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一個圓球沿直線在一個平面滾動,且沒有滑動。如果載荷對材
料產(chǎn)生的應(yīng)力低于材料的屈服點,那么在接觸區(qū)的形變是彈性的。
當(dāng)載荷經(jīng)過接觸區(qū)后,變形表面會回復(fù)至它原始的曲面幾何形狀。
在每次連續(xù)的運行中,球上的同一點將會再次與表面接觸。在接觸
區(qū)產(chǎn)生的這種應(yīng)力叫做接觸應(yīng)力或者赫茲應(yīng)力。在球面上這塊小體
積上的接觸應(yīng)力將隨著球旋轉(zhuǎn)的頻率而不斷重復(fù)。這就產(chǎn)生了疲勞
載荷的條件,最終會導(dǎo)致表面疲勞失效。
這種重復(fù)的加載與拉應(yīng)力疲勞加載的情形很相似。而這種情形
下明顯的不同是,在接觸面中心區(qū)的主接觸應(yīng)力是完全受壓的,而
不是拉應(yīng)力;仡櫟6章中所述,疲勞失效被認(rèn)為是由剪切應(yīng)力引
發(fā),而由拉應(yīng)力發(fā)展到失效。同樣地,這里也存在一種與受壓的接
觸應(yīng)力有關(guān)的剪切應(yīng)力,這種剪切應(yīng)力被認(rèn)為是足夠次數(shù)的應(yīng)力循
環(huán)后,裂紋形成的原因。裂紋生長最終因為點蝕(小片表面物質(zhì)斷
裂、脫落)而失效。一旦表面出現(xiàn)點蝕,它的表面就會受損,同時
它會迅速地發(fā)展成剝落失效,即表面上大片的損失”。圖7一12展
示一些了點蝕和大片剝落的實例。
如果一個球或者滾動軸承沒有工作,而是經(jīng)受來自鄰近機械的
振動,點蝕會在球或滾子滾道上產(chǎn)生。這種情況有時候稱為摩擦腐
蝕壓痕,因為它與材料布氏硬度測試所產(chǎn)生的凹痕具有相似的外觀
。當(dāng)軸承開始工作時,這種缺陷通常會導(dǎo)致快速剝落。
接下來,我們會研究以球面對球面這種相對簡單形狀滾動接觸
時的接觸面幾何形狀、壓力分布、應(yīng)力和形變,然后討論圓柱面對
圓柱面的情形,最后討論一般情形。這些情形的方程源于更加復(fù)雜
的彈性力學(xué)的方程組。靜載下兩物體中心線上的接觸面積、形變、
壓力分布和接觸應(yīng)力的方程最早是由赫茲在1881年推導(dǎo)出的。
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