谈电机零部件制造过程的应力规避措施

弹性力学中的应力问题，指物体中应力局部增高的现象，一般出现在物体形状急剧变化的地方，如缺口、孔洞、沟槽以及有刚性约束处。应力集中能使物体产生疲劳裂纹，也能使脆性材料制成的零件发生静载断裂。在应力集中处，应力的大值，即峰值应力，与物体的几何形状和加载方式等因素有关。局部增高的应力随与峰值应力点的间距的增加而迅速衰减。由于峰值应力往往超过屈服极限，从而造成应力的重新分配，所以，实际的峰值应力常低于按弹性力学计算得到的理论峰值应力。

对于电机产品，当轴有不同的尺寸截面时，应力会集中在截面积突变处，该处是整根轴的薄弱环节。为了改善这种现象，在轴的截面积突变处用圆角来过渡，以提高轴的整体综合能力。

承受交变弯曲和扭转应力的轴类零件(台阶轴、曲轴等),其工作能力通常是由该轴抵抗因交变应力所引起的疲劳破坏的能力所决定。实践证明,疲劳破坏往往发生在零件工作时应力集中的部位,即发生在轴类零件的过渡沟角处。因此,在轴的结构设计中常常采用各种措施降低应力集中,保证轴的疲劳强度。降低轴上应力集中的主要措施是加大沟角处过渡圆弧半径,一般设计中规定,圆角过渡圆弧半径不小于轴的直径的0.05倍。

电机知识拓展1减少和避免应力集中采取的措施

为了避免材料或构件因应力集中而造成的破坏，工程上主要采取以下一些措施：

●表面强化。对材料表面作喷丸、滚压、氮化等处理，可以提高材料表面的疲劳强度;

●避免尖角。即把棱角改为过度圆角，并适当增大过渡圆弧的半径，效果更好;

●改善零件外形。曲率半径逐步变化的外形有利于降低应力集中系数，比较理想的办法是，采用流线型型线或双曲率型线，后者更便于在工程上应用;

●孔边局部加强：在孔边采用加强环或作局部加厚均可使应力集中系数下降，下降程度与孔的形状和大小、加强环的形状和大小以及载荷形式有关;

●适当选择开孔位置和方向：开孔的位置应尽量避开高应力区，并应避免因孔间相互影响而造成应力集中系数增高，对于椭圆孔，应使其长轴平行于外力的方向，这样可降低峰值应力;

●提高低应力区应力，减小零件在低应力区的厚度，或在低应力区增开缺口或圆孔，使应力由低应力区向高应力区的过渡趋于平缓;

●利用残余应力：在峰值应力超过屈服极限后卸载，就会产生残余应力，合理地利用残余应力也可降低应力集中系数。

2、设计环节采取的应力减缓措施

在尺寸突变处，如果没有采用圆角过渡，会导致有限元分析中应力无限增大。实际上，在结构设计中，为了降低应力集中因素，有一些基本的设计法则，简述如下：

修改形状

●圆角：在构件中绝对禁止出现尖锐转角。因为由理论分析可知，当圆角的曲率半径趋向零时，其应力集中系数趋向无穷大。用圆角代替尖锐转角，能有效缓和应力集中。

●流线型。对于变截面的受拉杆件或受压杆件，如果采用流线型过渡，可以使得构件应力均匀，从而避免应力集中。

●椭圆孔。在保证构件正常工作的前提下，把圆孔变成椭圆孔，往往能提高构件的强度。

3、打孔时应力控制方式

●应力集中因素应该选择在应力低的部位。比如说打孔位置，不要把孔放在弯矩大的截面上;不要把孔放在靠近边缘的地方。

●要考虑是否会与母体之间发生相互干涉，导致应力上升。如果孔的位置特别接近边缘，应力集中问题会加剧。

●打长孔时，选择孔的长轴与基体的长边方向一致，应力会小一些。

●在加工孔的附近再增加孔，应力系数也会减小。

●在孔的上下两边挖去一定厚度的材料，会降低这部分的刚度，以达到缓和应力集中的目的。这些图中，后一种情况应力集中系数小。