0.3 机械零件的失效形式及设计准则

机械零件在预定时间内和规定条件下不能完成正常的功能，称为失效。

机械零件的失效形式主要有断裂、过大的残余应变、表面磨损、腐蚀、零件表面的接触疲劳和共振等。

机械零件的失效形式与许多因素有关，具体取决于该零件的工作条件、材质、受载状态及其所产生的应力性质等多种因素。即使是同一种零件，由于材质及工作情况不同，也可能出现不同的失效形式。如轴工作时，由于受载情况不同，可能出现断裂、过大塑性变形、磨损等失效形式。

为了使机械零件能在预定时间内和规定条件下正常工作，设计时应满足下面的基本要求。

1.强度

强度是保证机械零件正常工作的基本要求。为了避免零件在工作中发生断裂，必须使零件工作时满足下面的设计准则：

σ≤［σ］或τ≤［τ］

式中，σ、τ分别为零件工作时的正应力和切应力；［σ］、［τ］分别为零件材料的许用正应力和许用切应力。

为了提高机械零件的强度，除选择强度高的材料外，设计时还可采用下列措施。

1）使零件具有足够的截面尺寸。

2）合理设计机械零件的截面形状，以增大截面的惯性矩。

3）采用各种热处理和化学处理方法来提高材料的机械强度特性。

4）合理进行结构设计，以降低作用于零件上的载荷等。

2.刚度

刚度是指零件在载荷作用下抵抗弹性变形的能力。若零件刚度不够，将产生过大的挠度或转角，从而影响机器正常工作，例如若车床主轴的弹性变形过大，会影响加工精度。为了使零件具有足够的刚度，设计时必须满足下面的设计准则：

y≤［y］

θ≤［θ］

φ≤［φ］

式中，y、θ、φ分别为零件工作时的挠度、偏转角和扭转角；［y］、［θ］、［φ］分别为零件的许用挠度、许用偏转角和许用扭转角。

3.寿命

机械零件应有足够的寿命。影响零件寿命的主要因素有腐蚀、磨损和疲劳。但至今还没有提出实用且有效的腐蚀寿命计算方法，因此无法列出腐蚀寿命的计算准则。磨损的计算目前也没有简单、可靠的定量计算方法，只能采用条件性的计算。至于疲劳寿命，通常是算出使用寿命时的疲劳极限来作为计算的依据。

4.可靠性

满足强度和刚度要求的一批相同的零件，由于零件的工作应力是随机变量，故在规定的工作条件下和规定的使用期限内，并非所有的零件都能完成规定的功能。零件在规定的工作条件下和规定的使用时间内完成规定功能的概率称为该零件的可靠度。可靠度是衡量零件工作可靠性的一个特征量。不同零件的可靠度要求是不同的，设计时应根据具体零件的重要程度选择适当的可靠度。