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1、1,第二章機(jī)械零件的疲勞強(qiáng)度設(shè)計,第一節(jié)概述,一、載荷的分類,1）循環(huán)變載荷a)穩(wěn)定循環(huán)變載荷b)不穩(wěn)定循環(huán)變載荷2）隨機(jī)變載荷,,2,隨機(jī)變應(yīng)力,靜應(yīng)力,規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力,二、應(yīng)力的分類,1.應(yīng)力種類,變應(yīng)力,隨機(jī)變應(yīng)力,循環(huán)變應(yīng)力,,穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力,,,規(guī)律性不穩(wěn)定變應(yīng)力,對稱循環(huán),,脈動循環(huán),非對稱循環(huán),3,2、穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力的基本參數(shù)和種類,1)基本參數(shù),應(yīng)力循環(huán)特性,最大應(yīng)力,最小應(yīng)力,平均應(yīng)力,應(yīng)力幅,2)穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力種類,-1<<+1非對稱=+1靜應(yīng)力,=1對稱=0脈動,4,三、疲勞破壞,1.疲勞破壞特征：1）斷裂過程：產(chǎn)生初始裂紋（應(yīng)力較大處）裂紋反復(fù)擴(kuò)展，直至產(chǎn)生疲勞裂紋
2、。2）斷裂面：光滑區(qū)（疲勞發(fā)展區(qū)）粗糙區(qū)（脆性斷裂區(qū)）3）無明顯塑性變形的脆性突然斷裂4）破壞時應(yīng)力（疲勞極限）遠(yuǎn)小于材料的屈服極限,2.疲勞破壞的機(jī)理：損傷的累積3.影響因素：材料性能，變應(yīng)力的循環(huán)特性，應(yīng)力循環(huán)次數(shù)，應(yīng)力幅都對疲勞極限有很大影響。,5,第二節(jié)疲勞曲線和極限應(yīng)力圖,疲勞極限：循環(huán)變應(yīng)力下應(yīng)力循環(huán)N次后材料不發(fā)生疲勞破壞時的最大應(yīng)力稱為材料的疲勞極限。,疲勞壽命：材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N,一、疲勞曲線應(yīng)力循環(huán)特性一定時，材料的疲勞極限與應(yīng)力循環(huán)次數(shù)之間關(guān)系的曲線。,6,持久極限,1）無限壽命區(qū),循環(huán)基數(shù),持久極限,對稱循環(huán)：,脈動循環(huán)：,7,2）有限壽命區(qū)當(dāng)N<10
3、3(104)低周循環(huán)，疲勞極限接近于屈服極限，按靜強(qiáng)度計算。,當(dāng)N103(104)高周循環(huán)疲勞,隨循環(huán)次數(shù)疲勞極限,3）疲勞曲線方程,8,疲勞極限,幾點說明：,2）硬度350HBS鋼，No=106107；350HBS鋼，No=10 x10725x107；有色金屬(無水平部分)No=25x107。,3）m指數(shù)與應(yīng)力與材料的種類有關(guān)。鋼拉壓、彎曲應(yīng)力、扭剪應(yīng)力m=9；接觸應(yīng)力m=6。青銅彎曲應(yīng)力m=9；接觸應(yīng)力m=8。,1）KN壽命系數(shù)，NNo時，取N=No。,9,二、疲勞壽命一定時，同一種材料在不同的應(yīng)力循環(huán)特性下的疲勞極限圖,r:-1+1,A:對稱循環(huán)極限應(yīng)力點,B:脈動循環(huán)極限應(yīng)力點,C:靜
4、強(qiáng)度極限應(yīng)力點,10,高塑鋼,AD疲勞強(qiáng)度線；GD屈服強(qiáng)度線。,不允許塑性變形,,11,高塑鋼AD線方程：,低塑鋼或鑄鐵AC線方程：,12,第三節(jié)影響零件疲勞強(qiáng)度的主要因素,一、應(yīng)力集中的影響,零件受載時，在幾何形狀突變處（圓角、凹槽、孔、螺紋、過盈配合等）要產(chǎn)生應(yīng)力集中。對應(yīng)力集中的敏感程度與零件的材料有關(guān)，一般材料強(qiáng)度越高，硬度越高，對應(yīng)力集中越敏感。,疲勞缺口系數(shù),13,二、零件尺寸的影響,尺寸系數(shù),零件尺寸逾大時，材料的晶粒較粗；冷、熱加工中出現(xiàn)缺陷的概率大；機(jī)械加工后表面冷作硬化層相對較薄，對零件疲勞強(qiáng)度的不良影響愈顯著。,14,三、表面狀態(tài)的影響,表面狀態(tài)系數(shù),表面質(zhì)量指表面粗糙度
5、、表面強(qiáng)化及工作環(huán)境。,強(qiáng)化處理淬火、滲氮、滲碳、熱處理、拋光、噴丸、滾壓等冷作工藝。,15,四、綜合影響系數(shù),綜合影響系數(shù)表示了材料極限應(yīng)力幅與零件極限應(yīng)力幅的比值。,零件的疲勞極限,16,第四節(jié)受穩(wěn)定循環(huán)應(yīng)力時零件的疲勞強(qiáng)度,一、受單向應(yīng)力時零件的安全系數(shù),只受單向拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)等,零件極限應(yīng)力圖A1B1D1G,疲勞強(qiáng)度線A1D1屈服強(qiáng)度線GD1,直線A1D1的方程：,17,確定零件危險截面上的工作應(yīng)力點N。在極限應(yīng)力線上確定極限應(yīng)力點N1。,應(yīng)力增長規(guī)律：,（1）,難以確定零件工作應(yīng)力增長規(guī)律時。,極限應(yīng)力點為N1。,OA1D1為疲勞強(qiáng)度區(qū)OD1G為屈服強(qiáng)度區(qū),大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應(yīng)力狀態(tài),
6、18,a)工作應(yīng)力點位于OA1D1內(nèi),按疲勞強(qiáng)度計算,,零件的疲勞極限為,強(qiáng)度條件為,19,b)工作應(yīng)力點位于OD1G內(nèi),極限應(yīng)力為屈服極限按靜強(qiáng)度計算,不易判斷工作應(yīng)力點落在哪個區(qū)，則按兩式同時核算兩種安全系數(shù)。,20,（2）,振動中的受載彈簧的應(yīng)力狀態(tài),OA1D1E為疲勞強(qiáng)度區(qū)ED1G為屈服強(qiáng)度區(qū),a)工作應(yīng)力點位于OA1D1E內(nèi),,強(qiáng)度條件：,按兩式同時驗算,21,（3）,緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應(yīng)力狀態(tài),,按兩式同時驗算,22,注意：,1）若零件所受應(yīng)力變化規(guī)律不能肯定，一般采用=C的情況計算。,2）上述計算均為按無限壽命進(jìn)行零件設(shè)計，若按有限壽命要求設(shè)計零件時，即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)103(104)
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