受壓9000N和平面接觸的鋼球變形小，選什么材料好

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' s2 k9 j" y. k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
# m( _( M8 @1 E- V選氮化硅陶瓷材料，彈性模量較高，為軸承鋼的1.5倍

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。


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未來第一站

氮化硅陶瓷材料彈性模量能達(dá)到300GPa。

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6 w+ j( f" b* x. h( L5 `( E( Z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）
1.接觸面半徑
c20=1.109*(9000*20/2.1X105)1/3=1.05 mm  
! q, o5 g$ }1 _1 v$ X3 Wc15=0.953
c10=0.833
/ X5 ^; e# E' c' p. N3 ~: _4 e8 pc5=0.661
2.最大接觸應(yīng)力
σmax20=0.388*(9000*2.12*1010/202)=3870N/mm2
σmax15=0.388*(9000*2.12*1010/152)=4688N/ mm2
σmax10=6143 N/ mm2
σmax5=9752 N/ mm2
9 [+ _+ R& Q6 j: K1 b# Y
- C7 ~/ Z& v  M8 fc20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。

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未來第一站 發(fā)表于 2020-5-30 16:00
氮化硅陶瓷材料彈性模量能達(dá)到300GPa。

Si3N4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(jìn)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。
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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。
# Y& \) @  h8 t% |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。
- s' g/ F) P+ S; k/ u3 B* @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。
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）。
  F- `( f3 Y: _; o# Q7 y& `& H4 ]接觸面直徑要到2.216mm，最大壓應(yīng)力為3.5GPa。

遠(yuǎn)祥

彈性模量越大的的材質(zhì)，就選它。

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遠(yuǎn)祥 發(fā)表于 2020-5-31 22:14
彈性模量越大的的材質(zhì)，就選它。

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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