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【正文】 3章 機械設計中零件的 載荷、應力和變形 1． 疲勞失效的特點 零件在工作過程中受載，產生低于屈服強度的變應力，經(jīng)過一定次數(shù)的應力循環(huán)后突然斷裂，斷裂時沒有明顯的宏觀塑性變形，這種失效形式稱為疲勞失效 。 mrN NC? ?? 任意壽命 N下的有限疲勞極限為 ： 0mrN r N rN KN? ? ?? ? ? ?壽命系數(shù) 材料持久疲勞極限 第 3章 機械設計中零件的 載荷、應力和變形 可以看出， 當有限壽命 時， ，即材料的有限疲勞極限大于持久疲勞極限 。 A?D?第 3章 機械設計中零件的 載荷、應力和變形 圖 311 零件的簡化極限應力線圖 同樣，由于零件尺寸、形狀等偏離標準試件，所以要對曲線中體現(xiàn)變應力部分進行修正，于是得到圖 311。 由點 O作，與 OC夾角 = 176。 m a x 250 MP a? ?m in 100 MP a? ??? ? 2?? ?1?? b 820 MP a? ?s 650? ?1 460 MP a? ? ?0 700 MP a? ? ??第 3章 機械設計中零件的 載荷、應力和變形 （ 1） 求極限應力線圖中最大工作應力點 M和應力綜合影響系數(shù) ，則 K? m a x m inm250 ( 100) 75 MP a22??? ? ??? ? ?m a x m ina250 ( 100) 175 MP a??? ? ??? ? ? 1kK ?????? ? ??第 3章 機械設計中零件的 載荷、應力和變形 3 1 （ 2）靜強度安全系數(shù)為 sam650 175 75S ????? ? ???（ 3）由于是穩(wěn)定的變應力，即 為常數(shù)，則無限壽命時的疲勞強度安全系數(shù)為 m in m a x/ 5r ??? ? ?m a x 1m a x m460 4 3 175 1 75aS K? ??? ?? ? ? ???? ? ? ? ?? ? ? ?第 3章 機械設計中零件的 載荷、應力和變形 3 2 3 3 圖 313 規(guī)律性非穩(wěn)定變應力作用示意圖 第 3章 機械設計中零件的 載荷、應力和變形 疲勞損傷累積假說認為，當總損傷率等于 1時材料發(fā)生疲勞失效 ， 即： 11kii inN???(38) 各級應力先作用最大應力，后依次降低，該式的值小于 1 各級應力先作用最小應力，后依次升高，該式的值大于 1 第 3章 機械設計中零件的 載荷、應力和變形 上述討論的都是在單向正應力作用的各種情況下，安全系數(shù)的計算與校核。 ? 現(xiàn)代機械設計 中，經(jīng)常會用到材料的特殊變形能力，例如形狀記憶合金 NiTi，可以在不同相變下，變形產生特殊形狀。在高溫條件下工作的某些零件，需要計算有效壽命期間的蠕變量。因此，對用于高溫條件的緊固體，如彈簧、螺栓等，在機械設計中必須予以重視。蠕變計算是以零件的應力不超過材料的蠕變極限應力為準則的。 所以，設計時要根據(jù)實際工作溫度在有關手冊中選擇材料相應的屈服強度等性能指標。 S??第 3章 機械設計中零件的 載荷、應力和變形 如前所述， 無論是單向應力還是復合應力，也無論是哪種變應力狀態(tài)，都必然會引起零件材料的變形。在進行零件疲勞強度計算時，可以總結出幾個步驟： 步驟 1：根據(jù)受力情況，計算危險截面上的最 大、最小應力； 步驟 2：計算出 和 ； a? m?步驟 3：在極限應力圖中標記相應的工作點 M （在低周循環(huán)工作區(qū)）或 N（有限壽命工 作區(qū)）； 第 3章 機械設計中零件的 載荷、應力和變形 步驟 4：找出零件材料對應循壞特性下的疲勞極 限應力點 步驟 5：根據(jù)情況參照式 (37)計算安全系數(shù)，判 斷是否滿足強度條件。 0mNK N N?11NNK??????循環(huán)次數(shù) N KN /MPa 計 算 說 明 105 355 5 106 297 108 1 275 9 76 110 / 5 10 8 , 8 27 5 29 7 M P aK ? ?? ? ? ? ? ?第 3章 機械設計中零件的 載荷、應力和變形 【工程實例 33】 繪制材料的極限應力圖 σa?σm 圖 312 工程實例 33的 ?a??m極限應力 線圖 已知某合金鋼材料的機 械性能為 ?s = 920 MPa， ?1 = 460 MPa， ?0 = 760 MPa， 試件最小工作應力與最大工作 應力的比值為 ，是常數(shù)。 如果在三個參數(shù)中，給定壽命 N，則對于給定材料，理論上可以通過試驗得到任意循環(huán)特性 r下的（極限最大應力）。 第 3章 機械設計中零件的 載荷、應力和變形 2． 材料的疲勞曲線 疲勞曲線 圖 38 材料的 疲勞曲線 N? ?循環(huán)次數(shù) 曲線上各點表示在相應的循環(huán)次數(shù) N下，不產生疲勞失效的最大應力值，即疲勞極限應力。
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