一、真空輥金屬疲勞現(xiàn)象

真空輥許多機械零件如軸、齒輪、彈簧等都是在循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變作用下工作的。循環(huán)應(yīng)力和應(yīng)變是指應(yīng)力或應(yīng)變的大小、方向，都隨時間發(fā)生周期性變化的一類應(yīng)力和應(yīng)變。常見的交變應(yīng)力是對稱循環(huán)應(yīng)力，其最大值和最小值的絕對值相等。

真空輥零件工作時承受的應(yīng)力值通常都低于制作材料的屈服點或規(guī)定殘余伸長應(yīng)力，零件在這種循環(huán)載荷作用下，經(jīng)過一定循環(huán)次數(shù)后仍會產(chǎn)生裂紋或發(fā)生突然斷裂，這種現(xiàn)象叫做疲勞。疲勞斷裂與靜態(tài)力作用下的斷裂不同。在疲勞斷裂前都不產(chǎn)生明顯的塑性變形，斷裂是突然發(fā)生的，因此具有很大的危險性，常常造成嚴(yán)重的事故。

據(jù)統(tǒng)計，80％以上損壞的機械零件都是因疲勞造成的。因此，研究真空輥疲勞現(xiàn)象對于正確使用材料，進行合理設(shè)計具有重要意義。研究表明：疲勞斷裂首先是在零件應(yīng)力集中局部區(qū)域產(chǎn)生的，其先形成微小的裂紋核心，即微裂源，隨后，在循環(huán)應(yīng)力作用下，裂紋繼續(xù)擴展長大。

由于疲勞裂紋不斷擴展，使零件的有效工作面逐漸減小，因此在裂紋所在的斷面上，真空輥零件所受應(yīng)力不斷增加。當(dāng)應(yīng)力超過材料的斷裂強度時，則發(fā)生疲勞斷裂，形成最后瞬斷區(qū)。疲勞斷裂的斷口如圖所示。微裂源一擴展區(qū)時間：次應(yīng)力循環(huán)一瞬斷區(qū)疲勞斷口示意圖對稱循環(huán)交變應(yīng)力。

二、真空輥金屬疲勞強度

金屬在循環(huán)應(yīng)力作用下能經(jīng)受無限次循環(huán)而不斷裂的最大應(yīng)力值，稱為金屬的疲勞強度。即循環(huán)次數(shù)值 N 無窮大時所對應(yīng)的最大應(yīng)力值，稱為疲勞強度。在工程實踐中，一般都是求疲勞極限，即對應(yīng)于指定的循環(huán)基數(shù)下的中值疲勞強度。

對于黑色金屬，循環(huán)基數(shù)為10的7次方；對于有色金屬，循環(huán)基數(shù)為10的8次方。對稱循環(huán)應(yīng)力的疲勞強度用a_1表示。許多試驗結(jié)果都表明：金屬的疲勞強度隨著抗拉強度的提高而增加，結(jié)構(gòu)鋼當(dāng) o ≤1400MPa時，其疲勞強度約為抗拉強度的二分之一。疲勞斷裂是在循環(huán)應(yīng)力作用下，經(jīng)一定循環(huán)次數(shù)后發(fā)生的。

在循環(huán)載荷作用下，金屬承受一定的循環(huán)應(yīng)力。和斷裂時。.相應(yīng)的循環(huán)次數(shù) N 之間的關(guān)系，可以用曲線來描述，這種曲線稱為 o - N 曲線，如圖所示。由于大部分機械零件的損壞都是由疲勞造成的，因此消除或減少真空輥疲勞失效，對于提高零件使用壽命有著重要意義。影響疲勞強度的因素很多，真空輥設(shè)計時在結(jié)構(gòu)上注意減小零件應(yīng)力集中外，還應(yīng)改善零件表面粗糙度，這樣可減少缺口效應(yīng)，提高疲勞強度。