机械设计疲劳强度经典课件

1、第三章机械零件的强度、3-1材料的疲劳特性、3-2零件的疲劳强度计算、交变应力范例、定义：随时称为交变应力的周期性变化应力。示例1在齿轮啮合期间，力f从0快速增加到最大值，然后减小到0。观察齿根特定点处a的弯曲法向应力变化。示例2由于电动机重力的作用，有静态弯曲变形，离心力惯性力的垂直分量随时产生周期性变化，因此梁产生交变应力。例3火车轴的力来自后备箱。大小相同，方向基本相同。也就是说，弯矩基本相同。也就是说，横截面从a到中性轴的距离取决于时间t。假设轴以统一的角度速度旋转。a的弯曲正应力导致交变应力，1，可变载荷，载荷随时间t的变化而变化；2，静态负载，但是零件点的位置会随时间定期变更。sm

2、平均应力sa应力幅度、smax最大应力smin最小应力、r应力比(循环性质)、说明规则性的交变应力有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。smax=？Smin=？如果交变应力的基本参数，在特殊情况下为1，对称循环，在交变应力下最大应力等于最小应力，则进行反向。min=-max或min=-max，非对称周期交变应力最小应力为0 (min)的三种特殊情况下，称为非对称周期交变应力的交变应力。在特殊情况下，2，脉动周期，静态应力下，每个点处的应力保持不变的构件，即max=min。将静态应力视为交变应力的特殊情况，其周期性特征是，O，t，特殊情况下为3，静态应力，交变应力的3个特殊情况下为疲劳破坏机制

3、，在交变应力下金属的破坏，习惯上称为疲劳破坏。颗粒滑移微裂纹扩展有效面积减小突然断裂，(1)交变应力的破坏应力值通常低于静载荷下的强度极限值，有时远低于材料的屈服极限；(2)无论是脆性还是塑料材料，交变应力都表现为脆性破坏，断裂前没有明显的迹象，没有明显的塑性变形。(3)裂纹在膨胀时断裂，可以明确地将断裂表面分为光滑区域和粗糙区域两部分。疲劳破坏的特性，因此疲劳破坏容易引起严重事故。据统计，机器零件，特别是高速运转零件的损坏大部分是疲劳破坏。材料的疲劳强度测试(r=-1)，纯弯曲变形中对称周期的疲劳极限测量在技术上更简单。将材料加工为最小直径710mm，每个测试集大约包含10个试验品，材料疲劳

4、曲线(图3-1)，n曲线水平时的最大应力值max称为材料的疲劳极限或疲劳极限，用r表示(例如-1)。r=-1，r=0？零件在交变应力下可承受的极限应力通常表示为最大应力，但有时也表示为应力振幅。材料疲劳曲线、机械零件的疲劳大部分发生在CD段，可以说明为：d点后的疲劳曲线是表示无限寿命区域的水平线。其方程式为：有限寿命疲劳极限：疲劳曲线，材料的疲劳性质，无限寿命疲劳极限：ND很大，因此疲劳测试时的循环数N0(称为循环式)，使用r No代替r近似。因此，有限寿命内周期数n的疲劳极限srN为：其中：KN是寿命系数。m是材料常数。检查r表。疲劳曲线，寿命系数的物理意义：表示应力循环次数对疲劳寿命的影响

5、，有限寿命疲劳强度与无限寿命疲劳强度相比的增加程度，通常大于1。在n曲线上可见。这意味着材料的疲劳强度和静态强度不同。表示静态强度仅使用强度限制。在为材料的疲劳强度指定的r值下，还指定max及其破坏循环数n。也就是说，只有将三个物理量(r、N、max)一起使用，才能说明材质的疲劳强度。，示例p362: 45(调制)的弯曲疲劳强度-1=275MPa是？降伏强度S=355MPa，影响零件疲劳极限的因素，第一，如果零件形式的影响构件中有螺钉、键槽、键肩等，则疲劳极限低于相同大小的平滑试验体。影响程度由有效的应力集中系数表示，首先区分元件、零件、试样等概念集。试样：小而光滑(小而光滑的试样)；弯曲时的

6、有效应力集中系数；扭转时的有效应力集中系数；第二，零件大小的影响；大试样的疲劳极限低于小试样的疲劳极限；尺寸对疲劳极限的影响度以大小系数表示；右侧表格显示了弯曲、扭转的对称应力周期中的大小系数；第三，零件表面状态的影响这是因为不同的加工精度会在表面产生不同程度的应力集中。当元件表面由淬火、氮化、渗碳等强化时，疲劳极限也会增加。表面质量对疲劳极限的影响由表面状态系数表示，并将所有这三个影响因素考虑在内。根据r=-1得出的零件疲劳极限，方法为有效应力集中系数、大小系数、表面平滑小试件的疲劳极限(r=-1)，如果周期应力是剪应力，则在上述公式中将s变更为t。表面状态系数、复合影响系数、一般1、指令，

7、其中：引入复合影响系数、计算零件的疲劳强度、安全系数r=-1、r为一般值时，疲劳测试很复杂且无需。如何转换？第三章机械零件的强度，3-1材料的疲劳特性，3-2零件的疲劳强度计算，对于任意周期，a和m在坐标系中确定相应的点p，然后加上点的垂直和水平坐标。也就是说，点表示的应力循环的max位于原点处的同一射线上，具有相同的张艺兴OP、倾斜、极限应力线，说明：具有相同循环特征值的所有应力循环。远离原点、垂直和水平坐标的总和越大，应力循环的max也越大。从原点发出的每条射线都有一个由永久限制r确定的临界点(例如OP中的p)。将点接合为曲线，成为永久限制曲线。r=-1点、r=0点、r=1点、区域内区域外

8、、疲劳测试需要很长时间。简化方法：对称循环、脉动循环和静态载荷，A、C、B三点。使用折线ACB而不是原始曲线。折线AC部分的倾斜角度为斜率，直线AC的点对应于永久限制r，AC的方程式以RM和ra表示这些点的坐下位置，因此AC的方程式为(倾斜和拦截点)，s，由于材料的极限应力线、图3-3教材第24页、A:对称循环极限应力点D:脉动循环极限应力点C :屈服极限应力点、零件几何图形的变化、大小、加工质量和强化因素等原因，零件的疲劳极限小于材料试件的疲劳极限。在零件材料的极限应力线中，直线ADG按比例向下移动，成为右侧图中显示的直线ADG，极限应力曲线的CG部分是根据静态应力的要求考虑的，因此无需修改

9、。这将生成零件的最终应力线图形。零件的极限应力线，AG:疲劳极限CG:降伏极限，图3-4教材第25页，计算零件疲劳强度时，首先根据零件危险剖面的max和min确定平均应力m和应力宽度a，然后在极限应力线座标中显示相应的工作应力点m或n。根据在处理零件时应用的约束确定可能出现应力的过渡规律，从而确定表示极限应力的点。机械零件中可能发生的常见应力变化规律有三种：工作应力点对应的极限应力点是？零件疲劳强度计算(单向稳定可变应力)，AG:疲劳极限CG:降伏极限，(1)应力比r=C(单向稳定可变应力)，在两个线性方程式中相交x=？y=？X y=？1)r=-1:2)r是典型值，因此，在r值下不对称循环中零

10、件的疲劳强度可以计算疲劳强度，前提是您不知道此r下零件的疲劳极限，但只知道r=-1的材料疲劳极限和转换系数。(2)应力平均值=C(单向稳定可变应力)，(3)应力最小值=C(单向稳定可变应力)，(规则不稳定性可变应力)，机械零件疲劳强度计算3，如果应力在每个周期中作用于材料破坏，则材料在应力1的每个周期中的损坏率为1/像这样循环N2的两对材料损坏率为n2/N2。当损坏率达到100%时，材料的疲劳破坏对应于限制条件。如果零件疲劳强度计算(单向不稳定应力)、机械零件疲劳强度计算4、同相稳定对称周期可变应力sa和ta在零件中同时工作，则实验中得出的最终应力关系如下：样式中的ta和sa是同时切线和法向应

11、力幅的极限值。如果零件的应力幅度sa和ta在图中以m点表示，则此工作应力点在极限范围内，因此不会达到极限条件，因此是安全的。对称循环可变应力，因此应力振幅是最大应力。弧AMB的所有点表示一对极限应力a和a。安全系数计算：以零件的疲劳强度计算(双向稳定可变应力)、考虑零件的性能要求和经济性后的疲劳强度高的材料为特征，并采用适当的热处理和多种表面强化处理。适当提高零件的表面质量，特别是应力集中部分的表面处理质量，并在必要时适当地保护表面。最小化零件应力集中的影响是提高零件疲劳强度的第一种方法。与提高材料性能相比，最大限度地减小或消除零件表面可能出现的初始裂纹的大小，对较长零件的疲劳寿命具有更重要的作用。在负载减少槽、不可避免地产生更大应力集中的结构中，使用负载减少槽可以减少应力集中的作用。提高疲劳强度的措施、本章概述、极限应力线零件的疲劳强度计算、工程实践中经常发生工作应力小于许用应力时发生的突然中断，这种现象称为低应力脆性断裂。对于高强度材料，一方的强度较高(允许的应力较高)，另一方的抵抗裂纹扩展的能力随着强度的增加而减少。因此，用现有的强度理论计算高强