彈性力學中的應力問題，指物體中應力局部增高的現(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。在應力集中處，應力的最大值，即峰值應力，與物體的幾何形狀和加載方式等因素有關。局部增高的應力隨與峰值應力點的間距的增加而迅速衰減。由于峰值應力往往超過屈服極限，從而造成應力的重新分配，所以，實際的峰值應力常低于按彈性力學計算得到的理論峰值應力。

對于電機產(chǎn)品，當軸有不同的尺寸截面時，應力會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)應力的軸類零件(臺階軸、曲軸等)，其工作能力通常是由該軸抵抗因交變應力所引起的疲勞破壞的能力所決定。實踐證明，疲勞破壞往往發(fā)生在零件工作時應力集中的部位，即發(fā)生在軸類零件的過渡溝角處。因此，在軸的結構設計中常常采用各種措施降低應力集中，保證軸的疲勞強度。降低軸上應力集中的主要措施是加大溝角處過渡圓弧半徑，一般設計中規(guī)定，圓角過渡圓弧半徑不小于軸的直徑的0.05倍。

電機知識拓展

減少和避免應力集中采取的措施

為了避免材料或構件因應力集中而造成的破壞，工程上主要采取以下一些措施：

●表面強化。對材料表面作噴丸、滾壓、氮化等處理，可以提高材料表面的疲勞強度；

●避免尖角。即把棱角改為過度圓角，并適當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用；

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

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

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

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

設計環(huán)節(jié)采取的應力減緩措施

在尺寸突變處，如果沒有采用圓角過渡，會導致有限元分析中應力無限增大。實際上，在結構設計中，為了降低應力集中因素，有一些基本的設計法則，簡述如下：

修改形狀

●圓角：在構件中絕對禁止出現(xiàn)尖銳轉(zhuǎn)角。因為由理論分析可知，當圓角的曲率半徑趨向零時，其應力集中系數(shù)趨向無窮大。用圓角代替尖銳轉(zhuǎn)角，能有效緩和應力集中。

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

●橢圓孔。在保證構件正常工作的前提下，把圓孔變成橢圓孔，往往能提高構件的強度。

打孔時應力控制方式

●應力集中因素應該選擇在應力低的部位。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。

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

●打長孔時，選擇孔的長軸與基體的長邊方向一致，應力會小一些。

●在加工孔的附近再增加孔，應力系數(shù)也會減小。

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

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