接觸應力

兩個接觸物體相互擠壓時在接觸區及其附近產生的應力。滾動軸承、齒輪和凸輪等零件，在較高的接觸應力的反覆作用下，會在接觸表面的局部區域產生小塊或小片金屬剝落，形成麻點和凹坑，使零件運轉雜訊增大，振動加劇，溫度升高，磨損加快，最後導致零件失效。因此設計這類零件時，必須考慮接觸強度，包括接觸靜強度和接觸疲勞強度。

物體表面的接觸狀況，按初始幾何條件可分為點接觸和線接觸兩類。施載入荷后，接觸點或接觸線實際上變成接觸面(圓、橢圓、矩形或梯形)。在計算接觸面積時假設：①彈性體材料各向同性；②接觸區域的應力不超過彈性極限；③接觸面積比接觸物體總表面積小得多；④壓力垂直於物體的接觸表面。根據上述假設，兩個彈性物體接觸面的普遍形式為一橢圓。最大壓應力（即最大接觸應力）發生在接觸面的中心。在整個接觸面上的壓力分佈呈圖中的半橢球形。

兩彈性物體接觸時，最大接觸切應力出現在接觸點下方某一深度處與接觸面成45°角的平面上。在該平面上的切應力分佈，隨表層向下而增大，達到最大值后又隨離表層距離增大而減小。當兩物體滾動接觸時，切應力由最大值變到零，再由零到最大值，形成脈動循環應力，使物體產生接觸疲勞破壞，其裂紋方向與接觸表面成45°角。這種理論廣泛應用在傳統的齒輪接觸疲勞強度計算中。在滾動軸承的接觸疲勞計算中，認為裂紋源是由於在ZY平面內（見圖）一定深度處的切應力對稱循環作用引起的。的數值也隨離表面的深度而變化。接觸疲勞裂紋主要在達到最大值處產生。然後裂紋平行於表面擴展直到局部表層突然斷裂。

在機械設計中，可採用提高接觸強度的措施來提高零件的使用壽命。例如，提高表面光潔度，在兩滾動體接觸表面間加潤滑劑，用各種熱處理工藝提高滾動體接觸表面的硬度等（見表面強化）。