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 發表于 2020-5-30 08:42
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，在聯系陶瓷球。接觸痕中間壓應力、中部切應力、邊緣拉應力應該如何校核。


: E+ w" J/ F% I2 C0 }1 [

未來第一站

氮化硅陶瓷材料彈性模量能達到300GPa。

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! U6 b/ w" i: g  f
, I# j6 Y& j* ~, U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）
$ q- t, X* Q; ?! R+ H# a1.接觸面半徑
c20=1.109*(9000*20/2.1X105)1/3=1.05 mm  
c15=0.953
c10=0.833
8 F. U0 h# Q# V+ A* I6 ~c5=0.661
  u8 l8 C3 O$ m1 q1 \# m2.最大接觸應力
σmax20=0.388*(9000*2.12*1010/202)=3870N/mm2
# U8 z! a( h4 yσmax15=0.388*(9000*2.12*1010/152)=4688N/ mm2
σmax10=6143 N/ mm2
σmax5=9752 N/ mm2

1 b4 q% }3 x) K9 ]% `c20表示鋼球半徑20mm;σmax20表示鋼球半徑為20時中心最大壓應力。
! T3 M9 J$ `6 K; I  J1 P

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未來第一站 發表于 2020-5-30 16:00
氮化硅陶瓷材料彈性模量能達到300GPa。

! x; y2 n5 D! }3 f  x' 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力。
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。
4 p9 M- Z# e0 n2 bσmax0.92=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。
+ u, @) R( b6 N/ \, ], g6 t* 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）。
接觸面直徑要到2.216mm，最大壓應力為3.5GPa。

遠祥

彈性模量越大的的材質，就選它。

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遠祥 發表于 2020-5-31 22:14
彈性模量越大的的材質，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力，按赫茲公式中心最大壓應力為平均壓應力的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關系很大在想能否用靜壓軸承的形式。
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