非标机械设计之疲劳强度
来源: 中研高科（山东）教育科技发展有限公司 | 时间：2025-11-21 | 阅读量：26
疲劳强度——隐藏在循环载荷下的“隐形杀手”
疲劳破坏的本质是材料在循环载荷作用下，微观裂纹的萌生和扩展过程。一个零件即使承受的峰值应力很低，但在成千上万次的应力循环后，也可能从应力集中最严重的点（称为“疲劳源”）开始产生微裂纹，裂纹逐渐扩展，直至剩余截面无法承受载荷而发生瞬时断裂。
导致设计中出现疲劳问题的因素主要有三点。首要因素是应力集中。任何截面的突然变化，如尖角、小圆角、键槽、油孔等，都会导致局部应力显著高于名义应力，成为疲劳裂纹的策源地。设计师常犯的错误就是使用尖锐的内角，或未对关键轴肩、孔口等位置规定足够大的过渡圆角。
其次是材料与热处理的选择。不同材料具有不同的疲劳极限（无限次循环而不破坏的最大应力）。对于不显示疲劳极限的有色金属或高强度钢，则需要指定足够长的循环次数下的疲劳强度。此外，适当的表面处理（如喷丸、滚压）和热处理（如渗碳、氮化）能显著提高零件的疲劳寿命，因为它们能在表面引入压应力，抑制裂纹的萌生。
最后，对实际载荷谱的估计不足。设计时可能只考虑了正常的稳定载荷，而忽略了设备启动、停止、反转或过载时的瞬时冲击载荷。这些载荷虽然次数少，但应力幅值高，对疲劳寿命的损伤累积效应巨大。
因此，进行抗疲劳设计，要求设计师：第一，牢固树立“平滑过渡”的理念，通过优化几何形状（采用大圆角、卸载槽等）最大限度降低应力集中。第二，根据应用场景选择合适的材料及强化工艺。第三，尽可能准确地预估载荷谱，并运用疲劳累积损伤理论（如 Miner 法则）进行寿命估算。将疲劳思维融入设计的每一个细节，才能有效防范这个“隐形杀手”。
关键词：
非标机械设计
