文档介绍：第4章机械零件的工作能力\机械零件的强度\ 在变应力作用下,机械零件的主要失效形式是疲劳断裂。表面无缺陷的金属材料,其疲劳断裂过程分为两个阶段:第一阶段是零件表面上应力较大处的材料发生剪切滑移,产生初始裂纹,形成疲劳源,疲劳源可以有一个或数个;第二阶段是裂纹尖端在切应力下发生反复塑性变形,使裂纹扩展直至发生疲劳断裂。实际上,材料内部的夹渣、微孔、晶界以及表面划伤、裂纹、腐蚀等都有可能产生初始裂纹。因此一般说零件的疲劳过程是从第二阶段开始的,应力集中促使表面裂纹产生和发展。 通常疲劳断裂具有以下特征:1)疲劳断裂的最大应力远比静应力下材料的强度极限低,甚至比屈服极限低;2)不管脆性材料或塑性材料,其疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂;3)疲劳断裂是损伤的积累,它的初期现象是在零件表面或表层形成微裂纹,这种微裂纹随着应力循环次数的增加而逐渐扩展,直至余下的未裂开的截面积不足以承受外荷载时,零件就突然断裂。、荷载小和表面应力集中大并有三个初始裂纹的疲劳断裂截面。在断裂截面上明显地有两个区域:一个是在变应力重复作用下裂纹两边相互摩擦形成的表面光滑区;一个是最终发生脆性断裂的粗粒状区。 疲劳断裂不同于一般静力断裂,它是损伤到一定程度后,即裂纹扩展到一定程度后,才发生的突然断裂。所以疲劳断裂与应力循环次数(即使用期限或寿命)密切相关。①疲劳极限 对任一给定的应力循环特性r,当应力循环N次后,材料不发生疲劳破坏的最大应力称为疲劳极限,以σrN表示。 以N或lgN为横坐标,σrN或lgσrN为纵坐标,把表示σrN和N的关系曲线称为疲劳曲线或σ-N曲线()。金属材料的疲劳曲线可分为如下两类:对于大多数黑色金属及其合金,当应力循环次数N高于某一数值N0后,疲劳曲线呈现为水平直线();而对有色合金和高硬度合金钢,无论N值多大,疲劳曲线也不存在水平部分()。 N0称为应力循环基数,它随材料不同而有不同的数值。通常,对HBS≤350的钢,N0≈107;对HBS>350的钢,N0≈25 ×107。 Page 1 of 2第4章机械零件的工作能力2011-5-10./course/course/ 有明显水平部分的疲劳曲线可以分为两个区域:N<N0的部分称为有限寿命区,N≥N0的部分称为无限寿命区。有限寿命区应力循环次数和疲劳极限之间的关系可用下列方程表示: σmrNN=σmrN0=C ()式中 C——试验常数; m——随应力状态而不同的特性系数,例如对受弯钢制零件,m=9;σr——相应于应力循环基数N0的疲劳极限,称为材料的疲劳极限。从式()可求得对应于循环次数N的弯曲疲劳极限 () ②许用应力 变应力下,应取材料的疲劳极限作为极限应力。同时还应考虑零件的切口和沟槽等截面突变、绝对尺寸和表面状态等影响,为此引入有效应力集中系数kσ、尺寸系数εσ和表面状态系数β等。许用应力为 [σr]=εσβσr/(kσS) ()例如,当应力为对称循环变化时,许用应力为 [σ-1]=εσβσ-1/(kσS) () 当应力为脉动循环变化时,许用应力为 [σ0]=εσβσ0/(kσS) ()式中: S--安全系数; σ-1--材料的对称循环疲劳极限;σ0--材料的脉动循环疲劳极限;εσ,β,kσ--其值可在材料力学或有关设计手册中查得。 以上所述为"无限寿命"下零件的许用应力。若零件在整个使用期限内,其循环总次数N小于循环基数N0时,可根据式()求得对应于N得疲劳极限σrN。代入式()后,可得"有限寿命"下零件的许用应力。由于σrN大于σr,故采用σrN可得到较大的许用应力,从而减小零件的体积和重量。Page 2 of 2第4章机械零件的工作能力2011-5-10./course/course/⒈人生哲理.....①人生似一束鲜花,仔细观赏,才能看到它的美丽;人生似一杯清茶,细细品味,才能赏出真味道。我们应该从失败中、从成功中、从生活品味出人生的哲理。②生命是盛开的花朵,它绽放得美丽,舒展,绚丽多资;生命是精美的小诗,清新流畅,意蕴悠长;生命是优美的乐曲,音律和谐,宛转悠扬;生命是流淌的江河,奔流不息,滚滚向前。③生活如花,姹紫嫣