机械零件接触强度优化方法

机械零件在交变接触应力的作用下，其表层材料产生塑性变形，进而导致表面硬化，并在表面接触处产生初始裂纹。当润滑油被挤入初始裂纹中，与之接触的另一零件表面在滚过该裂纹时会将裂纹口封住，裂纹中的润滑油将产生很大的压力，迫使初始裂纹扩展。当裂纹扩展到一定深度后，必将导致表层材料局部脱落，这会使零件表面出现鱼鳞状凹坑，这种现象称为疲劳点蚀。润滑油的黏度越低，越易进入裂纹，疲劳点蚀的发生也就越迅速。零件表面发生疲劳点蚀后，就破坏了零件的光滑表面，减小了接触面积，降低了其承载能力，并引起振动和噪声。疲劳点蚀裂纹常是齿轮、滚动轴承等零部件的主要失效形式。

图1.10(a)所示为半径为ρ1和ρ2的两个圆柱体相接触（外接触），在压力F的作用下，由于材料的弹性变形，接触处将变为宽度为2a的一个狭长矩形面积。最大接触应力σH发生在接触面中线的各点上，并等于平均接触应力的。由赫兹(Hertz)公式得

图1.10　两圆柱体接触

接触疲劳强度条件为

式中，E1，E2——两圆柱体材料的弹性模量；(www.xing528.com)

μ1，μ2——两圆柱体材料的泊松比；

L——接触宽度。

取综合曲率半径ρv为，正号用于外接触，负号用于内接触，如图1.10(b)所示。

当两圆柱体为钢制时，E1=E2=E；μ1=μ2=0.3；取，则。

当接触点（线）连续改变位置时，零件上任一点处的接触应力只能在0～σH之间变化，因此，接触应力是一个脉动循环应力。在做接触疲劳计算时，极限应力也应是脉动循环的极限接触应力。

接触疲劳的规律与拉压及弯曲的高周循环疲劳的规律类似，即在一规定的应力循环次数N下，不产生接触疲劳破坏的最大应力σH为该材料的接触疲劳极限。σH与N之间的关系式为

根据实验，各种材料的接触疲劳曲线也与图1.5所示的曲线类似。同样也可以确定一个循环基数N0，其对应的接触疲劳极限用σHlim表示，则有

设计计算时所采用的接触疲劳极限应力σHlim，可以用实验的方法来确定，也可用接触疲劳极限与材料的表面硬度的经验关系式求得。