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一个圆球沿直线在一个平面滚动,且没有滑动。如果载荷对材
料产生的应力低于材料的屈服点,那么在接触区的形变是弹性的。
当载荷经过接触区后,变形表面会回复至它原始的曲面几何形状。
在每次连续的运行中,球上的同一点将会再次与表面接触。在接触
区产生的这种应力叫做接触应力或者赫兹应力。在球面上这块小体
积上的接触应力将随着球旋转的频率而不断重复。这就产生了疲劳
载荷的条件,最终会导致表面疲劳失效。
这种重复的加载与拉应力疲劳加载的情形很相似。而这种情形
下明显的不同是,在接触面中心区的主接触应力是完全受压的,而
不是拉应力。回顾第6章中所述,疲劳失效被认为是由剪切应力引
发,而由拉应力发展到失效。同样地,这里也存在一种与受压的接
触应力有关的剪切应力,这种剪切应力被认为是足够次数的应力循
环后,裂纹形成的原因。裂纹生长最终因为点蚀(小片表面物质断
裂、脱落)而失效。一旦表面出现点蚀,它的表面就会受损,同时
它会迅速地发展成剥落失效,即表面上大片的损失”。图7一12展
示一些了点蚀和大片剥落的实例。
如果一个球或者滚动轴承没有工作,而是经受来自邻近机械的
振动,点蚀会在球或滚子滚道上产生。这种情况有时候称为摩擦腐
蚀压痕,因为它与材料布氏硬度测试所产生的凹痕具有相似的外观
。当轴承开始工作时,这种缺陷通常会导致快速剥落。
接下来,我们会研究以球面对球面这种相对简单形状滚动接触
时的接触面几何形状、压力分布、应力和形变,然后讨论圆柱面对
圆柱面的情形,最后讨论一般情形。这些情形的方程源于更加复杂
的弹性力学的方程组。静载下两物体中心线上的接触面积、形变、
压力分布和接触应力的方程最早是由赫兹在1881年推导出的。
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