文档介绍：机械设计
(3)
机械零件的抗断裂强度
机械零件的疲劳强度计算
第三章机械零件的强度
机械零件的接触疲劳强度
机械的疲劳特性
§ 材料的疲劳特性
§ 载荷与应力
:大小和方向随时不断变化的载荷。
如汽车齿轮箱中的齿轮、轴、轴承等所受的载荷均为变载荷。
:考虑载荷的时间不均匀性、分布的不均匀性以及其它
影响因素对名义载荷进行修正得到的载荷。
一、载荷
二、名义载荷与计算载荷
静载荷
:大小和方向不随时间变化或变化极缓慢的载荷。
如零件所受到的重力、锅炉稳定工作时所受到的压力等。
变载荷
名义载荷Fn
:根据额定功率用力学公式计算出作用在零件上的载荷。
计算载荷Fca
K
——载荷系数
§ 材料的疲劳特性
三、应力
静应力
变应力
:指不随时间变化或变化缓慢的应力。
:指随时间变化的应力。
注意:
静应力只能由静载荷产生。
静载荷和变载荷均可能产生变应力。
绝大多数机械零件都是处于变应力状态下工作的。
§ 材料的疲劳特性
四、变应力的描述
应力比
(循环特性):
r = -1 对称循环应力
r=0 脉动循环应力
r=1 静应力
平均应力:
应力幅值:
-1,对称循环应力
=
0,脉冲循环应力
1,静应力
描述规律性的变应力有5个参数,但其中只有两个参数是独立的。
疲劳曲线
一、 s-N 疲劳曲线
§ 材料的疲劳曲线
§ 材料的疲劳特性
应力循环特性 r 一定的条件下,记录出在不同最大应力σmax下引起试件疲劳破坏所经历的应力循环次数N,即可得到σ-N疲劳曲线。
静应力强度(AB段):N≤103, σmax几乎不随N变化,可近似看作是静应力强度。
低周疲劳(BC段):N↑→σmax↓。C点对应的循环次数约为104。
有限寿命疲劳阶段(CD段):实践证明大多数机械零件的疲劳发生在CD段,可用下式描述:
无限寿命阶段(D点以后的水平线): D点代表材料的无限寿命疲劳极限,用符号σr∞表示,只要σmax<σr∞,无论N为多大,材料都不会破坏。可用下式描述:
σrN—有限寿命疲劳极限;
C—试验常数;m —材料常数。
s-N疲劳曲线
(ND,σr∞)
§ 材料的疲劳特性
由于ND很大,所以在作疲劳试验时,常
规定一个循环次数N0(称为循环基数)
σr、N0及m的值由材料试验确定。
材料的寿命系数
循环基数N0—————ND
对应的疲劳极限σr ——σr∞
s-N疲劳曲线
(ND,σr∞)
§ 材料的疲劳特性
二、等寿命疲劳曲线(极限应力曲线)
不同的应力比时,疲劳极限的应力幅与平均应力之间的关系曲线。
在工程应用中,常将等寿命曲线用直线来近似替代。
极限应力线图
§ 材料的疲劳特性
已知A点坐标:(0,σ-1)
D点坐标: (σ0/2,σ0/2)
AG直线的方程:
ψσ——试件受循环弯曲应力时的材料常数。
碳钢: ψσ≈~;
合金钢: ψσ≈~。
已知C点坐标:(σS , 0)
CG直线的斜率: k=tan135°=-1
CG直线的方程:
AG直线上任意点代表了一定循环特性时的疲劳极限。
CG直线上任意点的最大应力达到了屈服极限应力。
§ 材料的疲劳特性
正好落在AGC折线上时,表示应力刚好达到疲劳破坏的极限值。
当应力点落在OAGC以外时,一定会发生疲劳破坏。
当循环应力参数( σm,σa )落在OAGC以内时,表示不会发生疲劳破坏。
疲劳破坏的判据: