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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/ X- J: j* @- n- J& c: J

/ g# A8 j' j$ ~; t/ H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
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
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
9 W1 m* R) n1 g& g. R8 g3 ^选氮化硅陶瓷材料,弹性模量较高,为轴承钢的1.5倍
3 r* Y* H/ h: Z# S$ x3 `8 C4 a
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。% z* M( K* A1 @0 E0 k
/ E0 ^0 I+ x2 d

f6 b1 G: x+ s c( T* V
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。
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
* _) R! X5 c; L! U" h; o, \8 C+ k' {2 g! \( d: S8 D
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)
) W2 n# ]& R% g' q% w- {+ [" a# ^7 Y4 e ?1.接触面半径
5 s$ Q/ p4 [# M) s4 Dc20=1.109*(9000*20/2.1X105)1/3=1.05 mm; z3 J, X: [8 r+ Q$ w" V( r
c15=0.953: y" f1 Z: Y1 p N$ w
c10=0.833
0 X) x+ E# k O1 h/ ic5=0.661
. f! q( n7 p7 c' ?9 {2.最大接触应力
8 s J: f+ h: J o/ i& e6 v9 ]4 Zσmax20=0.388*(9000*2.12*1010/202)=3870N/mm2; p8 u9 Q' b& g2 t) v- o, [+ Y
σmax15=0.388*(9000*2.12*1010/152)=4688N/ mm21 k+ X3 L3 f3 u w4 Y5 \' ^, H
σmax10=6143 N/ mm2
0 E; g* _3 {0 o dσmax5=9752 N/ mm2
- J7 Y6 U3 z% t) v& o* S! L9 _
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。! I+ l7 [& s. r0 R7 r

) V0 E0 Z0 B* B
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 7 b* h+ T. b1 D* F. x/ U: R
氮化硅陶瓷材料弹性模量能达到300GPa。

" g5 w7 T& P7 t( OSi3N4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。
7 G! c n8 l) i
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* p: J; L! C4 Q2 ]! v& V
* {% @ h9 h" [8 Z. L; O! t
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。1 K$ z, d1 L) M6 B T1 L
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。/ T+ l% {( S6 i7 @
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。1 W2 T* }3 q+ j+ Q% ]
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)。) {. p8 V. R6 U( R5 @3 W
接触面直径要到2.216mm,最大压应力为3.5GPa。4 L3 w: i4 J5 Q$ `, i
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。
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 22:14
: s1 H! L ^+ m. |: Y' |弹性模量越大的的材质,就选它。

* ]1 b' A" c2 Y X+ g2 s5 h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。
* S2 F z+ ]* h' E# P: a+ b: ]) P' \. z4 w6 E6 @: g/ [
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