La rigidez de contacto de la unión mecánica suele convertirse en la parte más débil de la rigidez de todo el equipo de maquinaria, lo cual es uno de los parámetros importantes que afectan las características dinámicas de la maquinaria de ingeniería. Basado en la función tridimensional de Weierstrass-Mandelbrot (WM), se propone un nuevo modelo de rigidez de contacto normal de la unión con superficie bifractal, que considera de manera integral los efectos de la deformación elastoplástica de la aspereza y el factor de fricción. El efecto de varios parámetros (dimensión fractal, parámetro de escala, parámetro material, factor de fricción) en la rigidez de contacto normal de la unión es analizado mediante simulación numérica. La rigidez de contacto normal de la unión aumenta con el aumento de la dimensión fractal, la carga normal y las propiedades del material, y disminuye con el aumento del parámetro de escala. Mientras tanto, los parámetros fractales de la superficie rugosa equivalente de la unión son calculados mediante el método de función estructural. Los resultados experimentales muestran que cuando la carga está entre 14 y 38 Nm, el error del modelo está dentro del 20%. El modelo de rigidez de contacto normal de la unión de superficie bifractal puede proporcionar una base teórica para el análisis de las características dinámicas de toda la máquina en la etapa de diseño.