第4章-無限壽命設(shè)計法課件

第4章無限壽命設(shè)計法1第4章無限壽命設(shè)計法14.1概述疲勞壽命設(shè)計方法包括：無限壽命設(shè)計法和有限壽命設(shè)計法（名義應(yīng)力法和局部應(yīng)力應(yīng)變法）。無限壽命設(shè)計法的出發(fā)點：零件在設(shè)計應(yīng)力下能長期安全使用。（20世紀40年代由謝聯(lián)先提出，目前仍廣泛使用）使用條件：等幅加載時，工作應(yīng)力smax<s-1(疲勞極限)變幅、交變應(yīng)力中，如果超過疲勞極限的過載應(yīng)力數(shù)值不大、作用次數(shù)又很少時，可忽略，而按作用次數(shù)較多的最大交變應(yīng)力smax<s-1(疲勞極限)進行設(shè)計。適用范圍地面上固定不動的民用機械（對重量沒有限制）設(shè)計方法先由靜強度設(shè)計確定出零件尺寸，再進行疲勞強度校核。24.1概述疲勞壽命設(shè)計方法包括：無限壽命設(shè)計法和有限壽命設(shè)4.2設(shè)計計算公式對稱循環(huán)（R=-1）強度條件34.2設(shè)計計算公式對稱循環(huán)（R=-1）3現(xiàn)代機械設(shè)計手冊——疲勞強度與可靠性設(shè)計恒幅對稱循環(huán)的計算公式該公式認為有效應(yīng)力集中系數(shù)Kσ、尺寸系數(shù)ε、表面系數(shù)β三者相互獨立，其對疲勞強度的綜合影響呈線性關(guān)系。因其公式簡單，在工程上得到廣泛應(yīng)用。實際上三者并非相互獨立，例如當零件的應(yīng)力集中較大或粗糙度較高時，尺寸效應(yīng)會減弱。4現(xiàn)代機械設(shè)計手冊——疲勞強度與可靠性設(shè)計恒幅對稱循環(huán)的計算公簡單對稱循環(huán)（R=常數(shù)）強度條件5簡單對稱循環(huán)（R=常數(shù)）強度條件5平均應(yīng)力sm保持不變檢查兩個安全系數(shù)6平均應(yīng)力sm保持不變6最小應(yīng)力smin保持不變檢查兩個安全系數(shù)7最小應(yīng)力smin保持不變74.3材料疲勞極限和影響系數(shù)確定方法一.σ-1與τ-1的確定方法σ-1：拉壓載荷取對稱拉壓疲勞極限σ-1l，其余的均為材料的彎曲疲勞極限σ-1。τ-1：均為材料的對稱扭轉(zhuǎn)疲勞極限τ-1。可用以下三種方法來確定σ-1與τ-1試驗法（第2章的相關(guān)方法進行彎曲或扭轉(zhuǎn)試驗）查表法估算法84.3材料疲勞極限和影響系數(shù)確定方法一.σ-1與τ-1的二.影響系數(shù)的選取疲勞缺口系數(shù)Kσ，Kτ的選取直接試驗法影響系數(shù)法敏感系數(shù)法正應(yīng)力下的Kσ可用式（3-8）計算，切應(yīng)力下的Kτ可近似借用正應(yīng)力下的公式計算，敏感系數(shù)由圖3-3查得。在理論應(yīng)力集中系數(shù)已知的情況下，疲勞缺口系數(shù)也可由史（3-3）計算，敏感系數(shù)由圖3-3查得。尺寸系數(shù)ε的確定。查圖3-5、3-6選取，或用式（3-10）計算表面加工系數(shù)β1的確定。根據(jù)表面終加工方法和強度極限，查圖3-7；根據(jù)表面終加工方法和屈強比，查圖3-8；根據(jù)以上兩種方法查出的結(jié)果取平均值。9二.影響系數(shù)的選取9三.平均應(yīng)力折算系數(shù)的選取正應(yīng)力拉伸平均應(yīng)力折算系數(shù)（R>-1）由式（3-27）得到：壓縮平均應(yīng)力折算系數(shù)（R<-1）可保守地取φσ

=0，偏于安全。切應(yīng)力建議：10三.平均應(yīng)力折算系數(shù)的選取10四.許用安全系數(shù)的確定經(jīng)驗法對于有足夠使用經(jīng)驗的產(chǎn)品，許用安全系數(shù)可根據(jù)經(jīng)驗確定。若無具體的許用安全系數(shù)數(shù)據(jù)，推薦使用如下數(shù)據(jù)：軋鋼件和鍛鋼件：[n]=1.5~2.5；鑄鋼件：[n]=1.8~2.8；試驗與計算精度高、材質(zhì)均勻時，[n]取1.3~1.5；重要零部件加大1.3~1.5倍。分解法[n]=nsn1ns為強度安全系數(shù)，當材料的性能比較均勻時，ns=1.1~1.2；當材料性能不均勻時，ns=1.5；n1為應(yīng)力安全系數(shù)，當載荷及應(yīng)力都很精確時，n1=1.1~1.2;當載荷及應(yīng)力不精確且有沖擊時，n1=1.5~2.0。用可靠性理論計算（略）11四.許用安全系數(shù)的確定11解：（1）基本思路：非對稱循環(huán)載荷。用公式（4-3）進行校核。（2）用敏感系數(shù)法求Kσ。其中，Kt值已知，需要確定的是q和β1。4.4例題如圖所示為梯形圓截面合金鋼桿，D=42mm，d=30mm，r=3.5mm。已知桿表面精車加工，凹槽的理論應(yīng)力集中系數(shù)為Kt=3.5；σb=1000Mpa；σ-1=400Mpa；Pmax=45000N,Pmin=450N的軸向交變載荷作用下工作。設(shè)安全系數(shù)[n]=2，校核其強度。12解：（1）基本思路：非對稱循環(huán)載荷。用公式（4-3）進行校核求q值。由式（3-7a）計算敏感系數(shù)的公式(也可用式（3-6）計算)其中r=3.5(已知條件)a由圖3-4查得。對應(yīng)σb=1000MPa，a=0.26求表面加工系數(shù)β1。由圖3-7得β1=0.92。(也可用式（3-4）計算)13求q值。由式（3-7a）計算敏感系數(shù)的公式(也可用式（3-6（3）查尺寸系數(shù)由圖（3-6）查得合金鋼的彎曲尺寸系數(shù)。其中曲線6對應(yīng)強度極限為1000MPa.D=42mm時，ε=0.63；d=30mm時，ε=0.70。對于拉壓情況，當直徑小于50mm時，無尺寸效應(yīng)，所以ε=1.(P54,影響因素（1）)（4）計算KσD值。（5）計算缺口試樣的平均應(yīng)力折算系數(shù)φσ。用式（3-27）其中，真斷裂強度（式3-23）

14（3）查尺寸系數(shù)由圖（3-6）查得合金鋼的彎曲尺寸系數(shù)。其中（6）計算σmax,σmin,σm,σa

。（7）校核。滿足強度要