第3章機械零件的疲勞強度機械設計平安—壽命設計：在規(guī)定的任務期限內，不允許出現(xiàn)疲勞裂紋，一旦出現(xiàn)即以為零件失效。破損—平安設計：允許零件存在裂紋，但須保證在規(guī)定的任務期限內能平安可靠地任務。在交變應力作用下即使應力低于極限應力，塑性很好的資料也會發(fā)生破壞〔疲勞破壞〕。疲勞破壞占破壞的80%以上。在交變應力下是以σrN作為極限應力。零件疲勞強度計算方法有兩種：3.1疲勞斷裂的特征

發(fā)生過程：外表小裂紋應力集中裂紋擴展宏觀疲勞紋部分斷裂交變應力反復作用初始裂紋疲勞區(qū)(光滑)粗糙區(qū)軸在交變應力作用下零件主要失效方式之一為疲勞斷裂。表3.13.2疲勞曲線和疲勞極限應力圖3.2.1疲勞極限3.2.2疲勞曲線(固定r)在一定的循環(huán)特性r下，變應力循環(huán)N次后，不發(fā)生疲勞破壞的最大應力。NσσrNσrNN0疲勞曲線有限壽命區(qū)N—應力循環(huán)次數(shù)σrN—疲勞極限〔對應于N〕σr—耐久極限N0—循環(huán)基數(shù)強度條件：σ≤[σ]σlim=？變應力時，取σlim=σr〔無限壽命〕 或σlim=σrN〔有限壽命〕各種資料的σr可從有關手冊中查取—壽命系數(shù)=13〕r不同，同一資料疲勞曲線不同留意點：與，類似1〕1.有限壽命的高周循環(huán)區(qū)與應力形狀有關的指數(shù)為循環(huán)基數(shù)，與資料有關2〕2.無限壽命區(qū)疲勞曲線為一程度線，疲勞極限不隨N的添加而降低。是根據(jù)光滑小試件的實驗結果繪制的。實驗是在不同循環(huán)特性(r=-1～＋１)和一樣循環(huán)次數(shù)〔等壽命〕的條件下進展。通常?。危盀椋保埃坊颍保埃丁嶒灲Y果即為資料的疲勞極限3.2.3極限應力圖〔表示資料在不同的循環(huán)特性下不同的疲勞極限〕１〕塑性資料

疲勞極限圖簡化圖：ＡBEGS折線〔２〕陰影BEG部分不平安，其他偏平安〔１〕ES—塑性極限曲線，其上各點２〕脆性資料〔見教材〕留意：3.3影響機械零件疲勞強度的主要要素4、綜合影響系數(shù)1、應力集中的影響，2、尺寸的影響，

3、外表形狀的影響，

，應力集中、尺寸和外表形狀都只對有影響，而對影響不大3.4許用疲勞極限應力圖3.4.1穩(wěn)定變應力和非穩(wěn)定變應力穩(wěn)定變應力，、周期不隨時間變化〔單向，復合〕非穩(wěn)定變應力，、周期隨時間變化〔周期性，隨機性〕3.4.2許用疲勞極限應力圖3.4.3任務應力增長規(guī)律如：軸的彎曲應力Ｏ1.循環(huán)特性等于常數(shù)r=1r=0r=-1零件的任務應力C〔，〕，+=，C點距O愈遠,愈大，但≤零件才不會破壞。循環(huán)特性一樣的變應力都在同一射線上如：車輛減振彈簧2.平均應力等于等于常數(shù)如：汽缸蓋的螺栓聯(lián)接3.最小應力等于常數(shù)3.5.1單向應力形狀時的平安系數(shù)3.5穩(wěn)定變應力時的平安系數(shù)計算1.r=常數(shù)最大應力平安系數(shù)：平均應力平安系數(shù)：應力幅平安系數(shù)：〔1〕圖解法：最大應力平安系數(shù)：應力幅平安系數(shù)：〔a〕任務點為C點時〔b〕任務點為C1點時屈服平安系數(shù)：〔2〕解析法：〔a〕任務點位于疲勞平安區(qū)：由A＇E＇的直線方程：——平均應力折合為應力幅的等效系數(shù)，表示資料對循環(huán)不對稱性的敏感程度。OC的直線方程：得：那么：〔b〕任務點位于塑性平安區(qū)：同理〔對剪應力〕：闡明：〔1〕上述公式對脆性資料也適用〔2〕對于切應力方法一樣，公式一致〔3〕任務點作用在不同區(qū)域計算方法不同，假設區(qū)域不能確定兩個區(qū)域都要計算。〔4〕在N未知時作∞，KN=12.σm=常數(shù)計算公式見書p49頁，公式3.13~3.15計算公式見書p49頁，公式3.16~3.183.σmin=常數(shù)例：知某機械零件的資料的屈服極限σs=600MPa，σ-1=300MPa，〔kσ〕D=1.5，m=9，ψσ=0.2，實踐應力循環(huán)為106，〔取N0=107〕，當零件截面上的最大應力為200MPa，最小應力為-40MPa，〔1〕畫出零件的疲勞極限應力圖；〔2〕求該零件的平安系數(shù)〔r=常數(shù)〕解：A(0,σ-1)=(0,300)B(σ0/2,σ0/2)=(250,250)ABSA’B’CC’HG3.4.2復合應力形狀時的平安系數(shù)在對稱循環(huán)彎扭復合應力下按第三強度實際計算，近似取得疲勞強度平安系數(shù):2.低塑性和脆性資料:復合應力的屈服強度平安系數(shù):1.塑性資料3.6規(guī)律性非穩(wěn)定變應力時機械零件的疲勞強度3.6.1疲勞損傷積累假說在每一次應力作用下,零件壽命就要呵斥少量的疲勞損傷,當疲勞損傷積累到一定程度時,便發(fā)生疲勞破壞。循環(huán)特性為r時各循環(huán)的最大應力假設：機械零件在規(guī)律性非穩(wěn)定變應力作用下，各個變應力對零件的損傷是可以疊加的，當損傷率到達100%時，資料即發(fā)生疲勞破壞。

……

……

……σ1，σ2，σ3，…σn各應力相對應的積累循環(huán)次數(shù)各應力相對應的資料極限循環(huán)次數(shù)應力循環(huán)一次損傷率，，，…，，，，，…，…留意：小于疲勞極限σr的應力對疲勞壽命無影響。3.6.2等效穩(wěn)定變應力和壽命系數(shù)非穩(wěn)定變應力下零件的疲勞強度計算是先將非穩(wěn)定變應力折算成單一的與其壽命損傷率相等的等效穩(wěn)定變應力σv，然后再按穩(wěn)定變應力進展疲勞強度計算。通常取等效應力σv等于非穩(wěn)定變應力中作用時間最長的和〔或〕起主要作用的應力。設對應σv的是等效循環(huán)次數(shù)Nv和極限循環(huán)次數(shù)N’v，那么：分子、分母相應乘以：，，…而即設等效循環(huán)次數(shù)Nv時的疲勞極限為σrv，循環(huán)基數(shù)N0時的疲勞極限為σr，那么：所以：解：例：45#：，m=9，N0=5×106，以對稱循環(huán)變應力作用N1=104，作用N2=105，假設再以作用該試件，試件還能再循環(huán)多少次？〔1〕取等效應力等于非穩(wěn)定變應力中起主要作用的應力，并取的應力幅和平均應力相應的