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
2、。,一.疲劳极限及疲劳曲线,疲劳曲线表示应力循环次数N与疲劳极限rN的关 系曲线。,持久极限 如：0、-1,循环基数,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
3、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
4、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
5、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,=S,3-4 （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
6、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=10
7、0r/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：,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。,
