0.3 機械零件的失效形式及設計準則

機械零件在預定時間內和規定條件下不能完成正常的功能，稱為失效。

機械零件的失效形式主要有斷裂、過大的殘余應變、表面磨損、腐蝕、零件表面的接觸疲勞和共振等。

機械零件的失效形式與許多因素有關，具體取決于該零件的工作條件、材質、受載狀態及其所產生的應力性質等多種因素。即使是同一種零件，由于材質及工作情況不同，也可能出現不同的失效形式。如軸工作時，由于受載情況不同，可能出現斷裂、過大塑性變形、磨損等失效形式。

為了使機械零件能在預定時間內和規定條件下正常工作，設計時應滿足下面的基本要求。

1.強度

強度是保證機械零件正常工作的基本要求。為了避免零件在工作中發生斷裂，必須使零件工作時滿足下面的設計準則：

σ≤［σ］或τ≤［τ］

式中，σ、τ分別為零件工作時的正應力和切應力；［σ］、［τ］分別為零件材料的許用正應力和許用切應力。

為了提高機械零件的強度，除選擇強度高的材料外，設計時還可采用下列措施。

1）使零件具有足夠的截面尺寸。

2）合理設計機械零件的截面形狀，以增大截面的慣性矩。

3）采用各種熱處理和化學處理方法來提高材料的機械強度特性。

4）合理進行結構設計，以降低作用于零件上的載荷等。

2.剛度

剛度是指零件在載荷作用下抵抗彈性變形的能力。若零件剛度不夠，將產生過大的撓度或轉角，從而影響機器正常工作，例如若車床主軸的彈性變形過大，會影響加工精度。為了使零件具有足夠的剛度，設計時必須滿足下面的設計準則：

y≤［y］

θ≤［θ］

φ≤［φ］

式中，y、θ、φ分別為零件工作時的撓度、偏轉角和扭轉角；［y］、［θ］、［φ］分別為零件的許用撓度、許用偏轉角和許用扭轉角。

3.壽命

機械零件應有足夠的壽命。影響零件壽命的主要因素有腐蝕、磨損和疲勞。但至今還沒有提出實用且有效的腐蝕壽命計算方法，因此無法列出腐蝕壽命的計算準則。磨損的計算目前也沒有簡單、可靠的定量計算方法，只能采用條件性的計算。至于疲勞壽命，通常是算出使用壽命時的疲勞極限來作為計算的依據。

4.可靠性

滿足強度和剛度要求的一批相同的零件，由于零件的工作應力是隨機變量，故在規定的工作條件下和規定的使用期限內，并非所有的零件都能完成規定的功能。零件在規定的工作條件下和規定的使用時間內完成規定功能的概率稱為該零件的可靠度。可靠度是衡量零件工作可靠性的一個特征量。不同零件的可靠度要求是不同的，設計時應根據具體零件的重要程度選擇適當的可靠度。