1.2　机械零件的失效形式和计算准则

机器都是由零部件组成的，所以机械零部件设计是机械设计的基础。而由学习零部件设计入手学习机械设计是最佳的学习途径。

失效分析是机械零件设计的重要步骤。失效并不单纯意味着破坏。常见的失效形式有整体断裂、过大的弹性变形或塑性变形、表面破坏、连接的松弛、剧烈振动、带传动打滑等。

同一种零件可能有多种失效形式。例如：轴的失效可能是疲劳断裂，也可能由于过大的弹性变形（即刚度不足）致使轴颈在轴承中倾斜，影响正常工作，或可能是发生了共振。在各种失效形式中，其主要的失效形式将由零件的材料、具体结构和工作条件等决定。

为了避免失效，要采用各种措施防止它的发生，其中包括计算、试验等，计算所依据的条件称为计算准则。

零件不发生失效时的安全工作限度称为工作能力。对载荷而言的工作能力称为承载能力。工作能力有时是对变形、速度、温度、压力等的限度而言。同一种零件对于各种失效形式具有不同的工作能力。如轴的工作能力可能取决于轴的疲劳强度，也可能取决于轴的刚度。显然，起决定作用的将是工作能力中的较小值。

机械零件虽然有多种可能的失效形式，但归纳起来，主要是由强度、刚度、耐磨性、温度等影响因素以及振动稳定性、可靠性等方面的问题引起的。对于各种不同的失效形式，相应地有各种不同的工作能力判定条件。这种为防止失效而制定的判定条件称为计算准则。常用的计算准则有以下几种：

（1）强度准则：要求机械零件的工作应力不超过许用应力。

（2）刚度准则：要求机械零件在载荷作用下的弹性变形量不超过许用值。

（3）寿命准则：腐蚀、磨损和疲劳都是影响机械零件寿命的主要因素，但它们各自发展过程的规律不同。迄今为止，还没有提出实用有效的腐蚀寿命计算方法，而磨损产生的机理也尚未完全研究清楚，只能利用一些经验数据计算。疲劳寿命的计算方法已较为成熟，这将在本章后面节次中介绍。

（4）振动稳定性准则：在设计时，使受激振作用零件的固有频率fp与激振源的频率f错开，避免发生共振。当f<fp时，要求满足条件1.15f<fp；当f>fp时，要求满足条件0.85f>fp。

（5）耐热性准则：机械零件过度发热会引起硬度降低、热变形、润滑失效等问题。因此，发热较大的零件必须限制工作温度，必要时可采取强制降温措施。

（6）可靠性准则：对于重要的机械零件要求计算其可靠度。假设一批零件有N个，在一定的工作条件下进行试验。如在时间t后仍有Ns个正常工作，则这批零件在该工作条件下，达到工作时间t的可靠度R为

式中　Nf——在时间t内失效的零件数，N=Ns+Nf。