.05叵21.01拉0.042.802.57|239|2282.141.99r1921.8

7、21.561.424F0=-0.101.99L89|L791.691.63156IT521.461.331.23伸nd30.151.771.681.591.531.481.441.401.361.261.180.201.631.561.491.441.401.371.331.311.221.150.251.541.491.431.371.341.291.271.201.130.301.471.431.391.331.30.28|1.261.241.191.12r/d0.04 |0.10 iL弯32M6.02.591.883.02.402.02.331.502.211.202.091.10 2.

8、001.051.881.031.801.021.721.011.611.80 :1.731.681.621.591.53T491.441.36曲0.151.641.591.551.521.481A61.421.381.341.260.20 IL491.441.421.391.381.341.31_1.2J1.200.25 |1.391.351.341.331.29T271.221.170.301.3273TI1.301.291.271.261.251.231.201.14应力公称应力公式r/d转16T0.040.100.150.200.250.30（拉伸弯曲）或“（扭转剪切）2.01.841.

9、461.341.261.21 1.181.18 1.161.201.091.661.331.321.171.231.131.171.111.141.091.121.09D/d1.331.291.231.791.41公称弯曲应力16Td/D 0.010.05|o.l00.15 |o.2O 0.25 隔订d/D0.00.05 0.100.150.200.250.30a a 3.0 2.46 2.25 2.13 2.03 1.96 1.892.01.78 1.661.571.501.461.42jcDdD2 32轴上键槽处的有效应力集中系数轴的材料巾/Mpa500600700750800900 L0

10、001.51.752.0Kt1.51.61.71.81.9轴的材料/Mpa40050060070080090010001200kO1.351.451.551.601.651.701.721.75k矩形齿2.12.252.362.452.552.652.702.8T 渐开线形齿1.41.431.461.491.521.551.581.6公称直径12mm的普通螺纹的拉压有效应力集中系数轴的材粗 B/Mpa40060080010003.03.95.2/mm0.7 II I I1I II D/mm020406080100120140圆截面钢材的扭转剪切尺寸系数直径 d/mm W16螺纹联接的尺寸系数血

11、2024283240485664728010.81 0.76 0.71 0.68 0.63 0.60 0.57 0.54 0.52 0.50零件与轴过盈配合处的2%直径d/mm配合400500600H7/r62.252.502.7530H7/k61.691.882.06H7/h61.461.631.79|H7/r6|2.753.053.3650H7/k62.062.282.52H7/h61.801.982.18H7/r62.953.283.60100h7画2.222.462.701 H7/h61.922.132.34ab /MPa700800900100012003.003.253.503.7

12、54.252.252.442.632.823.191.952.112.282.442.763.663.964.284.605.202.762.973.203.453.902.382.572.783.003.403.944.254.604.905.602.963.203.463.984.202.56 I2.763.003.183.64钢材的表面质量系数氐er b / MPa表面高频淬火的强化系数Bq试件种类试件直径/mm无应力集中720131630-40121.5有应力集中7201.62830 40155化学热处理方法氮化，膜厚0.1 0.4mm硬度HRC64渗炭,膜厚02 0.6mm化学热处理

13、的强化系数09试件种类试件直径/mm无应力集中有应力集中无应力集中有应力集中51530-4051530 4081530 4081530 401.15-1.251.101.15193.01.3201.221111.51.5251220氤化，膜厚0.2mm无应力集中10表面硬化加工的强化系数加工方法试件种类滚子碾压无应力集中有应力集中喷丸无应力集中有应力集中试件直径/mm0 q7201.2-1.430-401.1-1.25720152.230 401.3187201.1-1.330-401.1-1.27201.42530-401.1-1.5?；e|二 QG9Mgth材料的零件的卜某寿命下零件的毘）譚响Kn影响*J图的变化卩列2K 3-4稳定变应力下机頰害件的疲劳强度 r零件的极限应力图g 一 一（许用极限应力图）4545设材料的对称循环弯曲疲劳极限为零件的对称循环弯曲疲劳极限为6e且总有 1- fi弟”期H甫牆诵冈为卜M0IMgimb it J囂 +S4Ayp-益片 21467W生9用统计方法进行疲劳强度计算3-5规律性非稳定变应力机械零件的强度不稳定规律性9按损伤累积假说进行疲劳强度计算maxI nnx n