1.2 机械零件的主要失效形式及计算准则

1．机械零件的主要失效形式

机械零件由于某种原因不能正常工作，称为失效。机械零件的主要失效形式如下所述。

（1）整体断裂。整体断裂分为一次断裂和疲劳断裂两类。当零件受外载荷作用下，由于危险截面上应力超过零件的强度极限时而发生的断裂称为一次断裂。当零件在循环变应力作用下工作较长时间以后，危险截面上的应力超过零件的疲劳极限时所发生的断裂称为疲劳断裂。机械零件的整体断裂多数属于疲劳断裂。

（2）过大的残余变形。如果作用于零件上的应力超过了材料的屈服极限，则零件将产生残余变形。例如，机床上夹持定位零件的过大的残余变形，会降低加工精度。

（3）表面破坏。机器中的零件都要与别的零件发生静接触或动接触，或形成配合关系，因此表面破坏是机械零件经常发生的一种失效形式。机械零件的表面破坏主要是腐蚀、磨损和接触疲劳。腐蚀是金属表面与周围介质发生的一种电化学或化学侵蚀现象，使零件表面产生锈蚀而破坏。磨损是两个接触表面在做相对运动过程中表面材料的脱落或转移的现象。接触疲劳是零件表面长期受到接触变应力的作用而产生裂纹或微粒剥落的现象。这些破坏形式都是随工作时间的延续而逐渐发生的失效形式。

（4）破坏正常工作条件引起的失效。有些机械零件只有在一定的工作条件下才能正常工作。如果这些工作条件被破坏，就将导致零件的失效。例如，对于带传动，当其所传递的有效圆周力超过临界摩擦力时，将发生打滑失效；对于高速转动的零件，当其转速与转动件系统的固有频率接近时，就要发生共振使振幅增大而不能工作。

2．机械零件的计算准则

为了避免机械零件失效，在设计零件时进行计算所依据的准则是与零件的失效形式密切相关的。一个机械零件可能有多种失效形式，但在设计时，应根据其主要的失效形式而采用相应的计算准则。主要的计算准则如下所述。

（1）强度准则。强度是机械零件抵抗整体断裂、塑性变形和表面接触疲劳的能力。例如，对一次断裂来讲，应力不超过材料的强度极限；对疲劳破坏来讲，应力不超过零件的疲劳极限；对残余变形来讲，应力不超过材料的屈服极限。强度准则是机械零件设计的最基本准则。

（2）刚度准则。刚度是机械零件抵抗弹性变形的能力。如果零件的刚度不够，就会因过大的弹性变形而引起失效。刚度准则是指零件在载荷作用下产生的弹性变形量不超过许用变形量。

（3）寿命准则。寿命是机械零件能正常工作延续的时间。影响零件寿命的主要失效形式为腐蚀、磨损和疲劳。由于它们各自的产生机理和发展规律不同，应有相应的寿命计算方法。但对于腐蚀和磨损，目前尚无法列出相应的寿命准则。对于疲劳寿命，通常是用求出使用寿命时的疲劳极限作为计算的依据。

（4）振动稳定性准则。振动是指机械零件发生周期性的弹性变形现象。一般情况下，零件的振幅较小。但当零件尤其对于高速轴，其固有频率与激振源的频率接近或成整倍数关系时，零件就要发生共振，振幅急剧增大，致使零件破坏或机器工作失常。振动稳定性准则是指设计时使机器中受激振作用的各零件的固有频率与激振源的频率错开。