摩擦学第三章表面接触

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1、第三章金属表面的接触第一节、表面接触的基本概念二．接触面积的概念由固体表面的几何特性可知，一般工程中的各种固体的工程表面，不论其加工精度和表面光洁度多么高，在固／固界面上的接触都是点接触，因此，必须分清以下两种接触面积的概念。一．表面接触的特点1、宏观：低副接触、高副接触2、微观：粗糙表面接触、三个位置接触、微凸体塑性变形、新微凸体接触、接触体增加、平衡1）名义接触面积（表观接触面积）名义接触面积是指宏观的固／固界面上的边界所决定的宏观接触面积，或两个具有理想的绝对光滑的物体的接触面积，abNAn

2、=a×b(3-1)其大小由下式决定：3）实际接触面积Ar（真实接触面积）实际接触面积是指在固／固界面上，直接传递界面力的各个局部实际接触的微观面积△Ari的总和。今假定在界面上有n个微观的实际接触面，则其总的实际接触面积为：△Ari2）轮廓接触面积Ap由于波纹度存在，使接触斑点聚集在个别区域里的波顶，变形部分所形成的面积称为轮廓接触面积(3-2)三、微凸体模型和接触模型1、微凸体模型2）柱形模型1）球形模型3）锥形模型2、接触模型1）球面与球面接触3）棒与棒接触2）球面与平面接触有关接触表面的特点

3、：（1）固体间接触不连续性，即接触的离散性（2）固体间接触面积的三种类型：名义接触、轮廓接触、实际接触（3）固体间接触具有分子和力学双重性（4）摩擦过程中，微凸体的接触部位上的闪温比基体平均温度高的多第二节赫兹接触1．固体接触的过程:两个固体表面在法向载荷作用下相互接触，首先在软高的微突体（A，B点）接触，随着该微突体的变形（峰顶被压平）而逐渐在较低的微突体（C，D点）接触，直到接触的微突体的数量增加，使总的接触面积增大到足以支撑外载并达到静力平衡为止。ABCDAB(1)、接触位置两个表面相应微凸

4、体高度之和的最大值部分开始(2)、接触变形弹塑性变形状态，成对最高的微凸体变形最大(3)、粘着作用粘着点---面积小应力大---分子相互作用(4)、机械相互作用以变形和位移适应相对运动机械相互作用发生变形和位移以适应相对运动较硬的材料的微凸体会嵌入较软材料的表面中，较软材料的表面微凸体被压扁和改变形状。运动方向AB微凸体互嵌——微凸体不发生变形就不能产生运动2、赫兹接触定义:所谓赫兹接触就是指圆弧形物体的接触（赫兹1896年关于表面接触应力应变的研究）假设:（1）材料为完全弹性；（2）表面是光滑的

5、；（3）接触物体没有相对滚动；（4）接触物体不传递切向力；一、两球体接触半径可由赫兹公式式中：引入(3-3)(3-4)一般作用在接触面中心的最大接触应力是平均应力的1.5倍=====0.3当两个球均为钢球时代入(3-5)(3-6)(3-7)1、2、二、两圆柱体接触由赫兹公式如圆柱长度为L即：接触面上最大应力是平均应力的4/倍当两圆柱体均为钢时====0.3(3-8)(3-9)(3-10)(3-11)代入b式得：三、球面与平面的接触（HZ）令接触两球中的一球半径R2趋于无穷大设圆球面积为R0P2a弹

6、性压入面积压缩应力四、圆球面与凹球面的接触(HZ)在接触两球中，令凹球半径为-R2。可看作球面与凹球面的接触。五、结论与讨论（1）在弹性变形状态下，最大接触应力与载荷成非线形（2）球与平面接触最大剪应力在表层下0.5处，且（3）圆柱与平面接触时在表层下0.786处，且（4）当法向载荷与切向力同时作用，最大剪应力位置向表面移动（5）由于表面粗糙度的影响，每个微凸体进入接触时出现微观赫兹应力分布（6）大多数粗糙表面接触，表面接触具有弹塑性特点（7）表面接触的形式取决于接触条件第三节　粗糙表面的接触一、

7、单个球体与刚性平面的接触计算研究单个弹性球体与刚性平面的接触情况理论接触面积：实际是球体塑性变形时的接触圆面积实际加载时弹性体侧向变形受到限制，实际面积比理论面积小实际面积法向变形量故：法向载荷(3-12)(3-13)(3-14)(3-15)(3-13)已知二、理想粗糙表面的接触计算研究粗糙表面时，个微凸体按某些特定规律处理1、完全弹性接触由前式知：由前知单个微凸体载荷：上述结果表明在弹性变形情况下接触面积与载荷成正比(3-14)(3-15)实际接触面积总载荷：2、完全塑性接触假设载荷使微凸体在一

8、恒定流动压力p下发生塑性变形，材料作垂直向下的位移而不作水平扩展。此时应力达到屈服应力已知微凸体接触面积等于2πRδ，若单个微凸体接触面积，作用载荷实际接触面积有个微凸体则总载荷载荷可表示：上式表明完全塑性变形时，总载荷与实际接触面积成正比(3-16)三、两个实际粗糙表面的接触实际粗糙表面的微凸体高度是按概率密度函数分布的，因而接触的微凸体数量应根据概率方法计算。若两个表面的粗糙度均方根值分别为Rq1（）、Rq2（），且参考中线之间距离为h。他们的接触可转化为一个光滑刚性平面和另一