机械零件的疲劳强度.pptx

§3.0绪论§3.1疲劳裂纹特征§3.2疲劳曲线和疲劳极限应力图§3.3影响机械零件疲劳强度的主要因素§3.4??许用疲劳极限应力图§3.5稳定变应力时的安全系数计算第三章机械零件的疲劳强度

安全—寿命设计在规定的工作时间内，不允许零件出现疲劳裂纹，一旦出现即为失效。可按σ——N曲线进行有限寿命和疲劳寿命疲劳计算，这也是本章介绍的计算方法。破坏—安全设计允许零件存在裂纹并缓慢扩展，但须保证在规定的工作周期内，仍能安全可靠地工作。可按疲劳裂纹寿命计算。两种计算方法：

3.1疲劳裂纹特征01在变应力工作下的零件，疲劳断裂是最主要的失效形式之一。零件的疲劳断裂占零件断裂的80%。02疲劳断裂截面→表面光滑的疲劳发展区+粗糙的脆性断裂区。03见书中图3.1和表3.1。04

lgNLgσrNN0有限寿命区103(104)无限寿命区低周循环高周循环ABσr3.2疲劳曲线和疲劳极限应力图3.2.1疲劳曲线（σ—N或τ—N曲线）图3.2疲劳曲线

0102030405疲劳极限——在循环特性r下的变应力，经过N次循环后，材料不发生破坏的应力的最大值。表示方法为：疲劳曲线——表示循环次数N～σrN或τrN之间的变化关系的曲线。N0——循环基数

有限寿命区（NN0）低周循环疲劳区——0N103(104)疲劳极限接近屈服极限,几乎与N无关。高周循环疲劳区——103(104)≤N，疲劳极限随循环次数的增加而降低。无限寿命区（N≥N0）疲劳极限与N无关，呈直线变化。所谓“无限”寿命是指零件承受的变应力水平低于或等于材料的疲劳极限σr，工作应力总循环次数可大于循环基数N0,并不是说永远不会产生破坏。

即103（104）≤N≤N0范围的变化曲线方程为——疲劳方程无限寿命区：σr,τr；σ0、τ0，σ-1、τ-1有限寿命区：σrN，τrN不同应力变化时的循环疲劳极限表示为：

说明：

式中，ｍ—为随材料和应力状态而变化的幂指数，钢受弯曲、拉伸、剪切应力时ｍ＝９，钢线接触时ｍ＝６，青铜弯曲应力时ｍ＝９，接触应力时ｍ＝８。

ｋ为寿命系数，

LgσrN01N002σr03σrN04N05lgN06m07108图3.3疲劳曲线的指数m

LgσrN104107lgN0r3=0.5r2=0r1=-12.循环基数Ｎ０据材料性质不同Ｎ０取值也不同。通常金属的Ｎ０取为107，随着材料的硬度↑，Ｎ０↑。具体划分见书P38。有色金属及高强度合金钢的疲劳曲线没有无限寿命区。３.不同循环特性ｒ时的疲劳曲线如图所示，ｒ↑→σrN↑、（τrＮ↑）

图3.4不同r时的疲劳曲线

３.２.２疲劳极限应力图

疲劳极限应力图表明材料在相同循环次数Ｎ和不同循环特性ｒ下的不同疲劳极限。用以以应力大小来判断零件工作的安全区域和失效区域。由实验得出。

S(σs,0)F(σB,0)安全区A(0,σ-1)E塑性失效区0疲劳失效区图3.8塑性材料简化疲劳极限应力图

图中各状态点说明：Ａ点——对称循环疲劳极限点（０，σ-1）B点——脉动循环疲劳极限点F点——静强度极限点（σB，0）S点——屈服极限点（σS，0）以上的抛物线图为实验所得的塑性材料疲劳极限应力图，折线为塑性材料简化的疲劳极限应力图，由图可知：零件的工作状态点应处于安全区（折线ABES以内），且距离ABES折线越远，工作应更安全。

3.3影响机械零件疲劳强度的主要因素3、1应力集中的影响，影响系数为kσkτ——考虑零件几何形状的理论应力集中系数q——考虑材料应力集中感受程度的敏感系数

3、2尺寸的影响，影响系数为εσ，ετ3、3表面状态的影响，影响系数为βσβτ综合影响系数计算时：零件的工作应力幅×综合影响系数（对平均应力影响很小）。零件的极限应力幅÷综合影响系数?

3.4????许用疲劳极限应力图3.4.1??稳定变应力和非稳定变应力稳定变应力——每次循环中，σm，σa和周期T都不随时间t而变化的变应力。非稳定变变应力——每次循环中只要σm，σa和T其中之一随时间t而变化的应力它分为两种：（1）周期性非稳定变应力——由于载荷或工作转速的变化作周期性规律变化的变应力（2）随机性非稳定变应力——由于载荷或工作转速的变化作非周期性规律变化的应力

3.4.2许用疲劳极限应力图01在简化疲劳极限应力线图的基础上考虑综合影响系数（kσ）D（kτ）D和寿命系数kN影响后而得到的。02说明：03综合影响系数（kσ）D（kτ）D只对极限应力幅σa有影响，而寿命系数KN同时对极限应力幅和平均应力有影响。04

DCBA许用疲劳