受压9000N和平面接触的钢球变形小，选什么材料好

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2 I$ e6 u0 r! X4 q" z# l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

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。


5 H4 @$ u* d6 c4 t

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）
1.接触面半径
c20=1.109*(9000*20/2.1X105)1/3=1.05 mm  
c15=0.953
. s* c/ \" `: p" @4 bc10=0.833
c5=0.661
2.最大接触应力
: [; Q% A) s- U) x1 l: O9 G* K/ E" rσmax20=0.388*(9000*2.12*1010/202)=3870N/mm2
σmax15=0.388*(9000*2.12*1010/152)=4688N/ mm2
σmax10=6143 N/ mm2
* u" o1 ~: ~  X) Z) _/ q' kσmax5=9752 N/ mm2
7 j0 }5 s% ?9 L8 q3 `" P
5 a* U& w& g' L1 B0 i( Rc20表示钢球半径20mm;σmax20表示钢球半径为20时中心最大压应力。
+ E/ m' y( w" ?5 J7 r6 N3 p

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未来第一站 发表于 2020-5-30 16:00
氮化硅陶瓷材料弹性模量能达到300GPa。

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。

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6 n) D0 v1 Q  xSi3N4：,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。
( Q3 v, Z4 W0 ~7 E- y, N$ D% _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）。
) I* C, S# V  y' [* B: H( {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
- v& w1 P8 B+ F( X6 ?' k: [0 b弹性模量越大的的材质，就选它。

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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