第3章机械零件强度

1、1 1 疲劳疲劳断裂断裂特征特征2 2 疲劳曲线和疲劳极限应力疲劳曲线和疲劳极限应力3 3 影响机械零件疲劳强度的主要因素影响机械零件疲劳强度的主要因素第三章 机械零件的强度4 4 许用疲劳极限应力图许用疲劳极限应力图1 1、断裂过程：、断裂过程：第一阶段：第一阶段： 零件零件表面上应力较大处表面上应力较大处产生初始裂纹，形成产生初始裂纹，形成疲劳源；疲劳源；第二阶段：第二阶段： 在切应力作用下发生在切应力作用下发生反复塑性变形，使裂纹反复塑性变形，使裂纹扩展直至产生扩展直至产生疲劳断裂疲劳断裂。1 1 疲劳断裂特征疲劳断裂特征2 2、疲劳断裂截面：、疲劳断裂截面： 由表面光滑的疲劳发展区和粗

2、糙的脆性断裂区组成由表面光滑的疲劳发展区和粗糙的脆性断裂区组成. .初始裂纹初始裂纹疲劳区疲劳区(光滑光滑)粗糙区粗糙区轴轴1 1.疲劳极限疲劳极限( rN或或 rN): 在循环特性在循环特性r r一定的变应力作用下一定的变应力作用下, 经过经过N次循环次循环 作用而不发生疲劳破坏的最大应力称为疲劳极限。作用而不发生疲劳破坏的最大应力称为疲劳极限。2 2 疲劳曲线和疲劳极限应力疲劳曲线和疲劳极限应力2.2.疲劳寿命（疲劳寿命（N N）: :材料疲劳失效前所经历的应力循环次材料疲劳失效前所经历的应力循环次 数数N N。3 3.疲劳曲线疲劳曲线( N) : N与与 rN或或 rN 之间的关系曲线。

3、之间的关系曲线。一、基本概念一、基本概念疲劳曲线二、二、-N-N疲劳曲线疲劳曲线N疲劳曲线1.1.有限寿命区有限寿命区: :低周循环疲劳：低周循环疲劳： 即即N10N10N103 3(10(104 4) )时，时， 随随NN疲劳极限疲劳极限疲劳曲线043)10(10NN CN mrNCNN0mrmrNN疲劳曲线疲劳曲线方程：疲劳曲线方程：N N ： 应力循环次数应力循环次数 N N0 0 ： 循环基数循环基数 mm指数与应力、材料的种类有关指数与应力、材料的种类有关l钢钢 m=9m=9拉、弯应力、剪应力拉、弯应力、剪应力 m=6m=6接触应力接触应力l青铜青铜 m=9m=9弯曲应力弯曲应力 m

4、=8m=8接触应力接触应力CNNCNNmrmrNmrmrN00在在C D C D 段，即：段，即：疲劳曲线CNNCNNmrmrNmrmrN00rNrmrNrNrmrNkNNkNN00mNNNk0N疲劳曲线有限寿命区间内有限寿命区间内N N 与疲劳极限与疲劳极限 rNrN的关系为：的关系为：0mrNrNN寿命系数寿命系数 ：rNrmrNrNrmrNkNNkNN00或或疲劳曲线)0rrNNN （D D 点以后的疲劳点以后的疲劳曲线呈一水平线，为无曲线呈一水平线，为无限寿命区。限寿命区。其方程为：其方程为： N疲劳曲线2.2.无限寿命区无限寿命区: :极限应力线图三、疲劳极限应力图三、疲劳极限应力图

5、 相同的循环相同的循环次数次数N，不同的，不同的循环特性循环特性r，有，有不同的疲劳极限，不同的疲劳极限，用用疲劳极限应力疲劳极限应力图图表示。表示。极限应力线图), 0(1A)2,2(00B)0 ,(BF材料的疲劳特性三、疲劳极限应力图三、疲劳极限应力图 静强度极限点静强度极限点 ：对称循环点对称循环点 ：脉动循环点脉动循环点 ：)2,2(00B极限应力线图m材料的疲劳特性塑性材料疲劳极限应力图的简化塑性材料疲劳极限应力图的简化考虑塑性材料的最大应力不得超过屈服极限，由屈服极限点考虑塑性材料的最大应力不得超过屈服极限，由屈服极限点S S作作135135斜线与斜线与ABAB连线的延长线交于连线

6、的延长线交于E E，得折线，得折线ABESABES，其上各点：，其上各点：横坐标为极限平横坐标为极限平均应力：均应力：纵坐标为极限应力幅：纵坐标为极限应力幅：a极限应力线图材料的疲劳特性塑性材料疲劳极限应力图的简化塑性材料疲劳极限应力图的简化用用AESAES折线表示零件材料的极限应力图折线表示零件材料的极限应力图, ,是其中一种近似方法。是其中一种近似方法。极限应力线图) 1(1) 1(1qkqk)(kk3 3 影响零件疲劳强度的主要因素影响零件疲劳强度的主要因素 1 1、应力集中的影响：、应力集中的影响：几何形状突然变化处几何形状突然变化处来考虑应力集中来考虑应力集中 对疲劳强度的影响对疲劳

7、强度的影响用用有效应力集中系数有效应力集中系数, q: q: 考虑材料对应力集中感受程度的敏感系数考虑材料对应力集中感受程度的敏感系数 。 考虑零件几何形状的理论应力集中系数考虑零件几何形状的理论应力集中系数极限应力线图2 2、尺寸的影响：、尺寸的影响：)(尺寸系数：尺寸系数： 零件尺寸愈大，材料的晶粒较粗，出现缺陷的概率大，机械零件尺寸愈大，材料的晶粒较粗，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显著极限应力线图 3 3、表面状态的影响、表面状态的影响零件加工表面质量对疲劳强度的影响可以用零件加工表面质量对疲劳强度的影响可以用表面状态系数表面状态系数 来表示来表示4 . 06 . 0极限应力线图 4 4、综合影响系数、综合影响系数 应力集中、零件尺寸和表面状态都只对应力集中、零件尺寸和表面状态都只对应力幅应力幅有影响，对有影响，对平平均应力均应力没有明显影响。没有明显影响。kk