接触疲劳：不同类型及其影响因素

机械零、构件受高接触应力的周期性作用的现象，叫接触疲劳。

按初始裂纹的位置来分，接触疲劳可分为麻点剥落和表层压碎两大类。在接触应力小、摩擦力大、表面质量比较差的情况下，裂纹首先在表面萌生，产生麻点剥落；反之，裂纹首先在次表面萌生，产生表面压碎，但两者往往同时发生。

麻点剥落和表层压碎型破坏形式的形成过程是不同的，见图4-18。

由图4-18a可见，在接触应力作用下，在表层发生塑性流变（厚度约0.1～0.3mm）。当τ_表面＞τ_b时则产生微裂纹，润滑油被压入微裂纹，并被封闭造成高的压力。促使微裂纹扩展到一定程度，裂纹的一边受弯曲太大而折断，即形成麻点剥落。由图4-18b可见，在最大压应力σ_max作用下，在表层以下深为Z₀（Z₀≈0.5b），距接触面中心线为±0.85b处，存在τ₀=τ_zymax，如图4-19所示。因接触处在不断变化，故该处的剪应力由+τ变化到-τ，其应力幅值为2τ₀。在表层下深度为Z₁（Z₁≈0.786b），接触面中心线处存在τ_45°max。根据赫兹理论：

图4-18 接触疲劳失效示意图

a）麻点剥落示意图 b）表层压破原理图

式中 b——接触面宽度；

图4-19 表层以下切应力分布

E₁、E₂——分别为两接触物体的弹性模量，若E₁=E₂时，则；(www.xing528.com)

ρ₁、ρ₂——分别为两接触物体接触弧段的曲率半径，若物体为平面则ρ=∞，若为凹面接触则用-ρ；

l——接触面长度；

F——加在两接触物体上载荷；

ν——泊松比，一般取ν=0.3。

由于在表面下Z₀处的τ₀周期性变化，其应力幅值Δτ=2τ₀，其值大于表面下Z₁处的应力幅值（其为τ_45°max），故往往着重考虑τ₀的作用。在τ₀作用下产生微裂纹，裂纹方向与接触表面平行。以后裂纹不断扩展，并产生垂直于表面或与表面成某一角度的分枝裂纹，分枝裂纹进一步扩展，则发生脆断，这就造成表层压碎型接触疲劳破坏。

剪切应力与材料剪切强度是裂纹萌生和扩展的决定因素、当其比值（前者比后者）大于0.6时，裂纹在硬化层与心部交界处产生和扩展，最后造成压碎型剥落。当比值小于0.55时，就出现表层压碎和麻点剥落的混合形式或者只出现麻点剥落。

滚动接触零件间摩擦系数大小，也影响着疲劳破坏的类型和特征。当摩擦系数由小变大时，最大切应力的位置向表面移动，当摩擦系数大于1/9时，最大切应力趋向表面，故裂纹从表面开始萌生。