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受压9000N和平面接触的钢球变形小,选什么材料好

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1#
发表于 2020-5-30 06:43:32 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
本帖最后由 642093071 于 2020-5-30 06:45 编辑
: y# w% J5 ~2 f& Q# s, q0 C) j; y/ ~+ I) E+ U" X
做一个工装,支点是钢球和平面。钢球受9000N的压力,希望接触面积小些。定性的说:要选弹性模量高的材料,在受力允许的情况下,钢球的直径要小。请教大侠定量选择如何计算
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2#
发表于 2020-5-30 08:42:38 | 只看该作者
选氮化硅陶瓷材料,弹性模量较高,为轴承钢的1.5倍
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3#
 楼主| 发表于 2020-5-30 09:03:05 | 只看该作者
012345zy 发表于 2020-5-30 08:42# `% D+ w/ w% {( u% ^
选氮化硅陶瓷材料,弹性模量较高,为轴承钢的1.5倍

1 i% |. ^5 G4 }氮化硅陶瓷材料,在联系陶瓷球。接触痕中间压应力、中部切应力、边缘拉应力应该如何校核。
6 o* C% M  T& J5 s0 C: H5 \! E% d9 H$ H( A

3 ~/ L& X+ D! I- H! d" U& y
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4#
发表于 2020-5-30 16:00:13 | 只看该作者
氮化硅陶瓷材料弹性模量能达到300GPa。
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5#
 楼主| 发表于 2020-5-30 17:12:57 | 只看该作者
本帖最后由 642093071 于 2020-5-30 20:13 编辑 ! T" p. q5 k3 i$ L7 \
' Q6 x" t% ]/ k6 t
钢球和钢平面接触,钢球受900kgf的压力,按赫兹弹性接触公式计算如下(取E=2.1X105 N/mm2,u=0.3)
8 p+ L  U5 |5 i% z; [0 a1.接触面半径
" g7 T9 A8 j9 wc20=1.109*(9000*20/2.1X105)1/3=1.05 mm  
$ r1 \2 F* [: s4 s; ?* X: nc15=0.953) y/ R9 S$ H  c, y1 U
c10=0.833
5 x+ X5 A# X& ^1 }c5=0.661
0 O1 _" ~8 v6 w/ W7 G2.最大接触应力
: _/ H! u& }& rσmax20=0.388*(9000*2.12*1010/202)=3870N/mm2/ u/ X3 z& i& r$ h0 w& D
σmax15=0.388*(9000*2.12*1010/152)=4688N/ mm2
, L$ i8 n$ s" l* p4 v! i5 S: `σmax10=6143 N/ mm2* t# F: N9 O. j" {% j( }" C
σmax5=9752 N/ mm20 q  ]' r" P, B$ [( w
% }, i# i" t3 \1 \% X1 e7 T5 @
c20表示钢球半径20mm;σmax20表示钢球半径为20时中心最大压应力。9 Y" z* m& F9 F7 W# F# _" b- i
0 n, `7 C7 j2 r1 I1 a  ~2 {/ Q! Y) R
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6#
 楼主| 发表于 2020-5-30 18:47:56 | 只看该作者
未来第一站 发表于 2020-5-30 16:00
; r  P3 v9 x. D4 ?$ m' O氮化硅陶瓷材料弹性模量能达到300GPa。

, b* j! Z, ~( g4 @Si3N4弹性模量310GPa,泊松比0.26,硬度HV1600,抗压强度2800MPa.如果都换硬材料,接触面半径将进一步减小,根据上面计算压强将超过材料的抗压强度。这样看平板要选择硬度低一些的材料,形成摩擦副,减小滚动阻力。
  x( `0 K/ l2 }) e$ X4 ?
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7#
 楼主| 发表于 2020-5-31 20:23:11 | 只看该作者
本帖最后由 642093071 于 2020-5-31 20:47 编辑
. }$ V  o; k( s8 A$ o. [% B$ t7 I" d- y
Si3N4:,杨氏模量310GPa,泊松比0.26;球直径7.5mm,压碎载荷11500N,计算两等径球接触面半径和最大接触压应力。. C3 j8 x8 g" K; m5 t8 V3 h
按赫兹公式c3.75=0.8876*(11500*3.75/3.1X105)1/3=0.46 mm .接触面直径0.92和资料中计算值相同。
, [$ ~7 j, x' q% x. E2 Q; uσmax0.92=1.5*11.5*4/(PI*0.92^2)=25.95GPa.资料中给出的Si3N4抗压强度3.5GPa.  253.95>>3.5,资料中球被压碎。1 I% q! L; e  U$ u  D6 L
球受9000N压力,材料按最大抗压强度3.5GPa,最大压强按平均压强的1.5倍,接触面半径 c=(1.5*9/(PI*3.5)^1/2=1.108(mm)。
7 l/ R* T$ Z+ ?- y0 v9 a" [接触面直径要到2.216mm,最大压应力为3.5GPa。
( i$ [& K/ k. U5 ~
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8#
发表于 2020-5-31 22:14:34 | 只看该作者
弹性模量越大的的材质,就选它。
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9#
 楼主| 发表于 2020-6-1 08:50:46 | 只看该作者
远祥 发表于 2020-5-31 22:140 k, o" K& G- q! d: H
弹性模量越大的的材质,就选它。
8 u, r" B" i  ^  r- |
同样的载荷,弹性模量越大,接触面直径越小。载荷与接触面积的比为平均压应力,按赫兹公式中心最大压应力为平均压应力的1.5倍。在弹性模量大的同时,抗压强度也要满足要求。再者灵敏度和摩擦系数关系很大在想能否用静压轴承的形式。
$ e* `4 S, A+ b4 H  d* u9 @5 I. \; `2 L. |# O% p
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