如果你是機械設計工程師，我想你會(huì )經(jīng)歷過(guò)設計的零件斷裂、折斷的破損問(wèn)題。如果發(fā)生在試制階段還好，但若發(fā)生在量產(chǎn)后，有時(shí)會(huì )給顧客帶來(lái)麻煩，會(huì )造成重大問(wèn)題。
破損問(wèn)題在形狀上稍加考慮就能夠避免。本文就利用倒R角規避應力集中于角部而發(fā)生破損的方法做一下介紹。

什么是應力集中？

“應力集中”是應力集中于材料某一部位的狀態(tài)?！皯Α笔鞘┘釉诓牧蠁挝唤孛娣e的荷載。另外，最大應力與平均應力之比叫做“應力集中系數”。
“應力集中系數”在零件形狀發(fā)生急劇變化的部位會(huì )變大。因此應力在面與面垂直交叉的角部非常大。進(jìn)行設計時(shí)，應事前了解容易發(fā)生應力集中的形狀并注意預防破損。
在此介紹一下常見(jiàn)的容易發(fā)生應力集中的形狀例子。

? 棒材
旋轉的輥軸等是棒材的例子。輥軸有時(shí)要安裝擋圈等，為了安裝擋圈會(huì )加工細的溝槽。軸在溝槽的部位容易應力集中，有時(shí)會(huì )以該點(diǎn)為起點(diǎn)產(chǎn)生裂紋、折斷。

? 鈑金、沖壓零件
在鈑金和沖壓零件中，會(huì )經(jīng)常見(jiàn)到將板彎成直角時(shí)在彎曲的內側卻未帶圓角的情況。在施加荷載時(shí)，在彎曲的內側會(huì )有應力集中，有時(shí)會(huì )導致鈑金破損。另外為了確保彎曲角度的精度，有一種加工方法是在彎曲根部事先做出被稱(chēng)為“楔角”的切痕?！靶ń恰比菀讘?，施加荷載使用時(shí)需要予以注意。

? 樹(shù)脂
樹(shù)脂的應力集中容易發(fā)生在被稱(chēng)為“卡扣”的形狀上?！翱邸笔鞘箻?shù)脂變形并嵌入對方零件進(jìn)行固定的方法。也經(jīng)常被叫做“掀鈕”，它是玩具蓋等常見(jiàn)的形狀。在嵌入變形時(shí)會(huì )受到較大的力，應力就會(huì )集中在“卡扣”的根部。

倒R角來(lái)避免應力集中

為了避免應力集中進(jìn)行倒R角是有效的。當倒R角時(shí)，能夠使零件的形狀變化變得平緩，應力集中變小。R角越大越好。但是零件與其他零件進(jìn)行組裝時(shí)，需要注意不要因為加大了R角而產(chǎn)生干涉。
在前述的例子中，可以如下倒R角。

? 棒材
擋圈的溝槽由于規定了推薦的尺寸，因此無(wú)法倒太大的R角。請在溝槽的根部采用R0.2左右的小R。

? 鈑金、沖壓零件
請在鈑金的彎曲根部倒內R角。但是有時(shí)垂直度精度會(huì )下降，需要注意。而關(guān)于楔角，請通過(guò)加工協(xié)商來(lái)要求不要加“楔角”。也可以在圖紙的附注中予以記載。

? 樹(shù)脂
請在樹(shù)脂的“卡扣”根部加R角?！翱邸笔菫榱四軌蚯度攵箻?shù)脂變形的形狀。為了確認僅加R角是否足夠，最好進(jìn)行強度解析來(lái)確認應力是否足夠小。

倒R角以外的防止破損方法

為了預防應力集中而造成的破損最好是倒R角，但有時(shí)在設計上無(wú)論如何都無(wú)法倒R角。這種情況下，最好研討以下的方法。

? 改變材質(zhì)
使用棒材SUM材料時(shí)，可以通過(guò)將材料變更為SUS材料來(lái)提高強度。另外如果是樹(shù)脂材料，請選擇“拉伸強度”大的材質(zhì)。

? 添加加強筋
在強度較弱的部位添加加強筋。這是樹(shù)脂常用的方法，鈑金也可以添加加強筋。例如，可以在彎曲的兩側通過(guò)焊接來(lái)追加加強筋。另外，如果是沖壓加工，也可以在外周拉伸的狀態(tài)下進(jìn)行彎曲。

? 放大
如果是棒狀材料只要加大直徑就會(huì )提高強度。另外，如果是鈑金可以加大板厚。樹(shù)脂的情況也同樣，請加大厚度。注塑成型的情況下，提高平均厚度可以提高強度，并能夠減少該部分相應的加強筋數量。在有的情況下還可以通過(guò)提高強度、降低重量來(lái)降低成本?？梢灾贫ㄈ舾煞桨?，進(jìn)行強度解析來(lái)加以比較。

總結
作為機械設計工程師必須設計不易損壞的產(chǎn)品。請掌握會(huì )受到多大程度的力，并使形狀避免應力集中。通過(guò)倒R角來(lái)避免應力集中最為有效，但無(wú)法加R角時(shí)也有對策方法。由于最近的強度解析軟件非常好用，請設計人員在制作3D模型后進(jìn)行強度解析。