第3章機械零件強度

1、1 1 疲勞疲勞斷裂斷裂特征特征2 2 疲勞曲線和疲勞極限應(yīng)力疲勞曲線和疲勞極限應(yīng)力3 3 影響機械零件疲勞強度的主要因素影響機械零件疲勞強度的主要因素第三章 機械零件的強度4 4 許用疲勞極限應(yīng)力圖許用疲勞極限應(yīng)力圖1 1、斷裂過程：、斷裂過程：第一階段：第一階段： 零件零件表面上應(yīng)力較大處表面上應(yīng)力較大處產(chǎn)生初始裂紋，形成產(chǎn)生初始裂紋，形成疲勞源；疲勞源；第二階段：第二階段： 在切應(yīng)力作用下發(fā)生在切應(yīng)力作用下發(fā)生反復(fù)塑性變形，使裂紋反復(fù)塑性變形，使裂紋擴展直至產(chǎn)生擴展直至產(chǎn)生疲勞斷裂疲勞斷裂。1 1 疲勞斷裂特征疲勞斷裂特征2 2、疲勞斷裂截面：、疲勞斷裂截面： 由表面光滑的疲勞發(fā)展區(qū)和粗

2、糙的脆性斷裂區(qū)組成由表面光滑的疲勞發(fā)展區(qū)和粗糙的脆性斷裂區(qū)組成. .初始裂紋初始裂紋疲勞區(qū)疲勞區(qū)(光滑光滑)粗糙區(qū)粗糙區(qū)軸軸1 1.疲勞極限疲勞極限( rN或或 rN): 在循環(huán)特性在循環(huán)特性r r一定的變應(yīng)力作用下一定的變應(yīng)力作用下, 經(jīng)過經(jīng)過N次循環(huán)次循環(huán) 作用而不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞極限。作用而不發(fā)生疲勞破壞的最大應(yīng)力稱為疲勞極限。2 2 疲勞曲線和疲勞極限應(yīng)力疲勞曲線和疲勞極限應(yīng)力2.2.疲勞壽命（疲勞壽命（N N）: :材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次材料疲勞失效前所經(jīng)歷的應(yīng)力循環(huán)次 數(shù)數(shù)N N。3 3.疲勞曲線疲勞曲線( N) : N與與 rN或或 rN 之間的關(guān)系曲線。

3、之間的關(guān)系曲線。一、基本概念一、基本概念疲勞曲線二、二、-N-N疲勞曲線疲勞曲線N疲勞曲線1.1.有限壽命區(qū)有限壽命區(qū): :低周循環(huán)疲勞：低周循環(huán)疲勞： 即即N10N10N103 3(10(104 4) )時，時， 隨隨NN疲勞極限疲勞極限疲勞曲線043)10(10NN CN mrNCNN0mrmrNN疲勞曲線疲勞曲線方程：疲勞曲線方程：N N ： 應(yīng)力循環(huán)次數(shù)應(yīng)力循環(huán)次數(shù) N N0 0 ： 循環(huán)基數(shù)循環(huán)基數(shù) mm指數(shù)與應(yīng)力、材料的種類有關(guān)指數(shù)與應(yīng)力、材料的種類有關(guān)l鋼鋼 m=9m=9拉、彎應(yīng)力、剪應(yīng)力拉、彎應(yīng)力、剪應(yīng)力 m=6m=6接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力l青銅青銅 m=9m=9彎曲應(yīng)力彎曲應(yīng)力 m

4、=8m=8接觸應(yīng)力接觸應(yīng)力CNNCNNmrmrNmrmrN00在在C D C D 段，即：段，即：疲勞曲線CNNCNNmrmrNmrmrN00rNrmrNrNrmrNkNNkNN00mNNNk0N疲勞曲線有限壽命區(qū)間內(nèi)有限壽命區(qū)間內(nèi)N N 與疲勞極限與疲勞極限 rNrN的關(guān)系為：的關(guān)系為：0mrNrNN壽命系數(shù)壽命系數(shù) ：rNrmrNrNrmrNkNNkNN00或或疲勞曲線)0rrNNN （D D 點以后的疲勞點以后的疲勞曲線呈一水平線，為無曲線呈一水平線，為無限壽命區(qū)。限壽命區(qū)。其方程為：其方程為： N疲勞曲線2.2.無限壽命區(qū)無限壽命區(qū): :極限應(yīng)力線圖三、疲勞極限應(yīng)力圖三、疲勞極限應(yīng)力圖

5、 相同的循環(huán)相同的循環(huán)次數(shù)次數(shù)N，不同的，不同的循環(huán)特性循環(huán)特性r，有，有不同的疲勞極限，不同的疲勞極限，用用疲勞極限應(yīng)力疲勞極限應(yīng)力圖圖表示。表示。極限應(yīng)力線圖), 0(1A)2,2(00B)0 ,(BF材料的疲勞特性三、疲勞極限應(yīng)力圖三、疲勞極限應(yīng)力圖 靜強度極限點靜強度極限點 ：對稱循環(huán)點對稱循環(huán)點 ：脈動循環(huán)點脈動循環(huán)點 ：)2,2(00B極限應(yīng)力線圖m材料的疲勞特性塑性材料疲勞極限應(yīng)力圖的簡化塑性材料疲勞極限應(yīng)力圖的簡化考慮塑性材料的最大應(yīng)力不得超過屈服極限，由屈服極限點考慮塑性材料的最大應(yīng)力不得超過屈服極限，由屈服極限點S S作作135135斜線與斜線與ABAB連線的延長線交于連線

6、的延長線交于E E，得折線，得折線ABESABES，其上各點：，其上各點：橫坐標為極限平橫坐標為極限平均應(yīng)力：均應(yīng)力：縱坐標為極限應(yīng)力幅：縱坐標為極限應(yīng)力幅：a極限應(yīng)力線圖材料的疲勞特性塑性材料疲勞極限應(yīng)力圖的簡化塑性材料疲勞極限應(yīng)力圖的簡化用用AESAES折線表示零件材料的極限應(yīng)力圖折線表示零件材料的極限應(yīng)力圖, ,是其中一種近似方法。是其中一種近似方法。極限應(yīng)力線圖) 1(1) 1(1qkqk)(kk3 3 影響零件疲勞強度的主要因素影響零件疲勞強度的主要因素 1 1、應(yīng)力集中的影響：、應(yīng)力集中的影響：幾何形狀突然變化處幾何形狀突然變化處來考慮應(yīng)力集中來考慮應(yīng)力集中 對疲勞強度的影響對疲勞

7、強度的影響用用有效應(yīng)力集中系數(shù)有效應(yīng)力集中系數(shù), q: q: 考慮材料對應(yīng)力集中感受程度的敏感系數(shù)考慮材料對應(yīng)力集中感受程度的敏感系數(shù) 。 考慮零件幾何形狀的理論應(yīng)力集中系數(shù)考慮零件幾何形狀的理論應(yīng)力集中系數(shù)極限應(yīng)力線圖2 2、尺寸的影響：、尺寸的影響：)(尺寸系數(shù)：尺寸系數(shù)： 零件尺寸愈大，材料的晶粒較粗，出現(xiàn)缺陷的概率大，機械零件尺寸愈大，材料的晶粒較粗，出現(xiàn)缺陷的概率大，機械加工后表面冷作硬化層相對較薄，對零件疲勞強度的不良影響愈加工后表面冷作硬化層相對較薄，對零件疲勞強度的不良影響愈顯著顯著極限應(yīng)力線圖 3 3、表面狀態(tài)的影響、表面狀態(tài)的影響零件加工表面質(zhì)量對疲勞強度的影響可以用零件加工表面質(zhì)量對疲勞強度的影響可以用表面狀態(tài)系數(shù)表面狀態(tài)系數(shù) 來表示來表示4 . 06 . 0極限應(yīng)力線圖 4 4、綜合影響系數(shù)、綜合影響系數(shù) 應(yīng)力集中、零件尺寸和表面狀態(tài)都只對應(yīng)力集中、零件尺寸和表面狀態(tài)都只對應(yīng)力幅應(yīng)力幅有影響，對有影響，對平平均應(yīng)力均應(yīng)力沒有明顯影響。沒有明顯影響。kk