第二章機械零件的疲勞強度設計 ppt課件

1、第二章第二章 機械零件的疲勞強度設計機械零件的疲勞強度設計 1 1循環(huán)變載荷循環(huán)變載荷 a) a) 穩(wěn)定循環(huán)變載荷穩(wěn)定循環(huán)變載荷 b) b) 不穩(wěn)定循環(huán)變載荷不穩(wěn)定循環(huán)變載荷2 2隨機變載荷隨機變載荷靜載荷靜載荷變載荷變載荷名義載荷名義載荷計算載荷計算載荷隨機變應力隨機變應力靜應力靜應力規(guī)律性不穩(wěn)定變應力規(guī)律性不穩(wěn)定變應力1. 應力種類應力種類變應力變應力隨機變應力隨機變應力循環(huán)變應力循環(huán)變應力一個循環(huán)OOtt 穩(wěn)定循環(huán)變應力規(guī)律性不穩(wěn)定變應力規(guī)律性不穩(wěn)定變應力對稱循環(huán)對稱循環(huán)脈動循環(huán)脈動循環(huán)非對稱循環(huán)非對稱循環(huán)2、穩(wěn)定循環(huán)變應力的根本參數(shù)和種類、穩(wěn)定循環(huán)變應力的根本參數(shù)和種類 1) 根本參數(shù)

2、根本參數(shù) 應力循環(huán)特性應力循環(huán)特性ammaxammin2maxmm2maxmamaxmin最大應力最大應力最小應力最小應力平均應力平均應力應應 力力 幅幅112) 穩(wěn)定循環(huán)變應力種類穩(wěn)定循環(huán)變應力種類 -1 +1非對稱 =+1 靜應力 = 1 對稱 = 0 脈動 1.疲勞破壞特征： 1斷裂過程：產(chǎn)生初始裂紋 應力較大處裂紋反復擴展，直至產(chǎn)生疲勞裂紋。 2斷裂面：光滑區(qū)疲勞開展區(qū)粗糙區(qū)脆性斷裂區(qū) 3無明顯塑性變形的脆性忽然斷裂 4破壞時應力疲勞極限遠小于資料的屈服極限2.2.疲勞破壞的機理：損傷的累積疲勞破壞的機理：損傷的累積3.3.影響要素：資料性能，變應力的循環(huán)特性，應力循影響要素：資料性能

3、，變應力的循環(huán)特性，應力循環(huán)次數(shù)，應力幅都對疲勞極限有很大影響。環(huán)次數(shù)，應力幅都對疲勞極限有很大影響。疲勞極限：疲勞極限： 循環(huán)變應力下應力循環(huán)循環(huán)變應力下應力循環(huán)N N次后資料不發(fā)生疲次后資料不發(fā)生疲勞破壞勞破壞時的最大應力稱為資料的疲勞極限。時的最大應力稱為資料的疲勞極限。)(NN疲勞壽命：疲勞壽命： 資料疲勞失效前所閱歷的應力循環(huán)次資料疲勞失效前所閱歷的應力循環(huán)次數(shù)數(shù) N NNN 耐久極限ONN0NN有 限 壽 命 區(qū)N無 限 壽 命 區(qū)1 1無限壽命區(qū)無限壽命區(qū)0NN N循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù) 耐久極限對稱循環(huán)：對稱循環(huán)：脈動循環(huán)：脈動循環(huán)：00112 2有限壽命區(qū)有限壽命區(qū) 當當N103(

4、104)N103(104)高周循環(huán)疲勞高周循環(huán)疲勞043)10(10NN 隨循環(huán)次數(shù)隨循環(huán)次數(shù)疲勞極限疲勞極限3 3疲勞曲線方程疲勞曲線方程CNNmmN0NmNKNN0疲勞極限疲勞極限幾點闡明：幾點闡明： 2 2硬度硬度350HBS350HBS鋼，鋼，No=106107No=106107；350HBS350HBS鋼，鋼，No No =10 x107 25x107=10 x107 25x107；有色金屬；有色金屬( (無程度部分無程度部分) No=25x107 ) No=25x107 。3 3mm指數(shù)與應力與資料的種類有關(guān)。指數(shù)與應力與資料的種類有關(guān)。鋼鋼拉壓、彎曲應力、扭剪應力拉壓、彎曲應力、

5、扭剪應力 m=9 m=9；接觸應力；接觸應力m=6m=6。青銅青銅彎曲應力彎曲應力 m=9 m=9 ；接觸應力；接觸應力m=8m=8。1 1KNKN壽命系數(shù)，壽命系數(shù)，NNoNNo時，取時，取N=No N=No 。am高塑鋼高塑鋼AG疲勞強度線；疲勞強度線；GC 屈服強度線。屈服強度線。不允許塑性變形不允許塑性變形高塑鋼高塑鋼AG線方程：線方程：1raarm1002tan 低塑鋼或鑄鐵低塑鋼或鑄鐵AC線方程：線方程：11rarmb一、應力集中的影響一、應力集中的影響)(kk零件受載時，在幾何外形突變處圓角、凹槽、孔、零件受載時，在幾何外形突變處圓角、凹槽、孔、螺紋、過盈配合等要產(chǎn)生應力集中。螺

6、紋、過盈配合等要產(chǎn)生應力集中。對應力集中的敏感程度與零件的資料有關(guān)，普通資對應力集中的敏感程度與零件的資料有關(guān)，普通資料強度越高，硬度越高，對應力集中越敏感。料強度越高，硬度越高，對應力集中越敏感。 11 K11 Kkk疲勞缺口系數(shù)疲勞缺口系數(shù) 二、零件尺寸的影響二、零件尺寸的影響尺寸系數(shù)尺寸系數(shù) 零件尺寸逾大時，資料的晶粒較粗；零件尺寸逾大時，資料的晶粒較粗；冷、熱加工中出現(xiàn)缺陷的概率大；冷、熱加工中出現(xiàn)缺陷的概率大；機械加工后外表冷作硬化層相對較薄，對零件疲機械加工后外表冷作硬化層相對較薄，對零件疲勞強度的不良影響愈顯著。勞強度的不良影響愈顯著。 1111三、外表形狀的影響三、外表形狀的影

7、響 外表形狀系數(shù)外表形狀系數(shù)11外表質(zhì)量外表質(zhì)量指外表粗糙度、外表強化及任務環(huán)境。指外表粗糙度、外表強化及任務環(huán)境。強化處置強化處置淬火、滲氮、滲碳、熱處置、拋光、淬火、滲氮、滲碳、熱處置、拋光、噴丸、滾壓等冷作工藝。噴丸、滾壓等冷作工藝。四、綜合影響系數(shù)四、綜合影響系數(shù) 綜合影響系數(shù)表示了資料極限應力幅與零件綜合影響系數(shù)表示了資料極限應力幅與零件極限應力幅的比值。極限應力幅的比值。DDKkKk1-1K11DKDKK零件的疲勞極限零件的疲勞極限一、受單向應力時零件的平安系數(shù)一、受單向應力時零件的平安系數(shù)am零件的零件的1DamK 只受單向拉壓、只受單向拉壓、彎曲、改動等彎曲、改動等零件極限應力

8、圖零件極限應力圖A1B1D1G疲勞強度線疲勞強度線A1D1屈服強度線屈服強度線GD1直線直線A1D1的方程：的方程：/maC規(guī)律下疲勞強度分析圖規(guī)律下疲勞強度分析圖(, )ma確定零件危險截面確定零件危險截面上的任務應力點上的任務應力點N。在極限應力線上確在極限應力線上確定極限應力點定極限應力點N1。應力增長規(guī)律：應力增長規(guī)律：/maC1難以確定零件任務難以確定零件任務應力增長規(guī)律時。應力增長規(guī)律時。極限應力點為極限應力點為N1。OA1D1為疲勞強度區(qū)為疲勞強度區(qū)OD1G 為屈服強度區(qū)為屈服強度區(qū)大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應力形狀大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中的應力形狀 (, )maa) 任務應力點位于任務應力點位于OA1

9、D1內(nèi)內(nèi)按疲勞強度計算按疲勞強度計算/mama1DamK 零件的疲勞極限為零件的疲勞極限為1lim()maeamDamk 強度條件為強度條件為 lim1maxmaeDamssk assb)任務應力點位于任務應力點位于OD1G 內(nèi)內(nèi)極限應力為屈服極限極限應力為屈服極限按靜強度計算按靜強度計算limmax esmass(, )ma不易判別任務應力點落在哪個區(qū)，那么按兩式同時核不易判別任務應力點落在哪個區(qū)，那么按兩式同時核算兩種平安系數(shù)。算兩種平安系數(shù)。mC2振動中的受載彈簧的應力形狀振動中的受載彈簧的應力形狀(, )ma(,)maOA1D1E為疲勞強度區(qū)為疲勞強度區(qū)ED1G 為屈服強度區(qū)為屈服強度

10、區(qū)a) 任務應力點位于任務應力點位于OA1D1E內(nèi)內(nèi)mm1DamK 強度條件：強度條件： malimmaxmama1mma()()eDDsksk1aaamaDassK 按兩式同時驗算按兩式同時驗算limmax esmassminC3緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應力形狀緊螺栓聯(lián)接中的螺栓應力形狀 (, )ma(,)mamama1DamK limmaxmamama1minmina2()()(2)eDDsksk1minaa()aaDassK 按兩式同時驗算按兩式同時驗算limmax esmass留意：留意：1 1假設零件所受應力變化規(guī)律不能一定，普通采用假設零件所受應力變化規(guī)律不能一定，普通采用=C=C的情況

11、計算。的情況計算。2 2上述計算均為按無限壽命進展零件設計，假設按有上述計算均為按無限壽命進展零件設計，假設按有限壽命要求設計零件時，即應力循環(huán)次數(shù)限壽命要求設計零件時，即應力循環(huán)次數(shù)103(104)NNo103(104)NNo時，這時上述公式中的極限應力應為時，這時上述公式中的極限應力應為有限壽命的疲勞極限有限壽命的疲勞極限 ，即應以，即應以-1N -1N 代代-1 -1 ，以，以oNoN代代o o 3 3當未知任務應力點所在區(qū)域時，應同時思索能夠當未知任務應力點所在區(qū)域時，應同時思索能夠出現(xiàn)的兩種情況出現(xiàn)的兩種情況4 4對切應力上述公式同樣適用，只需將對切應力上述公式同樣適用，只需將改為改為即可。即可。二、受復合應力時的平安系數(shù)二、受復合