机械设计-第三章 机械零件的强度(疲劳)

AB（103前）：最大应力值变化很小，相当于静强度状况； BC（103-104）：N增加，σmax减小，有塑性变形特征—应变疲
劳，低周疲劳，不讨论； CD（>104）：有限寿命疲劳阶段 ,任意点的疲劳极限--有限寿
命疲劳极限σrN ，该曲线近似双曲线。
公式描述：
c,m—材料常数 D点后：材料不发生疲劳破坏，无限寿命疲劳阶段,
件的疲劳极限，用综合影响系数Kσ 表示。 如：对称循环弯曲疲劳极限的综合影响系数Kσ。 则：
σ －1试件的对称循环弯曲疲劳极限； σ －1e零件的对称循环弯曲疲劳极限。
不对称时：Kσ 是试件与零件的极限应力幅的比值。
零件的极限应力线图—ADGC 试件线图A’ D’ G’C—综合修正系数Kσ—零件线图ADGC
机械设计
第三章：机械零件的强度（疲劳强度）
主讲老师：吴克勤
第三章 机械零件的强度（疲劳）
一、材料的疲劳特性 1、 σ － N曲线 ①疲劳断裂：变应力下的零件损坏形式，与循环次数有关。 ②特征： σmax< σlim； 脆性材料和塑性材料都突然断裂； 损伤的积累。 ③疲劳极限：循环特征r一定时，应力循环N次后，材料不 发生破坏的最大应力σrN ； ④疲劳曲线：r一定的条件下，表示N与σrN 关系的曲线。
零件的极限应力曲线：
φσe－零件受循环弯曲应力时的材料常数； σ’ae －零件受循环弯曲应力时的极限应力幅； σ’me－零件受循环弯曲应力时的极限平均应力。
Kσ 为弯曲疲劳极限的综合影响系数
kσ－零件的有效应力集中系数（σ 表示在正应力条 件下）；
εσ － 零件的尺寸系数； βσ －零件的表面质量系数； βq －零件的强化系数。 上面所有的计算公式，同样适用于剪切应力。
等寿命疲劳曲线的简化（材料的极限应力线图）
材料的极限应力线图 A’G’方程： CG’方程：
其中：
材料常数：
碳钢φσ 取0.1～0.2； 合金钢φσ 取0.2～0.3。
二、机械零件的疲劳强度计算 影响零件疲劳强度的因素：应力集中、绝对尺寸、表面
状态等。 由于这些影响因素的存在，零件的疲劳极限 AG：
0M ：
N点：
b. σm=C时
有人建议按应力幅校核： N点静强度，同上
c. σmin=C时
AOJ区域：最小应力负值，实际结构很少见，不讨论； CIG区域：极限应力为屈服极限，静强度计算； OJGI区域：疲劳极限AG上，同上。
按极限应力幅：
2、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算 规律性的不稳定变应力：损伤累积假说（Miner法则）； 非规律性的不稳定变应力：统计疲劳强度方法处理。
3、双向稳定变应力时的疲劳强度计算 三、机械零件的抗断裂强度 四、机械零件的接触强度 五、机械零件的可靠性设计简介
1、单向稳定变应力时机械零件的疲劳强度计算 已知：零件的极限应力图； 零件危险剖面上的应力 σmax和σmin。 对应极限应力图上的M点或N点：σa和σm。
根据零件应力的具体变化规律确定极限应力点： a.变应力的应力比保持不变，即r=C 例：转轴中的应力； b.变应力的平均应力保持不变，即σm=C 例：振动着的受载弹簧中的应力状态； c.变应力的最小应力保持不变，即σmin=C 例：紧螺栓连接中螺栓受轴向变载荷时的应力状态。
σr∝ 表示D点对应的疲劳极限（持久疲劳极限）， ND大致106-25x107。
N>ND 时：
规定N0循环基数：其对应σrN0 (σr)，代表ND和σr∞ 。 双曲线公式：
则：
KN－寿命系数
高周疲劳：CD及其以后（大多数通用机械零件属于高周疲劳）。
2、等寿命疲劳曲线： N一定时：试验
等寿命疲劳曲线