受壓9000N和平面接觸的鋼球變形小，選什么材料好

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做一個工裝，支點是鋼球和平面。鋼球受9000N的壓力,希望接觸面積小些。定性的說：要選彈性模量高的材料，在受力允許的情況下，鋼球的直徑要小。請教大俠定量選擇如何計算

012345zy

選氮化硅陶瓷材料，彈性模量較高，為軸承鋼的1.5倍

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012345zy 發(fā)表于 2020-5-30 08:42
& N8 @7 {+ j' \$ U( e, U  E選氮化硅陶瓷材料，彈性模量較高，為軸承鋼的1.5倍

: e& |! V  R9 l0 U( G7 V7 i4 r/ @* l氮化硅陶瓷材料，在聯(lián)系陶瓷球。接觸痕中間壓應(yīng)力、中部切應(yīng)力、邊緣拉應(yīng)力應(yīng)該如何校核。
& {$ {9 v7 |; @9 a; J4 f& t" V$ U
4 j0 m! i* ?* \" R; o7 B

未來第一站

氮化硅陶瓷材料彈性模量能達到300GPa。

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鋼球和鋼平面接觸，鋼球受900kgf的壓力,按赫茲彈性接觸公式計算如下（取E=2.1X105 N/mm2,u=0.3）
/ Y* S- ^: T- v  z  v4 Z% f" C1.接觸面半徑
2 t/ T* @2 ]$ Lc20=1.109*(9000*20/2.1X105)1/3=1.05 mm  
/ o8 b# [* C' G$ ec15=0.953
' {2 m: M: N5 _- m3 |5 ^) j$ \c10=0.833
c5=0.661
2.最大接觸應(yīng)力
σmax20=0.388*(9000*2.12*1010/202)=3870N/mm2
- Y. V9 Y. \) _7 J/ L+ f* z% oσmax15=0.388*(9000*2.12*1010/152)=4688N/ mm2
" q$ y& ~0 l% m$ \( _σmax10=6143 N/ mm2
σmax5=9752 N/ mm2

7 F9 r* Y% w  o% m% Ic20表示鋼球半徑20mm;σmax20表示鋼球半徑為20時中心最大壓應(yīng)力。
9 F. K$ ^! B- \; K8 }

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未來第一站 發(fā)表于 2020-5-30 16:00
/ C  L3 b# J/ A  W2 ?) v氮化硅陶瓷材料彈性模量能達到300GPa。

8 Y: Y" z$ h2 A! j0 t9 ]) gSi3N4彈性模量310GPa,泊松比0.26，硬度HV1600，抗壓強度2800MPa.如果都換硬材料，接觸面半徑將進一步減小，根據(jù)上面計算壓強將超過材料的抗壓強度。這樣看平板要選擇硬度低一些的材料，形成摩擦副，減小滾動阻力。
. g9 b  A- D9 C4 D3 V

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: u) C. ?3 e) L2 f9 I
Si3N4：,楊氏模量310GPa,泊松比0.26；球直徑7.5mm,壓碎載荷11500N,計算兩等徑球接觸面半徑和最大接觸壓應(yīng)力。
5 y# `4 W- V$ {5 N  }7 h' j按赫茲公式c3.75=0.8876*(11500*3.75/3.1X105)1/3=0.46 mm .接觸面直徑0.92和資料中計算值相同。
σmax0.92=1.5*11.5*4/（PI*0.92^2）=25.95GPa.資料中給出的Si3N4抗壓強度3.5GPa.  253.95>>3.5,資料中球被壓碎。
' G7 l4 |( ?( \$ ~* v+ U: x" a/ F球受9000N壓力，材料按最大抗壓強度3.5GPa,最大壓強按平均壓強的1.5倍，接觸面半徑 c=(1.5*9/(PI*3.5)^1/2=1.108（mm）。
( a5 }# j, A: ?' ?: z* M! C. J接觸面直徑要到2.216mm，最大壓應(yīng)力為3.5GPa。

遠祥

彈性模量越大的的材質(zhì)，就選它。

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遠祥 發(fā)表于 2020-5-31 22:14
2 a. D; `; L) t5 L. B! Z彈性模量越大的的材質(zhì)，就選它。

& z7 o3 M$ o4 F2 A  ]' T1 M同樣的載荷，彈性模量越大，接觸面直徑越小。載荷與接觸面積的比為平均壓應(yīng)力，按赫茲公式中心最大壓應(yīng)力為平均壓應(yīng)力的1.5倍。在彈性模量大的同時，抗壓強度也要滿足要求。再者靈敏度和摩擦系數(shù)關(guān)系很大在想能否用靜壓軸承的形式。

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