零件疲劳强度

零件疲劳强度第1页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

疲劳强度：零件工作时产生变应力对应的强度一、变应力的描述sm─平均应力；sa─应力幅值smax─最大应力；smin─最小应力r─循环特性系数（应力比）描述规律性的交变应力可有5个参数，但其中只有两个参数是独立的。第2页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

r=-1对称循环应力r=0脉动循环应力r=1静应力根据循环特性系数r的不同，典型应力有：第3页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

二、材料的σ-N疲劳曲线

CD段:机械零件的疲劳大多发生在s－N曲线的CD段，可用下式描述：s－N疲劳曲线

D点以后的疲劳曲线呈一水平线，代表着无限寿命区，其方程为：

AB段：静载破坏阶段

BC段:应变疲劳阶段，一般用应变-循环次数来表达，也称低周疲劳；第4页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

在作疲劳试验时，常规定一个循环次数N0(称为循环基数)，用N0及其相对应的疲劳极限σr来近似代表ND和σr∞，则有限寿命期内：kN—寿命系数，

m—疲劳曲线实验常数

N0σrσrNN有限寿命区无限寿命区N0σrlgσrNlgN有限寿命区无限寿命区第5页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

三、极限应力线图（等寿命疲劳曲线）

机械零件材料的疲劳特性除用s－N曲线表示外，还可用极限应力线图来描述。该曲线表达了不同循环特性时疲劳极限的特性。在工程应用中，常将等寿命曲线用直线来近似替代。45ºG'σmoσaCD'A'σSσ0/2σ0/245ºBσBσ-1A′点：对称循环疲劳极限点D′点：脉动循环疲劳极限点B点：强度极限点C点：屈服极限点第6页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

三、材料极限应力线图用A'Ｇ'C折线表示零件材料的极限应力线图是其中一种近似方法。A'Ｇ'直线的方程为：CＧ'直线的方程为：

yσ为试件受循环弯曲应力时的材料常数，其值由试验及下式决定：对于碳钢，yσ≈0.1~0.2，对于合金钢，yσ≈0.2~0.3。第7页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

四、零件的极限应力线图

由于零件几何形状的变化、尺寸大小、加工质量等的影响，使得零件的疲劳极限要小于材料试件的疲劳极限。σmoCσaGDAσSkNσ0/2σ-1eσ0e/2γA′G′D′综合影响系数：

kσ—有效应力集中系数；εσ—尺寸系数；βσ—表面状况系数

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四、零件的极限应力线图σmoCσaGDAσSkNσ0/2σ-1eσ0e/2γA′G′D′γ‘第9页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

五、单向稳定变应力时的疲劳强度计算

进行零件疲劳强度计算时，首先根据零件危险截面上的σmax及σmin确定平均应力σm与应力幅σa，然后，在极限应力线图的坐标中标示出相应工作应力点M或N。计算安全系数及疲劳强度条件为：

相应的疲劳极限应力应是极限应力曲线上的某一个点所代表的应力。第10页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

五、单向稳定变应力时的疲劳强度计算

根据零件工作时所受的约束来确定应力可能发生的变化规律，从而决定以哪一个点来表示极限应力。机械零件可能发生的典型的应力变化规律有以下三种：

循环特性系数为常数：r=C

安全系数计算.swfσm=C

安全系数计算.swfσmin=C第11页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

1、循环特性系数为常数：r=Cσa135ºMoCGDAσSkNσ-1/KσσmM'σ'aN'Nσ'mσa工作应力点M的纵、横坐标比值为：

当载荷加大到使应力达到M‘

时刚好要产生疲劳破坏，故安全系数S为：对于工作应力点N，当载荷加大到使应力达到N′点时，将产生静力破坏，σm第12页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

1、循环特性系数为常数：r=C（回转轴）σaMo135ºCGDAσSkNσ-1/KσσmM'σ'aN'Nσ'mσaKσm作KM//AG线：第13页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

2、平均应力为常数σm=C（弹簧）当载荷加大到使应力达到M‘

时刚好要产生疲劳破坏，故安全系数S为：对于工作应力点N，当载荷加大到使应力达到N′点时，将产生静力破坏，σmMoσaCGDAM'N'N第14页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

3、最小应力为常数σmin=C（紧螺栓）当载荷加大到使应力达到M‘

时刚好要产生疲劳破坏，故安全系数S为：对于工作应力点N，当载荷加大到使应力达到N′点时，将产生静力破坏，45ºMoσmσaCGAM'N'N45ºσmin第15页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

45ºMoσmσaCGAM'N'N45ºσmin第16页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

六、双向稳定变应力时的疲劳强度计算

当零件上同时作用有同相位的稳定对称循环变应力sa和ta时，第17页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

七、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算不稳定变应力非规律性规律性用统计方法进行疲劳强度计算规律性不稳定变应力按损伤累积假说进行疲劳强度计算第18页，共19页，2023年，2月20日，星期四机械零件的疲劳强度

七、单向不稳定变应力时的疲劳强度计算

若应力每循环一次都对材料的破坏起相同的作用，则应力σ1每循环一次对材料的损伤率即为1/N1，而循环了n1