赵新泽，赵俊伟，陈 波，秦红玲

（三峡大学机械与动力学院，湖北 宜昌 443002）

1 引言

人字闸门是一种大型船闸普遍采用的用于承受单方向水压力的常见闸门形式，如图1（a）所示。人字闸门固定式底枢是保证闸门安全运行的重要结构，它依靠轴瓦和蘑菇头的滑动接触实现对上部结构进行支撑，完成力和运动的传递，其结构性能的好坏直接影响到整个机械系统可靠性和安全性；同时闸门底枢也是易损坏难修理的受力部件，统计数据显示人字闸门中多数机械故障是由底枢的失效引起的[1]。底枢失效最主要的原因是磨损，其转速极低，接触应力便成为影响磨损的控制因素，故其接触应力、应变分布一直都是工程应用研究中的热点问题。

闸门底枢的轴瓦/蘑菇头摩擦副是一种典型的运行于低速重载工况下的球面副，如图1（b）所示。无外载荷工况下由于加工精度误差的存在，在摩擦表面局部存在点接触，施加外载荷时名义接触面形成一椭圆接触。接触区域的面积及位置取决于外加载荷的大小、方向，属于非线性接触问题[2]。以往底枢应力的计算中均采用经验公式进行计算，计算结果只涉及到了最大应力或平均应力结果。由此采用有限元分析软件ANSYS Workbench 对人字闸门底枢进行三维有限元分析建模，考虑到闸门启闭时的载荷情况，且启闭角速度较小，为简化分析，对接触应力大小及分布进行静力作用下仿真计算，以经典材料力学计算结果为依据，以期寻找一种更加方便预测闸门底枢接触应力特性的方法，为人字闸门底枢提供设计和优化的理论依据。……