02-机械零件强度计算(2)

B( B ,0) 0 02 , 2 )

a 0, max lim m , 1 强度极限点 a m a m

D (

max 20

2

0

脉动疲劳极限点

2

C ( s ,0)

屈服极限点

简化极限应力线图：——简化极限应力图 A D G C 作法：考虑材料的最大应力不超过疲劳极限，得 A D 及延长线 考虑塑性材料的最大应力不超过屈服极限，得 G C15

三、影响机械零件疲劳强度的主要因素和零件极限应力图由于实际机械零件与标准试件之间在绝对尺寸、表面状态、 应力集中、环境介质等方面往往有差异，这些因素的综合影响 使零件的疲劳极限不同于材料的疲劳极限，其中尤以应力集中、 零件尺寸和表面状态三项因素对机械零件的疲劳强度影响最大。 1、应力集中的影响——有效应力集中系数 k (k ) 零件受载时，在几何形状突变处(圆角、凹槽、孔等)要产 生应力集中，对应力集中的敏感程度与零件的材料有关，一般材 料强度越高，硬度越高，对应力集中越敏感 k 1 q ( 1) max max k 1 q ( 1)

( ) ——应力集中源处名义应力 max ( max ) ——应力集中源处最大应力

,

q (q ) ——材料对应力集中的敏感系数——为考虑零件几何形状的理论应力集中系数16

2、零件尺寸的影响——尺寸系数 ( ) 由于零件尺寸愈大时，材料的晶粒较粗，出现缺陷的概率 大，而机械加工后表面冷作硬化层相对较薄，所以对零件疲劳 强度的不良影响愈显著 3、表面状态的影响 1)表面质量系数 ( ) 零件加工的表面质量(主要指表面粗糙度)对疲劳强度的影响

钢的 B 越高，表面愈粗糙， ( ) 愈低2)表面强化系数

q

考虑对零件进行不同的强化处理，对零件疲劳强度的影响 强化处理——评火、渗氮、渗

碳、热处理、抛光、喷丸、 滚压等冷作工艺17

4、综合影响系数 k (k ) 和零件的极限应力图 ∵应力集中，零件尺寸和表面状态 , , , q 只对应力幅 有影响，而对平均应力 m无影响——试验而得 1)综合影响系数

a

k ( k )k 1 1 k ( 1) q k 1 1 k ( 1) q

综合影响系数表示了材料极限应力幅与零件极限应力幅的比值k a (标准试件的极限应力幅) (标准试件对称循环的疲劳极限) 对称循环 1 ae (零件的极限应力幅) 1e (零件试件对称循环的疲劳极限)18

2、零件的极限应力图 由于 k 只对 a 有影响，而对 m无影响，∴在材料的极限 应力图 A´D´G´C上几个特殊点以坐标计入 k 影响 a A'(0, 1) D'( 0/2, 0/2) A

零件对称循环疲劳点

A(0, 1 / k ) /K

M'( 'me, 'ae) D

G' G

零件脉动循环疲劳点

0/2K

D( 0 / 2, 0 / 2k )

45° O

135° C( s,0) m

AG——许用疲劳极限曲线，GC——屈服极限曲线

a

直线AG方程 :

A'(0, 1) D'( 0/2, 0/2) A

1e

1k

ae e me

M'( 'me, 'ae) D

G' G

/K

或 1 k ae me

0/2K

45° O

135° C( s,0) m

——标准试件中的材料特性

2 1 0

0k 1 2 1 0 k 0

——零件的材料特性 e直线CG方程：

e

e

ae me s20

四、单向稳定变应力时的疲劳强度计算1、 min / max C ——大多数转轴中的应力状态 a A M' 1 M N O 'me N' 1 C m

D

G

'ae

a ( max lin ) / 2 1 常数 m ( max lin ) / 2 1

∴过原点与工作应力点M或N作连线交ADG于M1´和N1´点， 由于直线上任一点的应力循环特性均相同, M1´和N1´点即为所 求的极限应力点 21

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