Ch02机械零件的疲劳强度设计.ppt

基本要求： 1）了解疲劳破坏及疲劳断口特征，循环应力的五个特征参数； 2）掌握疲劳曲线和极限应力图； 3）了解影响机械零件疲劳强度的主要因素； 4）掌握恒幅循环应力下机械零件的疲劳强度计算； 5）理解变幅循环应力下机械零件的疲劳强度计算。 重点与难点： 1）疲劳曲线和极限应力图； 2）恒幅循环应力下机械零件的疲劳强度计算。 疲劳破坏特征： 1）断裂过程：①产生初始裂反（应力较大处）；②裂纹尖端在切应力作用下，反复扩展，直至产生疲劳裂纹。寿命可计算。 2）断裂面：①光滑区（疲劳发展区）；②粗糙区（脆性断裂区） 3）无明显塑性变形的脆性突然断裂 4）破坏时的应力（疲劳极限）远小于材料的屈服极限。 二、变应力的类型 概述3 极限应力图 极限应力图2 塑性材料的最大应力不超过屈服极限，由点S作与平均应力轴成135°的斜线与AB的延长线交于E，得折线ABES，线上各点的横坐标为极限平均应力 ，线上各类的纵坐标为极限平均应力幅 AE上各点， 如 ，则 不会疲劳破坏； ES上各点， 如 ，则 不会屈服破坏。 零件的工作应力点位于折线以内时，其最大应力既不超过疲劳极限，又不超过屈服极限。 折线ABGS以内为疲劳和塑性安全区 。 极限应力图3 前边提到的各疲劳极限 以及材料的极限应力图，都是用标准试件通过疲劳实验测得的，是标准试件的疲劳强度指标。而工程设计的各机械零件与标准试件之间，在形体、表面状态以及绝对尺寸等方面往往有差异。因此实际机械零件的疲劳强度必然与手册中查到的材料的疲劳强度有所不同。 影响零件疲劳强度的主要因素 ——应力集中、尺寸、表面状态 §2-3影响疲劳强度的因素 图2-8、图2-9出现的 是尺寸系数，对钢制零件可查图2-4，在缺乏试验数据时，可近似取 1、尺寸对零件疲劳强度的影响规律： 其他条件相同时，零件的尺寸越大，在各种冷、热加工中出现缺陷、产生微观裂纹等疲劳源的可能性越大。从而使零件的疲劳强度降低。 2、尺寸系数 的计算： 同应力集中情况某尺寸零件的对称循环疲劳极限： 影响疲劳强度的主要因素2 2、表面状态系数的计算： 注意：在疲劳强度计算中， 1）零件如在腐蚀介质中工作，则取 2）零件如经表面强化，则取 3）其余情况则取 影响疲劳强度的主要因素3 §2-4 受恒幅循环应力时 §2-4 受恒幅循环应力时 §2-4 受恒幅循环应力时 受恒幅循环应力时2 受恒幅循环应力时3 受恒幅循环应力时3 受恒幅循环应力时3 受恒幅循环应力时3 非对称循环工作应力（ ， ）折算成等效的对称循环应力的应力幅 非对称循环工作应力（ ， ）折算成等效的对称循环应力的应力幅 受恒幅循环应力时4 受恒幅循环应力时4 （1）工作应力点位于疲劳强度区 受恒幅循环应力时5 机械零件设计中，常见的复合应力状态有：弯扭联合作用、拉扭联合作用等，本课程只介绍对称循环弯扭复合应力在同周期同相位状态下的疲劳强度理论。 受恒幅循环应力时6 三、许用安全系数 1、疲劳强度许用安全系数的推荐值 1）计算精确度高，所用试验数据可靠，工艺质量和材料均匀性都很好时，取许用安全系数为1.3~1.4，一般情况取1.4~1.7。 2）计算精度低，没有试验评定，材料又很不均匀，尤其是大型零件和铸件，应取为1.7~3.0。 2、静强度许用安全系数的推荐值 1）对于高塑性钢，当材料均匀性、载荷的准确性和计算准确性均属一般情况时，取为1.5~2.0。 2）对于低塑性高强度钢及铸铁，一般取3~4，小值用于无应力集中的情况。 §2-5受变幅循环应力时 §2-5受变幅循环应力时 受变幅循环应力时2 受变幅循环应力时3 若已知零件的工作应力σ和最大裂纹长度2a ，可以选择合适的材料（KIC值），使 。　 若材料一定，通过实验测得KIC