傳遞動力的高副機構，如摩擦輪、凸輪齒輪、鏈輪傳動、滾動軸承、滾動螺旋等，都有接觸強度問題，自然也涉及到接觸應力。在此對接觸應力計算作較為全面的討論。兩曲面的彈性體在壓力作用下，相互接觸時，都會產生接觸應力，傳遞動力的高副機構在工作中往往出現的是交變應力，受交變接觸應力的機器零件在一定的條件下會出現疲勞點蝕的現象，點蝕擴散到一定程度，零件就不能再用了，也就是說失效了，這樣失效的形式稱之為疲勞點蝕破壞，在ISO標準中是以赫茲應力公式為基礎的。本文較為集中地討論了幾種常見曲面的赫茲應力公式及常用機械零件的接觸應力計算方法，便于此類零件的設計及強度驗算。1任意兩曲面體的接觸應力

1.1坐標系圖1所示為一曲面體的一部分，它在E點與另外一曲面體相接觸，E點稱為初始接觸點。取曲面在E點的法線為z軸，包括z軸可以有無限多個剖切平面，每個剖切平面與曲面相交，其交線為一條平面曲線，每條平面曲線在E點有一個曲率半徑。不同的剖切平面上的平面曲線在E點的曲率半徑一般是不相等的。這些曲率半徑中，有一個最大和最小的曲率半徑，稱之為主曲率半徑，分別用R′和R表示，這兩個曲率半徑所在的方向，數學上可以證明是相互垂直的。平面曲線AEB所在的平面為yz平面，由此得出坐標軸x和y的位置。任何相接觸的曲面都可以用這種方法來確定坐標系。由于z軸是法線方向，所以兩曲面在E點接觸時，z軸是相互重合的，而x1和x2之間、y1和y2之間的夾角用Φ表示(圖2所示)。圖1曲面體的坐標圖2坐標關系及接觸橢圓

1.2接觸應力兩曲面接觸并壓緊，壓力P沿z軸作用，在初始接觸點的附近，材料發生局部的變形，靠接觸點形成一個小的橢圓形平面，橢圓的長半軸a在x軸上，短半軸b在y軸上。橢圓形接觸面上各點的單位壓力大小與材料的變形量有關，z軸上的變形量大，沿z軸將產生最大單位壓力P0。其余各點的單位壓力P是按橢圓球規律分布的。其方程為

單位壓力

總壓力P總＝∫PdF

∫dF從幾何意義上講等于半橢球的體積，故

接觸面上的最大單位壓力P0稱為接觸應力σH

（1）a、b的大小與二接觸面的材料和幾何形狀有關。2兩球體的接觸應力由赫茲公式知代入式(3)，得若兩圓柱體均為鋼時，E1＝E2＝E，μ1＝μ2＝0．3，取則接觸應力為若為兩圓柱體內接觸(圖8)，則以代入式(4)計算。若是圓柱體與平面接觸，則R2＝∞，R＝R1代入式(4)計算。4機械零件的接觸應力計算

4.1摩擦輪傳動金屬摩擦輪傳動失效的主要形式是滾動體表面的疲勞點蝕，常按接觸疲勞強度設計，來驗算滾動體接觸表面上的接觸應力。對于圓盤與摩擦輪的傳動(圖9)，將滾動體的壓緊力代入赫茲應力公式，可得圖8兩圓柱體內接觸圖9圓盤與摩擦輪接觸式中：T為摩擦輪軸上轉矩；f為摩擦系數；b為接觸長度；S為摩擦力裕度，在動力傳動中取1.25～1.5，在儀器傳動中取不大于3。

4.2齒輪傳動

一對齒輪在節點外接觸，相當于半徑為ρ1、ρ2的兩個圓柱體相接觸(圖10)，因此也用式(4)來求接觸應力圖10一對齒輪在節點處接觸的接觸應力代入式(4)，便可得出輪齒表面的接觸應力公式，進而導出齒輪傳動接觸強度的設計計算式。

4.3凸輪機構凸輪機械中滾子與凸輪工作面也存在著接觸應力，也可以用式(4)進行校核

式中：q＝P／L，P為凸輪與推桿間在所校核的接觸處的法向壓力，常見的直動滾子推桿盤形凸輪機構法向壓力如圖11所示。

式中：Q為推桿上的載荷；α為壓力角；f為導槽與推桿間摩擦系數；La為推桿上滾子中心伸出導槽的長度。

4.4滾柱式離合器(圖12)當離合器進入接合狀態時，滾柱被楔緊在星輪和套筒間，靠套筒隨星輪一同回轉。圖11凸輪機構的受力圖12滾柱式定向離合器簡圖星輪工作面的坐標為作用在滾柱的力對離合器軸心的力臂為

若傳遞的傳矩為Mk時，作用在滾柱上的力為滾柱和星輪的接觸是圓柱體和平面相接觸，所以綜合曲率半徑單位長度的載荷q＝Q／L，代入式(4)即可得出滾柱和星輪間的接觸應力公式

式中：L為滾柱長度；d為滾柱直徑。

4.5滾動軸承的滾動體與滾道間的接觸應力

滾子軸承的滾子與內環的接觸相當于兩圓柱體外接觸(圖13)，綜合曲率半徑單位長度上的載荷代入式(4)，便可得出受力最大的滾子與內環接觸處的接觸應力式中：P為受力最大的滾子所承受的力；L為滾子工作長度。圖135結語(1)通過對曲面間高副接觸應力的分析，對赫茲公式進一步作了改進，得到了4個接觸應力計算公式。

(2)有些機械零件，如上述討論的齒輪，摩