球の接触
接触半径a

(mm)

P:集中荷重 (N)

ν:ポアソン比

E:縦弾性係数 (MPa)

R:曲率半径 (mm)

 

球と平面の場合

R1=

 

球と凹球面の場合

R1=-R1


ex.

P=5000 N

ν1=ν2=0.3

E1=E2=206000 MPa

R1=8 mm

R2=3.5 mm

 

a=((3*5000/4*2
*((1-0.3^2)/206000)

 /(1/8+1/3.5))^(1/3)

 =0.43 mm

 
最大面圧P0

(MPa)

P:集中荷重 (N)

a:接触半径 (mm)

 

ex.

P=5000 N

a=0.43 mm

 

p0=3*5000
    /(2*
π*0.43^2)

   =12911.4 MPa

 
面圧P(r)

(MPa)
 
接近距離δ

(mm)

P:集中荷重 (N)

ν:ポアソン比

E:縦弾性係数 (MPa)

R:曲率半径 (mm)

 
最大せん断応力τmax

(MPa)

P:集中荷重 (N)

a:接触半径 (mm)

 

ex.

P=5000 N

a=0.43 mm

 

τmax=0.31*3*5000
      /(2*
π*0.43^2)

     =4002.5 MPa


 
表面からの距離zmax

(mm)

a:接触半径 (mm)

(ただしν=0.3

ex.

Zmax=0.48*0.43

  =0.2 mm

 
最大引張り応力

接触面の境界(r=a)で、
(MPa)



任意曲面体の接触
楕円形接触面の長軸半径a、短軸半径b

(mm)

(mm)

P:集中荷重 (N)



E:縦弾性係数 (MPa)

ν:ポアソン比

ex.

R1=8 mm, R1’=36 mm,
R2=3.5 mm, R2’=
, φ=90 °

 

A=1/2*(1/8+1/36+1/3.5+1/)
 =0.219

B=1/2*((1/8-1/36)^2
  +(1/3.5-1/
)^2

   +2*(1/8-1/36)
  *(1/3.5-1/
)
  *cos(2*90))^(1/2)

 =0.094

cosθ=0.094/0.219
     = 0.430

θ=64.5 °

α=1.389, β=0.759, λ=1.908

 

E1=E2=206000 MPa

ν1=ν2=0.3

 

1/E*=2*(1-0.3^2)/206000
    = 8.8*10^(-6)

a=1.389*(3/4*5000/0.219
  *8.8*10^(-6))^(1/3)

 =0.739 mm

b=0.759*(3/4*5000/0.219
  *8.8*10^(-6))^(1/3)
 =0.404 mm

 
接近距離δ

(mm)
ex.

δ=1.908*(9/128*0.219

*(5000*8.8*10^(-6))^2)^(1/3)

  =0.059 mm

θ°に対するα、β、λ

θ°に対するα、β、λ

θ°

0

10

20

30

35

40

45

50

α

6.612

3.778

2.731

2.397

2.136

1.926

1.754

β

0

0.391

0.408

0.493

0.530

0.567

0.604

0.641

λ

-

0.851

1.220

1.453

1.550

1.637

1.709

1.772

θ°

55

60

65

70

75

80

85

90

α

1.611

1.486

1.378

1.284

1.202

1.128

1.061

1.00

β

0.678

0.717

0.759

0.802

0.846

0.893

0.944

1.00

λ

1.828

1.875

1.912

1.944

1.967

1.985

1.996

2.00





R,R’:主曲率半径

φ:主曲率1/R1を含む面と1/R2を含む面の接触角


最大面圧P0

(MPa)

P:集中荷重 (N)

a:長軸半径 (mm)

b:短軸半径 (mm)

ex.

P=5000 N

a=0.739 mm

b=0.404 mm

 

p0=3*5000/(2*π*0.739*0.404)

   =7996 MPa

 
面圧P(x,y)

(MPa)
 
最大せん断応力τmax

グラフより求める
, , 

製品開発のための材料力学と強度設計ノウハウ/日刊工業新聞社
(P.50)

ex.

a=0.739 mm,

b=0.404 mm,

p0=7996 MPa

 

b/a=0.404/0.739
   = 0.55

グラフより

τmax/p0=0.34

  τmax=0.34*7893.5
       = 2684 MPa

Zmax/a=0.63

  Zmax=0.63*0.739       =0.47 mm

参考:製品開発のための材料力学と強度設計ノウハウ/日刊工業新聞社