粗糙表面的接触

出处：按学科分类—工业技术 北京出版社《现代综合机械设计手册上》第235页（946字）

表面上的各凸峰称为微凸体。在垂直于接触表面的载荷作用下，两表面间的接触仅发生在微凸体的顶部。因此，两摩擦表面接触时，除用名义接触面积外，还用轮廓接触面积和实际接触面积来表征实际的接触状况，如图1．5－5所示。由于表面有波度，从而使各接触点聚集在各个波顶，形成一离散的接触，该波顶接触所形成的区域的总和，称为轮廓接触而积A_c(用一般涂料法测量的接触面积即A_c)。实际接触面积A_r，是群集于各轮廓接触面内各较高的微凸体接触所构成的面积之和。实际接触面积Ar，一般不超过名义接触面积A的0．01～0．1%，且集中于轮廓接触面积内，其余表面之间存在着10－2μm或更大的间隙，各实际接触点的大小很不一致，以小尺寸的量多。当单位压力小于该材料布氏硬度值的1／10时，平均接触宽度并不随载荷发生大的变化。作为近似估计，其方法是数出表面轮廓曲线在单位长度上与中线的交叉次数n。平均接触宽度约为0．2／n，见图1．5－6。如磨削表面，n值每1mm长度上约100点，则平均接触宽度为2μm。

图1．5－5 名义接触面积A(=a×b)、实际接触面积Ar和轮廓接触面积Ac的示意图

图1．6－6 轮廓曲线与中线交叉点与实际接触宽度

两粗糙表面接触时，随着法向载荷的增加，其法向变形量(接近量)增大，较高的微凸体将由弹性接触转变为塑性接触。因此，法向接近量可作为衡量表面塑性变形程度的指标。实用中。用塑性指数Ω作为判据。

式中 ，为两接触表面材料的综合弹性模量；E₁、E₂为两接触表面材料的弹性模量：v₁、v₂为两接触表面材料的波松比；H为两接触面中较软材料的布氏硬度值；，为两表面轮廓的均方根偏差σ₁和σ₂(定义见表1．5－1)的综合值；r_a为微凸体峰顶的平均曲率半径(表1．5－1)。

塑性指数Ω＜0．6时，属于弹性接触；Ω＞3，属于塑性接触；Ω在0．6～3之间，为混合接触状态，Ω值愈大，则塑性变形所占比例愈大。