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1、第三章 机械零件的疲劳强度3-1 疲劳断裂的过程及表面特征3-2 材料的疲劳曲线及极限应力图3-3 影响零件疲劳强度的因素3-4 零件的疲劳强度计算第三章 机械零件的疲劳强度3-1 疲劳断裂的过程及表面特征3-1 疲劳断裂的过程及表面特征 3-1 疲劳断裂的过程及表面特征过程在疲劳源处产生疲劳裂纹裂纹扩展瞬时断裂疲劳源光滑的疲劳区粗糙的断裂区表面特征光滑的疲劳区粗糙的断裂区3-2（材料的疲劳曲线）3-2 材料的疲劳曲线及极限应力图 3-2 材料（试件）的疲劳曲线及极限应力图疲劳极限rN当循环特性r一定时，应力循环N次 后，材料不发生疲劳破坏的最大应力值。一.疲劳极限及疲劳曲线疲劳曲线表示应力循
2、环次数N与疲劳极限rN的关 系曲线。持久极限如：0、-1循环基数有限寿命区无限寿命区低周高周循环3-2（疲劳曲线）3-2 材料的疲劳曲线及极限应力图疲劳曲线方程：不同r时，rN、r不同：3-2（极限应力图）3-2 材料的疲劳曲线及极限应力图二.材料的极限应力图极限应力图当N一定，r变化时，极限平均应力m与极限应力幅a的关系曲线。工程中常采用简化的极限应力图Goodman简化曲线双折线简化法已知-1、0、s 极限应力图3-2（极限应力图）3-2 材料的疲劳曲线及极限应力图极限应力图的作用确定任意r时的疲劳极限。直线方程：即：将非对称循环变应力折算成对称循环变应力。直线方程：即：安全区疲劳失效区塑
3、性失效区3-3 影响零件疲劳强度的因素3-3 影响零件疲劳强度的因素3-3 影响零件疲劳强度的因素一.有效应力集中系数二.绝对尺寸及截面形状影响系数三.表面质量系数 对 只影响 ，而对 无影响。3-3 零件的极限应力图3-3 影响零件疲劳强度的因素四.强化系数五.综合影响系数六.零件的极限应力图都有影响。直线方程：直线方程：试件零件3-4 零件的疲劳强度计算3-4 零件的疲劳强度计算3-4 零件的疲劳强度计算疲劳强度计算式：变应力稳定变应力非稳定变应力单向双向对称非对称对称非对称有规律随机对称非对称3-4（单向稳定变应力）3-4 零件的疲劳强度计算 一.稳定变应力 不变1.单向稳定变应力对称循
4、环关键：应用零件的极限应力图2.单向稳定变应力非对称循环（1）画零件的极限应力图，并定出工作点M()；3-4（单向稳定变应力）3-4 零件的疲劳强度计算 步骤：（2）根据工作应力变化规律，在极限应力图上找出其疲 劳极限点M；（3）计算安全系数。3-4（单向稳定变应力）3-4 零件的疲劳强度计算 典型的应力变化规律：简单加载方式M点满足OM直线方程：AG直线方程：3-4（单向稳定变应力）3-4 零件的疲劳强度计算 M点：静强度计算：N点：3-4（单向稳定变应力）3-4 零件的疲劳强度计算当变化规律未知时，常按 处理。M点：N点：3-4（双向稳定变应力）3-4 零件的疲劳强度计算3.双向稳定变应力
5、对称循环 零件同时受 作用。定出工作点M求出极限点M(常按 即 处理)3-4（双向稳定变应力）3-4 零件的疲劳强度计算计算安全系数：代入椭圆方程：=S=S3-4（双向稳定变应力）3-4 零件的疲劳强度计算仍采用上式：4.双向稳定变应力非对称循环但其中：3-4（非稳定变应力）3-4 零件的疲劳强度计算 关键：将非稳定变应力转化为稳定变应力。二.有规律非稳定对称循环变应力 步骤：1)非稳定 稳定，求等效应力v和等效循环次数nv；Miner假说 2）计算安全系数。3-4（Miner假说）3-4 零件的疲劳强度计算 Miner假说（疲劳损伤累积假说）零件在非稳定变应力作用下，其损伤是逐步累积的，当累
6、积到一定程度就发生疲劳破坏。数学表达式：在1作用下的实际循环数在1单独作用下的失效循环数 根据疲劳损伤率等效的条件：=常数C损伤率3-4（Miner假说）3-4 零件的疲劳强度计算故，安全系数：3-4（例）3-4 零件的疲劳强度计算例：某一轴受有规律非稳定对称循环变应力作用，如图示，已知th=500h，n=100r/min，材料为45钢调质，220HBS，-1=300MPa，m=9，N0=107，K=2.5，S=1.5。校核其疲劳强度是否安全。二.求等效循环次数nv解：一.计算各变应力循环次数3-4（例）3-4 零件的疲劳强度计算三.计算安全系数取v=1式中：故该轴疲劳强度够。作业一作业一作业
7、：二.P41/习题3-1一.某零件受弯曲应力作用，最大工作应力max=300MPa，最小工作应力min=-50MPa，危险截面的综合影响系数K=1.41，=0.2，s=750MPa，-1=450MPa，B=900MPa，S=1.5。求：1.绘制零件的简化极限应力图，并在图上标出工作应力点M的位置(用直尺按比例作图)；2.当r=C时，校核此零件的疲劳强度是否安全（取KN=1）。三.某零件在非稳定对称循环弯曲应力作用下工作，已知：-1=400MPa，m=9，N0=107。在1=600MPa作用下，工作循环次数n1=105，用Miner方程估计，再受2=450MPa作用下，到破坏前还能继续工作多少循环。