機(jī)械零件的強(qiáng)度靜應(yīng)力變應(yīng)力——不隨時(shí)間改變或變化緩慢——隨時(shí)間作周期性或非周期性變化變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力——周期性循環(huán)變應(yīng)力非穩(wěn)定變應(yīng)力——非周期性循環(huán)變應(yīng)力穩(wěn)定變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力對稱循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力4、1、2應(yīng)力得分類σ=常數(shù)σttσmaxσminσaσmσmaxσaσmσmaxσaσmin對稱循環(huán)變應(yīng)力脈動循環(huán)變應(yīng)力非對稱循環(huán)變應(yīng)力靜應(yīng)力OσtOσOσtO幾個(gè)應(yīng)力參數(shù)平均應(yīng)力:應(yīng)力幅:對稱循環(huán):σm=0;σa=σmax脈動循環(huán):σm=σa=σmax/2循環(huán)特征:——表示應(yīng)力變化得情況對稱循環(huán)r=-1脈動循環(huán)r=0非對稱循環(huán)r≠0且|r|≠1;靜應(yīng)力r=+1用σr表示循環(huán)特征為r得變應(yīng)力。如σ-1、σ0等注意:變載荷→變應(yīng)力靜載荷→靜應(yīng)力？或變應(yīng)力nP●an主要失效形式:斷裂或塑性變形強(qiáng)度條件:σ≤[σ]或τ≤[τ]許用應(yīng)力:σlim、τlim—極限應(yīng)力s—安全系數(shù)4、2機(jī)械零件得靜強(qiáng)度塑性材料:σlim=σs;τlim=τs脆性材料:σlim=σB;τlim=τBσB、τB—材料強(qiáng)度極限σs、τs—材料屈服極限強(qiáng)度條件也可用安全系數(shù)來表示4、3機(jī)械零件得疲勞強(qiáng)度疲勞斷裂具有以下特征:1)疲勞斷裂得最大應(yīng)力遠(yuǎn)比靜應(yīng)力下材料得強(qiáng)度極限低,甚至比屈服極限低;2)不管脆性材料或塑性材料,其疲勞斷口均表現(xiàn)為無明顯塑性變形得脆性突然斷裂;3)疲勞斷裂就是損傷得積累,她得初期現(xiàn)象就是在零件表面或表層形成微裂紋,這種微裂紋隨著應(yīng)力循環(huán)次數(shù)得增加而逐漸擴(kuò)展,直至余下得未裂開得截面積不足以承受外荷載時(shí),零件就突然斷裂在變應(yīng)力作用下,機(jī)械零件得主要失效形式就是疲勞斷裂4、3、1疲勞斷裂特征大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點(diǎn)初始裂紋疲勞區(qū)(光滑)粗糙區(qū)強(qiáng)度條件:σlim=？疲勞破壞與零件得變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)有關(guān)N—應(yīng)力循環(huán)次數(shù)σrN—疲勞極限(對應(yīng)于N)N0—循環(huán)基數(shù)σr—持久極限軸4、3、2疲勞極限對任一給定得應(yīng)力循環(huán)特性r,當(dāng)應(yīng)力循環(huán)N次后,材料不發(fā)生疲勞破壞得最大應(yīng)力稱為疲勞極限,以σrN

表示。以N或lgN為橫坐標(biāo),σrN或lgσrN

為縱坐標(biāo),把表示σrN

(或lgσrN

)和N(或lgN)得關(guān)系曲線稱為疲勞曲線或σ-N曲線由此得:與應(yīng)力狀態(tài)有關(guān)得指數(shù)金屬材料得疲勞曲線可分為如下兩類:對于大多數(shù)黑色金屬及其合金,當(dāng)應(yīng)力循環(huán)次數(shù)N高于某一數(shù)值N0后,疲勞曲線呈現(xiàn)為水平直線;而對有色合金和高硬度合金鋼,無論N值多大,疲勞曲線也不存在水平部分有明顯水平部分得疲勞曲線可以分為兩個(gè)區(qū)域:N<N0得部分稱為有限壽命區(qū),N≥N0得部分稱為無限壽命區(qū)s－N疲勞曲線鋼m=9——拉、彎應(yīng)力、剪應(yīng)力m=6——接觸應(yīng)力青銅m=9——彎曲應(yīng)力m=8——接觸應(yīng)力對任何材料(標(biāo)準(zhǔn)試件)而言,對不同得應(yīng)力循環(huán)特性下有不同得持久極限,即每種應(yīng)力循環(huán)特性下都對應(yīng)著該材料得最大應(yīng)力,再由應(yīng)力循環(huán)特性可求出和、以為橫坐標(biāo)、為縱坐標(biāo),即可得材料在不同應(yīng)力循環(huán)特性下得極限和得關(guān)系圖4、3、3疲勞極限應(yīng)力圖同一種材料在不同得應(yīng)力循環(huán)特性下得疲勞極限圖

折線以內(nèi)為疲勞和塑性安全區(qū),折線以外為疲勞和塑性失效區(qū),工作應(yīng)力點(diǎn)離折線越遠(yuǎn),安全程度愈高。4、3、4影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度得主要因素影響機(jī)械零件疲勞強(qiáng)度得因素很多,有應(yīng)力集中、零件尺寸、表面狀況、環(huán)境介質(zhì)、加載順序和頻率等,1、應(yīng)力集中得影響有效應(yīng)力集中系數(shù):材料、尺寸和受載情況都相同得一個(gè)無應(yīng)力集中試樣與一個(gè)有應(yīng)力集中試樣得疲勞極限得比值,即式中:σ-1、(σ-1)k———無應(yīng)力集中試樣和有應(yīng)力集中試樣得疲勞極限。2、絕對尺寸得影響當(dāng)其她條件相同時(shí),零件尺寸越大,則其疲勞強(qiáng)度越低。其原因就是由于尺寸大時(shí),材料晶粒粗,出現(xiàn)缺陷得概率大,機(jī)加工后表面冷作硬化層相對較薄,疲勞裂紋容易形成。截面絕對尺寸對疲勞極限得影響,可用絕對尺寸系數(shù)εσ表示。絕對尺寸系數(shù)定義:直徑為d得試樣得疲勞極限(σ-1)d

與直徑d0=6～10mm得試樣得疲勞極限(σ-

1)d0得比值,即3、表面狀態(tài)得影響表面狀態(tài)包括表面粗糙度和表面處理得情況。零件表面光滑或經(jīng)過各種強(qiáng)化處理(如噴丸、表面熱處理或表面化學(xué)處理等),可以提高零件得疲勞強(qiáng)度表面狀態(tài)對疲勞極限得影響可用表面狀態(tài)系數(shù)β表示。表面狀態(tài)系數(shù)定義:試樣在某種表面狀態(tài)下得疲勞極限(σ-

1)β與精拋光試樣(未經(jīng)強(qiáng)化處理)得疲勞極限(σ-

1)β0得比值由實(shí)驗(yàn)得知,應(yīng)力集中、尺寸效應(yīng)和表面狀態(tài)只對應(yīng)力幅有影響,對平均應(yīng)力沒有影響。通常,可將這三個(gè)系數(shù)綜合考慮,稱為綜合影響系數(shù),即在計(jì)算時(shí),零件得工作應(yīng)力幅要乘以綜合影響系數(shù)4、3、5許用疲勞極限應(yīng)力圖對于有應(yīng)力集中、絕對尺寸和表面狀態(tài)影響得零件,在計(jì)算安全系數(shù)時(shí)必須考慮綜合影響系數(shù)(kσ)D或(kτ)D和壽命系數(shù)kN

對疲勞強(qiáng)度得影響在簡化疲勞極限應(yīng)力圖基礎(chǔ)上得到許用疲勞極限應(yīng)力4、3、6穩(wěn)定變應(yīng)力狀態(tài)下機(jī)械零件得疲勞強(qiáng)度計(jì)算1、許用應(yīng)力法機(jī)械零件在變應(yīng)力作用下得疲勞強(qiáng)度計(jì)算與靜強(qiáng)度計(jì)算相似,即零件危險(xiǎn)點(diǎn)處得最大工作應(yīng)力應(yīng)小于或等于零件得許用應(yīng)力危險(xiǎn)點(diǎn)處得最大工作應(yīng)力σmax仍按靜載荷時(shí)得應(yīng)力公式計(jì)算,其許用應(yīng)力取零件得疲勞極限σrN除以規(guī)定得安全系數(shù)Sσ零件在對稱循環(huán)下得許用應(yīng)力用[σ-1]來表示,則對稱循環(huán)下得疲勞強(qiáng)度條件為對某些受不對稱循環(huán)變應(yīng)力得零件,其疲勞強(qiáng)度條件可取為式中,σa、[σa]分別為零件所受得最大工作應(yīng)力幅和許用應(yīng)力幅。進(jìn)行零件疲勞強(qiáng)度計(jì)算時(shí),首先根據(jù)零件危險(xiǎn)截面上得σmax及σmin確定平均應(yīng)力σm與應(yīng)力幅σa,然后,在極限應(yīng)力線圖得坐標(biāo)中標(biāo)示出相應(yīng)工作應(yīng)力點(diǎn)n或m。根據(jù)零件工作時(shí)所受得約束來確定應(yīng)力可能發(fā)生得變化規(guī)律,從而決定以哪一個(gè)點(diǎn)來表示極限應(yīng)力。機(jī)械零件可能發(fā)生得典型得應(yīng)力變化規(guī)律有以下三種:應(yīng)力比為常數(shù):r=C平均應(yīng)力為常數(shù)σm=C最小應(yīng)力為常數(shù)σmin=C相應(yīng)的疲勞極限應(yīng)力應(yīng)是極限應(yīng)力曲線上的某一個(gè)點(diǎn)所代表的應(yīng)力。2、安全系數(shù)法危險(xiǎn)截面處得S≥[S](1)單向應(yīng)力狀態(tài)時(shí)得安全系數(shù)1、——大多數(shù)轉(zhuǎn)軸中得應(yīng)力狀態(tài)∴過原點(diǎn)與工作應(yīng)力點(diǎn)M或N作連線交ADG于M1′和N1′點(diǎn),由于直線上任一點(diǎn)得應(yīng)力循環(huán)特性均相同,M1′和N1′點(diǎn)即為所求得極限應(yīng)力點(diǎn)a)當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位于OAG內(nèi)極限應(yīng)力為疲勞極限,按疲勞強(qiáng)度計(jì)算零件得極限應(yīng)力(疲勞極限)正應(yīng)力安全系數(shù)同理,切應(yīng)力安全系數(shù)ψσ、ψτ就是將平均應(yīng)力折合為應(yīng)力幅得等效系數(shù),其大小表示材料對循環(huán)不對稱特性得敏感程度b)工作應(yīng)力點(diǎn)位于OGC內(nèi)極限應(yīng)力為屈服極限,按靜強(qiáng)度計(jì)算2、——振動中得受載彈簧得應(yīng)力狀態(tài)需在極限應(yīng)力圖上找一個(gè)其平均應(yīng)力與工作應(yīng)力相同得極限應(yīng)力,如圖,過工作應(yīng)力點(diǎn)M(N)作與縱軸平行得軸線交AGC于M2′(N2′)點(diǎn),即為極限應(yīng)力點(diǎn)

a)當(dāng)工作應(yīng)力點(diǎn)位于OAGH區(qū)域極限應(yīng)力為疲勞極限

強(qiáng)度條件:

b)工作應(yīng)力點(diǎn)位于GHC區(qū)域極限應(yīng)力為屈服極限

強(qiáng)度條件為:

3、——變軸向變載荷得緊螺栓聯(lián)接中得螺栓應(yīng)力狀態(tài)

∴過工作應(yīng)力點(diǎn)M(N)作與橫坐標(biāo)成45°得直線,則這直線任一點(diǎn)得最小應(yīng)力均相同,∴直線與極限應(yīng)力線圖交點(diǎn)即為所求極限應(yīng)力點(diǎn)。

a)工作應(yīng)力點(diǎn)位于OJGI區(qū)域內(nèi)求AG與MM3′得交點(diǎn):強(qiáng)度條件:極限應(yīng)力為疲勞極限,按疲勞強(qiáng)度計(jì)算c)工作應(yīng)力位于OAJ區(qū)域內(nèi)b)工作應(yīng)力點(diǎn)位于IGC區(qū)域極限應(yīng)力為屈服極限按靜強(qiáng)度計(jì)算∵極限應(yīng)力點(diǎn)為靜強(qiáng)度條件——為負(fù)值,工程中罕見,故不作考慮。

5)等效應(yīng)力幅

注意:1)若零件所受應(yīng)力變化規(guī)律不能肯定,一般采用r=C得情況計(jì)算2)上述計(jì)算均為按無限壽命進(jìn)行零件設(shè)計(jì),若按有限壽命要求設(shè)計(jì)零件時(shí),即應(yīng)力循環(huán)次數(shù)103(104)<N<No時(shí),這時(shí)上述公式中得極限應(yīng)力應(yīng)為有限壽命得疲勞極限,即應(yīng)以σ-1N代σ-1,以σoN代σo3)當(dāng)未知工作應(yīng)力點(diǎn)所在區(qū)域時(shí),應(yīng)同時(shí)考慮可能出現(xiàn)得兩種情況4)對切應(yīng)力上述公式同樣適用,只需將σ改為τ即可。(2)復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)時(shí)得安全系數(shù)很多零件(如轉(zhuǎn)軸)在工作時(shí)同時(shí)受有彎曲應(yīng)力和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力得復(fù)合變應(yīng)力作用。根據(jù)試驗(yàn)研究和理論分析,可導(dǎo)出零件在對稱循環(huán)彎扭復(fù)合應(yīng)力狀態(tài)下得疲勞強(qiáng)度安全系數(shù)計(jì)算式為式中得Sσ和Sτ可根據(jù)下面得公式計(jì)算:4、3、7非穩(wěn)定變應(yīng)力狀態(tài)下機(jī)械零件得疲勞強(qiáng)度計(jì)算非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力得種類常見得非穩(wěn)定循環(huán)變應(yīng)力有兩種:規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力:應(yīng)力按一定規(guī)律周期性變化,且應(yīng)力幅也就是按一定規(guī)律周期性變化(2)隨機(jī)性非穩(wěn)定變應(yīng)力:應(yīng)力得變化不呈周期性,而帶有偶然性,隨機(jī)性非穩(wěn)定變應(yīng)力可采用統(tǒng)計(jì)概率分布方法轉(zhuǎn)化成規(guī)律性非穩(wěn)定變應(yīng)力。疲勞損傷累積假說就是:在疲勞裂紋形成和擴(kuò)展得過程中,零件或材料內(nèi)部得損傷就是逐漸積累得,積累到一定程度才發(fā)生斷裂。用統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行疲勞強(qiáng)度計(jì)算不穩(wěn)定變應(yīng)力非規(guī)律性規(guī)律性按損傷累