机械设计 机械零件的强度VIP免费

第１页共25页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第１页共25页第三章机械零件的强度§3–1材料的疲劳特性一、交变应力的描述静应力，变应力max─最大应力；min─最小应力m─平均应力；a─应力幅值σm=σmax+σmin2σa=σmax−σmin2r=σminσmaxr─应力比（循环特性）【注意】1）已知任意两个参数，可确定其他三个参数。一般已知max，r；2）max，smin指代数值；a为绝对值；3）-1r+1；a=0，r=+1，为静应力第２页共25页第１页共25页－N疲劳曲线编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第２页共25页r=-1对称循环应力r=0脉动循环应力r=1静应力二、疲劳曲线（-N曲线）1.材料的疲劳极限：rN在一定应力比为г的循环变应力作用下，应力循环N次后，材料不发生疲劳破坏时，所能承受的最大应力max。2.疲劳寿命：N材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。г不同或N不同时，疲劳极限rN不同。即rN与r、N有关。疲劳强度计算中，就是以疲劳极限作为lim。第３页共25页第２页共25页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第３页共25页即lim=rN。通过试验可得，疲劳极限rN与循环次数N之间关系的曲线，如上图所示。AB段曲线：N103，计算零件强度时按静强度计算。（rNs）BC段曲线：103N104,零件的破坏为塑性破坏属于低周疲劳破坏。特点：应力高，寿命低。CD段曲线：rN随N的增大而降低。但是当N超过某一次数时（图中ND），曲线趋于水平。即rN不再减小。ND与材料有关，有的相差很大，因此规定一个常数。N0循环基数当NND时，rN=r=r（简记）疲劳曲线以N0为界分为两个区：1）有限寿命区把曲线CD段上的疲劳极限r称为有限疲劳极限（条件～）。当材料受到的工作应力超过r时，在疲劳破坏之前，只第４页共25页第３页共25页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第４页共25页能经受有限次的应力循环。即寿命是有限的。【说明】不同应力比г时的疲劳曲线具有相似的形状。但г↑，rN↑。2）无限寿命区当NN0时，曲线为水平直线，对应的疲劳极限是一个定值，——称为持久疲劳极限，用σrN0表示（简写为r）。在工程设计中，一般认为：当材料受到的应力不超过r时，则可以经受无限次的循环应力而不疲劳破坏——即寿命是无限的。-------------------------------------------------------------------设计中经常用到的是-N曲线的高周疲劳段（CD段）。CD段曲线方程为：σrNmN=C（NcNND）称为疲劳曲线方程显然D（N0，r），也符合上述方程，即：σrmN0=C代入上式得：第５页共25页第４页共25页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第５页共25页σrNmN=σrmN0=CσrN=σrm√N0N=σrKN（3-3）式中:KN——寿命系数m——材料常数【说明】1.计算KN时，如NN0，则取N=N0此时KN=12.对钢件：受拉、压、弯、扭时：m=620；N0=（110）106。初步计算，受弯曲疲劳时，中等尺寸零件取m=9，N0=5106；大尺寸零件取m=9，N0=107。3．无限寿命设计：零件的寿命NN0，（强度指标为r）有限寿命设计：零件的寿命NN0，（强度指标为rN）有限寿命设计的意义：在于当零件的设计寿命低于N0时，可以适当提高疲劳极限应力。亦即零件承受的工作应第６页共25页第５页共25页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第６页共25页力可以更大些，以充分发挥材料的能力。工程中经常用到的是对称循环（г=-1）下的疲劳极限1或1N，计算时，只需把式中r，rN，换成1和1N即可。4．对于受切应力的情况，把换成即可。5．大多数钢的疲劳曲线形状类似上图所示。但是，高强度合金钢和有色金属的（-N）曲线没有水平部分，不存在无限寿命区，因此，工程上常规定一个循环基数N0，而将此基数N0下的条件疲劳极限作为材料疲劳强度的基本指标。也记为r。请想想：N曲线有什么用途？（求任意r下的rN）三、等寿命疲劳曲线（极限应力线图）ma极限应力线图以上所讨论的－N曲线是材料承...