第02章机械零部件设计中的强度与耐磨性.ppt

第02章机械零部件设计中的强度与耐磨性
第1页，共65页，2022年，5月20日，13点15分，星期五
载荷系数 K ----考虑各种附加载荷因素的影响。
名义载荷-----在理想的平稳工作条件下作用在零件上
数个）
第二阶段、
裂纹端部在切应力下发生反复塑性变形，裂纹扩展
直至发生疲劳断裂
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2、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) 疲劳断口均表现为无明显塑性变形的脆性突然断裂;
3) 疲劳断裂是微观损伤积累到一定程度的结果。
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，直至余下的未断裂的截面积不足以承受外载荷时，就突然断裂。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。所以疲劳断裂是与应力循环次数(即使用期限或寿命)有关的断裂。
不管脆性材料或塑性材料，
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3、疲劳断裂截面
由 光滑的疲劳发展区
和 粗糙的脆性断裂区 组成
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§ 疲劳极限
一、两个概念
1）材料的疲劳极限 ：对任意给定的应力循环特性 ，当应
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 。
（变应力的大小可按其最大应力进行比较）
2）疲劳寿命 N： 材料疲劳失效前所经历的应力循环次数。
不同或 N 不同时，疲劳极限 则不同。
在疲劳强度计算中，取 ＝ 。
r
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二、疲劳曲线（ - N 曲线）
是在循环特性 一定时，表示循环次数 N（lgN） 与疲劳极限 (lg )之间关系的曲线。
1. 第一类金属材料的疲劳曲线（如图所示：）
s－N 疲劳曲线
有限寿命区
无限寿命区
s－N 疲劳曲线
有限寿命区
无限寿命区
大多数黑色金属及其合金，当 N ≥N 0 时，疲劳曲线呈现为 水平直线。
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可以看出： 随 N 的
增大而减小。但是当 N 超过
某一循环次数 N0 时，曲线
趋于水平。即 不再随 N
的增大而减小。
典型的疲劳曲线如图所示：
s－N 疲劳曲线
有限寿命区
无限寿命区
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典型的疲劳曲线如图所示：
N0 --- 应力循环基数。
以 N0 为界，曲线分为两个区：
1）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，用 表示。它是表征材料疲劳强度的重要指标，是疲劳设计的基本依据。
s－N 疲劳曲线
有限寿命区
无限寿命区
可以认为：当材料受到的应力不超过 时，则可以经受无限
次的应力循环而不疲劳破坏。－－寿命是无限的。
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疲劳极限
与曲线的两个区相对应，疲劳设计分为：
2）有限寿命设计： N ＜ N0 时的设计。取 ＝ 。
设计中常用的是疲劳曲线上的 AB 段，其方程为：
（常数）
－－－－称为疲劳曲线方程
2）有限寿命区： 非水平段（N＜N0）的疲劳极限称为条件疲劳极限， 用 表示 。当材料受到的工作应力超过 时，在疲劳破坏之前，只能经受有限次的应力循环。－－寿命是有限的。
1）无限寿命设计： N ≥ N0 时的设计。取 ＝ 。
s－N 疲劳曲线
有限寿命区
无限寿命区
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显然，B点的坐标满足AB的方程，即
，代入上式得：
式中：
C ——试验常数；
m — 特性系数，与材料性能和应力状态有关。
— 对应于 的疲劳极限，材料的疲劳极限。
N 0
---应力循环基数，随材料不同而不同。
通常 HBS≤350 的