机械结合面广泛存在于机床、组合转子、摩擦离合器等机械系统中,传统的机械设计理论从宏观角度研究结合面,认为表面是光滑平整的,而在电子显微镜的观察下,表面轮廓并不光滑,上面连续分布有许多大小形状不同、尺度不等的微凸体。零件的接触结合面实质是粗糙表面接触,微凸体接触形成的区域为真实接触面积,其值远小于名义接触面积,并且会随着压力的不同而变化,导致接触表面出现磨损、变形、产生裂纹等现象,造成零部件失效,影响设备的机械性能。在现代科技进步以及工业工程、生产制造快速发展的环境下,对于机械设备精度、生产效率的要求逐步提高,因此微观尺度下研究接触问题,实现结合面力学性能的改善和机械系统寿命、效率的提高,是当下十分重要的任务。工程实际中,常用磨削、铣削、刮削的方式对表面进行机械加工,这一类表面在微观尺度下纹理呈现出一定的各向异性特征。本文主要针对这一类粗糙表面进行研究,首先介绍了三种仿真各向异性粗糙表面的方法:蒙特卡洛法、Fourier变换法、W-M函数法,分析了不同参数对表面形貌的影响,仿真得到形貌特征不同以及各向异性强度不同的粗糙表面,模拟工程中的实际情况。理论建模时,本文基于分形几何理论,通过研究具有分形特征的W-M函数中余弦波的波峰（或波谷）叠加规律,推导建立叠加微凸体模型。本文模型中将叠加微凸体中每一层小微凸体等效为椭球体,分析推导每一层小微凸体高度、等效曲率半径的表达式以及相邻层小微凸体高度方向上的几何关系。研究力学特性时,以单个叠加椭球形微凸体为研究对象,最顶层小微凸体首先接触变形,完全接触后其余层微凸体依次接触变形直至最底层小微凸体。推导每层微凸体各变形阶段对应所求物理量的表达式,建立完整力学模型。最后计算时考虑实际中椭球形微凸体的离心率不同,修正面积密度函数,进而研究接触特性。通过算例分析得到频率等级范围是影响表面接触特性的重要参数,频率等级较大（尺度较小）微凸体易发生塑性变形,而等级较小（尺度较大）微凸体易发生弹性变形。并且离心率系数增大时,微凸体接触面积增大,进而导致真实接触面积和总载荷增大。建立三维模型时,通过修正的三维W-M函数进行建模,其中参数M不同时可以表征各向异性强度不同的粗糙表面,通过推导M不同时三维W-M函数中余弦波的叠加规律,建立各向异性粗糙表面力学模型。三维模型中同样将单个小微凸体等效为椭球体,并考虑微凸体相互作用,建立椭球形微凸体受压后基底变形量计算公式,积分求和得到总基底变形量,对结果进行修正。通过三维模型研究各向异性粗糙表面的接触特性。分析计算得到,微凸体的相互作用在研究接触特性时不容忽略,尤其在高载荷情况下,叠加微凸体中尺度较大的微凸体受压后使得基底变形更大,计算所得载荷、面积小于未考虑相互作用时的结果。随后计算各向异性强度不同的粗糙表面接触特性,将结果进行对比。最后通过与其他模型进行对比,并设计法向静态加载实验,验证本文模型的正确性。