這個單元要來探討的主題是：材料的「疲勞強度」(Fatigue strength)和機械元件的「疲勞強度」(Fatigue strength)有甚麼不同嗎？
在探討「疲勞強度」可以區分兩個名詞：
1. 材料的「疲勞強度」
2. 機械元件的「疲勞強度」
有關材料的「疲勞強度」，是針對材料本身，以標準試件進行相關的疲勞試驗，參閱圖示左下方，常採用的疲勞試驗，例如：(1)迴轉彎曲疲勞試驗機(Rotating bending fatigue testing
machine)、(2)拉伸壓縮疲勞試驗(Tension-compression fatigue tests)、(3)扭轉疲勞試驗機(Torsional fatigue testing machine)。
進行疲勞試驗目的，都是在取得材料標準試件的「S-N 曲線圖」，參閱圖示左邊中間圖示，也就是「S最大波動應力振幅-N波動應力次數曲線圖」，重點說明如下：
1. 垂直軸
– Stress (MPa)：就是試件所承受的最大波動應力振幅(S)。
2. 水平軸
– Number of cycle (N)：就是試件在該承受最大波動應力振幅(S)狀態下，試件會斷裂破壞的波動應力次數(N)。
當N=1時，就是應力波動一次就斷裂。如圖示範例，其承載的波動應力(S)之應力振幅𝝈𝒂，大約是S=325 MPa，也就是材料的「抗拉強度」(ultimate strength)，𝑺𝒖𝒕=325 MPa。
參閱「S-N 曲線圖」，隨著最大波動應力振幅(S)的增大，試件所能承受的波動應力次數(N)，就會逐漸變少。一般認定，在N=10的6次方以上，會有無限的壽命(infinite life)，在此N值，如圖示範例，對應的最大波動應力振幅(S)，大約是S=200 MPa，所以材料的「疲勞強度」(Fatigue strength)，𝑺’𝒆=200 MPa。因為是N=無限壽命，材料的「疲勞強度」也可稱為材料的「疲勞極限」(Endurance limit)，𝑺’𝒆=200 MPa。
因此，要取得材料的「疲勞強度」，就是在指定N壽命次數(Life Cycle)下的「疲勞強度」，例如：
1. 在N=10的3次方時，如圖示範例，對應的最大波動應力振幅(S)，大約是S=250 MPa，所以，材料壽命次數N=10的3次方時，材料的「疲勞強度」(Fatigue strength)，𝑺’𝒆=250 MPa。
2. 在N=10的6次方時，如圖示範例，對應的最大波動應力振幅(S)，大約是S=200 MPa，所以，材料壽命次數N=10的3次方時，材料的「疲勞強度」(Fatigue strength)，𝑺’𝒆=200 MPa。
由於採用此材料，會以特定的加工方式，製造成一零組件，在考慮工作環境，有必要對材料的「疲勞強度」作補償修正，例如：零組件的加工、尺寸大小、工作溫度環境、或如電鍍處理、或惡劣工作環境等之影響，會降低材料的「疲勞強度」，所以，就定義：機械元件的「疲勞強度」，𝑺𝒆。
機械元件的「疲勞強度」，𝑺𝒆，修正計算方式如下：
𝑺𝒆=𝑲𝒂 𝑲𝒃 𝑲𝒄 𝑲𝒅
𝑲𝒆 𝑲𝒇 𝑺’𝒆
其中，
𝑺𝒆：機械元件的「疲勞強度」(Fatigue strength)
𝑺’𝒆：材料的「疲勞強度」(Fatigue strength)
𝑲𝒂：表面修正因子
𝑲𝒃：尺寸因子
𝑲𝒄：可靠度因子
𝑲𝒅：溫度因子
𝑲𝒆：應力集中因子
𝑲𝒇：其他因子
注意：所有的𝑲值大都是介於0~1之間，也就是這些環境、條件因子會降低材料的「疲勞強度」(Fatigue strength)，𝑺’𝒆。因此，一般的狀況：機械元件的「疲勞強度」𝑺𝒆 會小於材料的「疲勞強度」𝑺’𝒆，也就是：𝑺𝒆 < 𝑺’𝒆。
這個單元主要在區別材料的「疲勞強度」(Fatigue strength)和機械元件的「疲勞強度」(Fatigue strength)有甚麼不同。
以上個人看法，請多指教！
王栢村
