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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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发表于 2020-5-30 06:43:32 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 642093071 于 2020-5-30 06:45 编辑 1 l3 o0 ?3 X7 \- B8 w

8 T; e) q6 A) A# A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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发表于 2020-5-30 08:42:38 | 显示全部楼层
选氮化硅陶瓷材料,弹性模量较高,为轴承钢的1.5倍
 楼主| 发表于 2020-5-30 09:03:05 | 显示全部楼层
012345zy 发表于 2020-5-30 08:422 p7 S1 p& n9 S5 L' z
选氮化硅陶瓷材料,弹性模量较高,为轴承钢的1.5倍

1 p) V3 G; V; |$ q* j7 y  U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。  F6 W$ u4 u/ [1 z' p& o6 T- D1 T
$ m' `* `' d* d: O% z  J

% T: |0 o, _+ ^0 H6 i  ~# D; r
发表于 2020-5-30 16:00:13 | 显示全部楼层
氮化硅陶瓷材料弹性模量能达到300GPa。
 楼主| 发表于 2020-5-30 17:12:57 | 显示全部楼层
本帖最后由 642093071 于 2020-5-30 20:13 编辑 3 I# h( E* {3 _

; W9 i& q3 }4 u2 ~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)4 U. y! b& v# d" w% Y
1.接触面半径) \$ ^$ L6 b' P0 ~5 G* ~, V
c20=1.109*(9000*20/2.1X105)1/3=1.05 mm  
. z4 U1 h8 [- I' Wc15=0.953
% s- @9 M& @  E. v1 ac10=0.833# Q& F! J  p7 R, ~3 }+ Q
c5=0.661, X: [; H$ c9 E" I5 F" q/ j) J, _# n5 t- [
2.最大接触应力. d% o1 K2 z1 X2 F1 t, y" B
σmax20=0.388*(9000*2.12*1010/202)=3870N/mm2) Q. y8 p2 C% j9 T
σmax15=0.388*(9000*2.12*1010/152)=4688N/ mm22 ~) ^4 m* ~2 K2 \' X/ w" g+ a, I" v
σmax10=6143 N/ mm2
5 f" z$ n+ D" ?1 U  P9 L% h" Cσmax5=9752 N/ mm2
2 u* L2 _8 Y& k+ h# S4 R
2 c7 ?, f* M) K9 j+ |! X7 ac20表示钢球半径20mm;σmax20表示钢球半径为20时中心最大压应力。
  N6 B  K" q# p8 a( E& d" b5 \' i
 楼主| 发表于 2020-5-30 18:47:56 | 显示全部楼层
未来第一站 发表于 2020-5-30 16:00
) J0 I, z# N) V* e- l氮化硅陶瓷材料弹性模量能达到300GPa。

; C! Z5 \) p% h5 _* j* r. E9 u3 K. CSi3N4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 [* y  d5 \7 I
 楼主| 发表于 2020-5-31 20:23:11 | 显示全部楼层
本帖最后由 642093071 于 2020-5-31 20:47 编辑
, A; V: I! ~3 @) ?2 f5 k& Q( N& u' k( l" a2 a, }7 R# p
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。2 ^- E, i4 ~# R( D  B$ Q/ K
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。) Y5 B( m8 \# g1 ?% D! b
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。
: k$ w& F5 A& A* a( ]4 h  k9 ?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)。
# d1 e1 g: b$ w% E; e接触面直径要到2.216mm,最大压应力为3.5GPa。" u; ]# z+ a2 z: E
发表于 2020-5-31 22:14:34 | 显示全部楼层
弹性模量越大的的材质,就选它。
 楼主| 发表于 2020-6-1 08:50:46 | 显示全部楼层
远祥 发表于 2020-5-31 22:14/ I) u+ o2 N$ E
弹性模量越大的的材质,就选它。
2 X5 {! }3 v& V3 t
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。
8 M) s5 M9 @8 F4 A0 N: ?8 }. s; p, ^# N, B7 M
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