Kosketuspinnassa

Kosketuspinnassa tarkoitetaan tilannetta, jossa kaksi kappaletta ovat suorassa kosketuksessa toisiinsa ja niiden rajapinnalla tapahtuu vuorovaikutusta. Siinä rajapinnalla syntyy kosketusvoimia, ja siellä voi siirtyä lämpöä sekä esiintyä kitkaa ja kulumista.

Usein todellinen kosketusala on paljon pienempi kuin nimellinen kosketusala, koska pinnat ovat karheita ja kontakti muodostuu mikroskooppisista epätasaisuuksista, eli asperiteista. Paine jakautuu näille yksittäisille kosketuspisteille; kun kuorma kasvaa, todellinen kosketusala hieman kasvaa, vaikuttaen kitkaan ja kulumiseen.

Kitka syntyy, kun pinnat liikkuvat toisiaan vasten. Kitkakerroin riippuu sekä materiaalien ominaisuuksista että käytetystä voitelusta; ilman voitelua kitka ja kuluminen voivat olla merkittäviä. Paineen ja liikenopeuden muuttuessa lämpötila nousee, mikä voi muuttaa materiaalien ominaisuuksia ja lisätä kulumista.

Voitelu vaikuttaa olennaisesti kosketuspinnan käyttäytymiseen. Hydrodynaaminen voitelu muodostaa filmin, joka erottaa pinnat toisistaan ja pienentää todellista kosketusalaa. Joissakin tilanteissa voitelu ei yllä täyteen erotteluun, jolloin kontaktipisteet voivat silti esiintyä ja aiheuttaa kitkaa.

Käytännössä kosketuspinnan käsite on keskeinen tribologiassa sekä mekaanisessa suunnittelussa. Se vaikuttaa laakereiden, hammaspyörien, tiivisteiden ja muiden liikkeessä olevien osien suorituskykyyn. Pintojen karheus, materiaalivalinnat, lämpötila ja voitelu määrittävät, miten kosketuspinnassa tapahtuu kuorman siirto, kitka ja kuluminen.