受压9000N和平面接触的钢球变形小，选什么材料好

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: f- `, _. n: _8 f/ y P. l2 G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

012345zy

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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012345zy 发表于 2020-5-30 08:42
选氮化硅陶瓷材料，弹性模量较高，为轴承钢的1.5倍

6 r8 X7 e5 T+ u; R* h0 d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。
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a* {- h& o% G9 v2 P6 O

未来第一站

氮化硅陶瓷材料弹性模量能达到300GPa。

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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）
; a$ D# `$ ]- p% |4 E- u1.接触面半径
$ w- \+ I! u0 V8 Q( Y; Dc20=1.109*(9000*20/2.1X105)1/3=1.05 mm
c15=0.953
$ A8 v' e* }. f5 J8 }+ d5 zc10=0.833
c5=0.661
! R# q) c8 c8 \- K6 z( f( t1 C$ s* B2.最大接触应力
σmax20=0.388*(9000*2.12*1010/202)=3870N/mm2
- J; ]( j0 x( V) }( h$ H$ ^& Kσmax15=0.388*(9000*2.12*1010/152)=4688N/ mm2
σmax10=6143 N/ mm2
σmax5=9752 N/ mm2

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。
% s/ }( X( X" N2 G8 p' }
) e; n+ d. T; u a% f7 j$ O

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未来第一站 发表于 2020-5-30 16:00
1 C V1 L: b! Y# n氮化硅陶瓷材料弹性模量能达到300GPa。

2 p& U, |/ Z7 K( ISi3N4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。

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* j5 e- a, u% A$ e! H" K
0 g0 ^& K4 d1 l6 Y9 C4 F9 k# g7 oSi3N4：,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。
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。
σmax0.92=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。
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）。
' q% Q- ]* t0 Y! C4 F接触面直径要到2.216mm，最大压应力为3.5GPa。
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远祥

弹性模量越大的的材质，就选它。

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远祥 发表于 2020-5-31 22:14
$ D! `1 e- u) c, `弹性模量越大的的材质，就选它。

, x& A- K! L) z8 R. u5 S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。
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