机械设计中的应力集中以及使用R角的规避方法

应力集中是指应力集中在构件的某一部分。 应力是施加在构件单位截面积上的荷载。 最大应力与平均应力之比称为应力集中系数。在部件形状突然发生变化的地方应力集中系数会增大。因此，在表面成直角相交的拐角处应力非常大。在设计时应充分了解容易产生应力集中的形状，注意防止零部件破损。
下面举例说明常见容易产生应力集中的形状。
・棒材
回转轴就是一个棒材的例子。回转轴有时会安装挡圈等，并加工嵌入挡圈的窄槽。轴在窄槽部位容易产生应力集中，并以该处为起点产生裂纹或断裂。
・钣金、冲压件
如果是钣金或冲压件，将板材折弯成直角时，弯曲内侧往往没有半径。当施加负载后，应力会集中在弯曲内侧，可能会导致零部件破损。此外，为了确保折弯角度的精度，有一种加工方法是预先在弯曲点上切开一个称为楔形的切口。切口很容易产生应力集中，在有载荷的情况下必须谨慎使用。
・树脂
树脂的应力集中往往会发生在一种称为卡扣的几何形状中。卡扣是一种令树脂变形来嵌入配套部件进行固定的方法。它通常也被称为“锁扣”，玩具盖子等部件中常会采用这种形状。当树脂嵌入并发生变形时会承受很大的力，此时在卡扣的根部就会产生应力集中。

为了避免应力集中，一个最有效的方法就是设置R角。设置R角后零部件形状的变化就会更加平滑，从而减少应力集中。一般而言，R角设置得越大越好。不过对于需要与其它部件进行组装的零部件，需要注意不要因R角设置得过大而导致零部件之间出现干涉。
在上述例子中，可以按照以下方法来设置R角。
・棒材
挡圈卡槽的推荐尺寸是标准的，因此R角不能设置得过大。可以在槽的根部设置一个R0.2左右的小R角。
・钣金、冲压件
可以在板材的弯曲点设置一个弯曲半径R。但是需要注意，这可能会导致直角度的精度变差。至于楔形切口，可以在加工方法商讨时要求不要楔形切口。这一点也可以在图纸的注释中注明。
・树脂
树脂中的嵌入配合应在卡扣根部设置小R。卡扣是一种令树脂变形以方便嵌入的形状特征。为了检证只设置R是否能够解决应力集中的问题，应进行强度分析，以确认应力是否足够小。