彈性力學(xué)中的應(yīng)力問題，指物體中應(yīng)力局部增高的現(xiàn)象，一般出現(xiàn)在物體形狀急劇變化的地方，如缺口、孔洞、溝槽以及有剛性約束處。應(yīng)力集中能使物體產(chǎn)生疲勞裂紋，也能使脆性材料制成的零件發(fā)生靜載斷裂。在應(yīng)力集中處，應(yīng)力的最大值，即峰值應(yīng)力，與物體的幾何形狀和加載方式等因素有關(guān)。局部增高的應(yīng)力隨與峰值應(yīng)力點(diǎn)的間距的增加而迅速衰減。由于峰值應(yīng)力往往超過屈服極限，從而造成應(yīng)力的重新分配，所以，實(shí)際的峰值應(yīng)力常低于按彈性力學(xué)計(jì)算得到的理論峰值應(yīng)力。

對(duì)于電機(jī)產(chǎn)品，當(dāng)軸有不同的尺寸截面時(shí)，應(yīng)力會(huì)集中在截面積突變處，該處是整根軸的薄弱環(huán)節(jié)。為了改善這種現(xiàn)象，在軸的截面積突變處用圓角來過渡，以提高軸的整體綜合能力。

承受交變彎曲和扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的軸類零件(臺(tái)階軸、曲軸等)，其工作能力通常是由該軸抵抗因交變應(yīng)力所引起的疲勞破壞的能力所決定。實(shí)踐證明，疲勞破壞往往發(fā)生在零件工作時(shí)應(yīng)力集中的部位，即發(fā)生在軸類零件的過渡溝角處。因此，在軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中常常采用各種措施降低應(yīng)力集中，保證軸的疲勞強(qiáng)度。降低軸上應(yīng)力集中的主要措施是加大溝角處過渡圓弧半徑，一般設(shè)計(jì)中規(guī)定，圓角過渡圓弧半徑不小于軸的直徑的0.05倍。

電機(jī)知識(shí)拓展

減少和避免應(yīng)力集中采取的措施

為了避免材料或構(gòu)件因應(yīng)力集中而造成的破壞，工程上主要采取以下一些措施：

●表面強(qiáng)化。對(duì)材料表面作噴丸、滾壓、氮化等處理，可以提高材料表面的疲勞強(qiáng)度；

●避免尖角。即把棱角改為過度圓角，并適當(dāng)增大過渡圓弧的半徑，效果更好；

●改善零件外形。曲率半徑逐步變化的外形有利于降低應(yīng)力集中系數(shù)，比較理想的辦法是，采用流線型型線或雙曲率型線，后者更便于在工程上應(yīng)用；

●孔邊局部加強(qiáng)：在孔邊采用加強(qiáng)環(huán)或作局部加厚均可使應(yīng)力集中系數(shù)下降，下降程度與孔的形狀和大小、加強(qiáng)環(huán)的形狀和大小以及載荷形式有關(guān)；

●適當(dāng)選擇開孔位置和方向：開孔的位置應(yīng)盡量避開高應(yīng)力區(qū)，并應(yīng)避免因孔間相互影響而造成應(yīng)力集中系數(shù)增高，對(duì)于橢圓孔，應(yīng)使其長軸平行于外力的方向，這樣可降低峰值應(yīng)力；

●提高低應(yīng)力區(qū)應(yīng)力，減小零件在低應(yīng)力區(qū)的厚度，或在低應(yīng)力區(qū)增開缺口或圓孔，使應(yīng)力由低應(yīng)力區(qū)向高應(yīng)力區(qū)的過渡趨于平緩；

●利用殘余應(yīng)力：在峰值應(yīng)力超過屈服極限后卸載，就會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，合理地利用殘余應(yīng)力也可降低應(yīng)力集中系數(shù)。

設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)采取的應(yīng)力減緩措施

在尺寸突變處，如果沒有采用圓角過渡，會(huì)導(dǎo)致有限元分析中應(yīng)力無限增大。實(shí)際上，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了降低應(yīng)力集中因素，有一些基本的設(shè)計(jì)法則，簡(jiǎn)述如下：

修改形狀

●圓角：在構(gòu)件中絕對(duì)禁止出現(xiàn)尖銳轉(zhuǎn)角。因?yàn)橛衫碚摲治隹芍?，?dāng)圓角的曲率半徑趨向零時(shí)，其應(yīng)力集中系數(shù)趨向無窮大。用圓角代替尖銳轉(zhuǎn)角，能有效緩和應(yīng)力集中。

●流線型。對(duì)于變截面的受拉桿件或受壓桿件，如果采用流線型過渡，可以使得構(gòu)件應(yīng)力均勻，從而避免應(yīng)力集中。

●橢圓孔。在保證構(gòu)件正常工作的前提下，把圓孔變成橢圓孔，往往能提高構(gòu)件的強(qiáng)度。

打孔時(shí)應(yīng)力控制方式

●應(yīng)力集中因素應(yīng)該選擇在應(yīng)力低的部位。比如說打孔位置，不要把孔放在彎矩最大的截面上；不要把孔放在靠近邊緣的地方。

●要考慮是否會(huì)與母體之間發(fā)生相互干涉，導(dǎo)致應(yīng)力上升。如果孔的位置特別接近邊緣，應(yīng)力集中問題會(huì)加劇。

●打長孔時(shí)，選擇孔的長軸與基體的長邊方向一致，應(yīng)力會(huì)小一些。

●在加工孔的附近再增加孔，應(yīng)力系數(shù)也會(huì)減小。

●在孔的上下兩邊挖去一定厚度的材料，會(huì)降低這部分的剛度，以達(dá)到緩和應(yīng)力集中的目的。這些圖中，最后一種情況應(yīng)力集中系數(shù)最小。

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