人字闸门底枢摩擦副接触力学特性分析

发布时间：2021-04-09 00:17

　　引入Fang接触模型对人字闸门底枢摩擦副进行建模分析,计算了人字闸门底枢摩擦副的接触区域大小、接触应力,研究了外载荷、底枢半径、接触间隙及配对副材料等参数对接触特性的影响.结果表明,外载荷与底枢半径对底枢摩擦副的接触特性有较大的影响.在相同的底枢半径及接触间隙条件下,随着外载荷增加,接触面积减小,接触区域越集中,相应的接触应力越高.随着底枢半径的增大,接触面积也增大,接触区域分散,相应的接触应力减少.并且在极端重载情况下,底枢半径对接触应力存在更大的影响.接触面积与接触间隙之间存在负相关关系,最大接触应力与其存在正相关关系.最大接触应力与底枢配对副材料的杨氏模量之间存在一个正相关关系,从减少摩擦磨损的角度,选择表面硬度高而韧性良好的材料作为配对副材料将改善底枢的耐磨性,从而有效地降低接触应力. 

【文章来源】：三峡大学学报(自然科学版). 2020,42(03)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

闸门底枢接触模型草图

图2(a)和(b)为赫兹接触模型与Fang接触模型在不同间隙下的接触区域边界轮廓的半径变化曲线和最大接触应力变化曲线.其中aH、P0H为赫兹接触模型计算结果,aF、P0F为Fang接触模型计算结果.图2(c)与(d)将Fang接触模型的计算结果纵坐标的坐标尺放大.由图(a)和(b)可知,随着底枢轴瓦与蘑菇头间隙ΔR的增加,赫兹接触模型中接触区域边界轮廓的半径a有一个明显降低的趋势,故此时最大接触应力有明显增加.当ΔR由0.15 mm增加至0.5 mm时,aH由386.86 mm降为259.05 mm,降低了33.04%,最大接触应力P0H由19.14 MPa增至42.69 MPa,增加了123.04%.与之相比Fang接触模型的下降趋势则不明显.如图2(c)所示,在Fang接触模型下,接触区域边界轮廓的半径a与间隙ΔR成负相关的关系;图2(d)所示,最大接触应力也有一定的增长,由43.91 MPa增至44.055 MPa.

Fang接触模型与赫兹接触模型之间的相对误差如图3所示.当ΔR=0.5 mm且外载荷超过5 500 kN时,最大接触应力相对误差与接触区域边界轮廓的半径的相对误差均小于更小的接触间隙下的计算值,F=6 000 kN时,接触区域边界轮廓半径的相对误差仅有1.62%,最大接触应力相对误差为3.10%.当ΔR=0.15 mm且F=7 000 kN时,接触区域边界轮廓半径的相对误差为67.85%,最大接触应力相对误差达到64.49%.根据赫兹接触模型,当接触间隙仅有0.1 mm的情况下,接触区域边界轮廓半径的计算结果为442.8 mm,超过此时底枢半径.显然这表明赫兹接触模型不适用于小间隙或相对接触区域较大的接触.2.2 有限元分析


本文编号：3126540