第三讲 影响零件疲.ppt

第三讲影响零件疲劳强度的因素?影响零件的疲劳强度的因素有形状、尺寸、表面状况、平均应力、加载频率、应力波形与停歇等常规因素对疲劳强度的影响。一、形状因素?任何结构都不可避免得存在台阶、孔、榫槽等引起形状突变的地方,当结构受力时,这些地方会出现局部应力增大的现象,称为应力集中。应力集中会导致零件的局部早期疲劳损坏,设计时必须考虑。?(一)理论应力集中系数 K t?定义:应力集中处局部应力与名义应力的比值K t=σ t / σ n σ n = F/A ?一般 K t可由手册图表查得,名义应力是指的平均应力?(一)、有效应力集中系数(疲劳缺口系数) K f?1、定义:无应力集中的试样的疲劳极限与和其净截面相同的有应力集中的试样的疲劳极限之比 K f=σ-1 / σ- 11 ?σ- 11有缺口试件的疲劳强度极限。?2、确定 K f的方法:一般是查图表,也可用经验公式计算。 K f =1+q(K t -1) ? q=(K f -1)/(K t -1) = 1/(1+ a/r) ? r:缺口曲率半径, a值可由图 3-4( p47 )查出?部分材料的敏感系数 q见表 3-2( p49 ) 二、尺寸效应?零件或试样的尺寸增大,则疲劳强度会降低,这种现象称为尺寸效应。?(一)尺寸系数ε?当应力集中与终加工情况相同时,尺寸为d 的试样或零件的疲劳极限与标准试样的疲劳极限之比?对称弯曲ε=σ-1d / σ-1?对称扭曲ε=τ-1d / τ-1 ?(二)尺寸效应的机制和影响因素?1、尺寸效应机制:工艺因素和比例因素?(1)工艺因素?铸造质量:大零件的缺陷比小零件多;大截面零件的锻造比或压延比比小零件小;大型零件热处理冷却速度比小零件慢、淬透深度小;切削力与切削热与小零件不一样;材质差。?(2)比例因素:应力梯度、统计因素?2、影响因素?(1)尺寸效应机制与加载方式有关。?(2)强度极限越高尺寸效应越大。?(三)尺寸系数ε的确定?主要是用试验曲线来确定( p51 、图3-5、 6和表 3-3) ?三、表面加工的影响?零件材料的表面状态对疲劳强度有较大的影响,因为最大应力发生在零件表面,且表面缺陷也比较多。?(一)影响机制?零件材料表面状态主要是指:表面层组织结构、应力状态、表面粗糙度。?金属的疲劳强度与其表面状态有关。?(二)表面切削加工的影响?金属表面在切削加工过程中至少可以观察到三个现象:表面层塑性变形、表面层温度升高和表面层的粗糙度。?其对疲劳极限的影响见表 3-4( p53 ) ?(三)切削用量的影响?影响因素主要有:切削速度、进给量、切削深度。?切削用量对影响疲劳极限各因素的作用见表 3-5( p54 ) ?(四)表面加工系数曲线?零件的表面状况和环境对疲劳强度的影响用表面系数?表示,我们只介绍表面加工系数。?1、定义:具有某种加工表面的标准光滑试样与磨光标准光滑试样的疲劳极限之比。?? 1=σ-1?/σ-1<1 ?σ-1?具有某种加工表面的标准光滑试样的疲劳极限。?2、图表( p55, 图表 3-7、8、9分别给出了不同循环次数 N下? 1- σ b的关系曲线) ?3、计算公式?σ-1?=a+b σ b a 、b为最终加工方法系数?(五)表面加工系数与疲劳缺口系数的关系?K f =1+q(K t -1) ? 1?K f:有效应力集中系数 K t:理论应力集中系数( P49 表3-2给出了部分材料的 Kt值) ?q: 疲劳缺口敏感系数? 1:表面加工系数?四、平均应力对疲劳强度的影响?关于平均应力,有如下的概念?1、决定机器零件疲劳强度的试应力幅。?2、平均应力的影响试第二位的。?3、拉伸平均应力试极限应力幅减小;压缩平均应力试极限应力幅增大。?4、平均应力对正应力的影响比对切应力的影响要大。?(一)极限应力线图?等寿命图?定义:表示相同寿命时不同应力比下的疲劳极限间关系的线图都时等寿命图。即指定寿命下σ a、σ m、σ max 、σ min间的关系的一族曲线。其中射线表示应力比 R: ?R=σ min / σ max ?举例: