第6章 最后的思考和结论
6.1 静压轴承系统
为了使本文能够对不同的多腔静压轴承结构进行分析，首先推导出轴承特性的无量纲数的定义。对无量纲轴承特性的研究，为设计出满意的静压轴承系统提供了必要的知识。该研究可以客观地比较不同的轴承配置，并且可以对模型进行缩放。
所有能想到的轴承配置呈现近似恒定的PQ特性（5%以内），独立于倾斜轴承系统或轴承表面的弹性变形。因此，轴承配置可以通过分析恒压供应且独立于PQ特性的泵得出。为了检查恒压供水的有效性，必须计算流量比。
弹性橡胶支架，轴承系统在歪斜位置（dh/dx=10mm/m）时几乎不会表现出薄膜的轮廓，即双腔轴承的hmin/ho gt; 0.92。选择适当的轴承形状函数且具有自调整倾摆力矩的单腔轴承可以替换两排轴承，即单腔轴承的dh/dx=10 mm/m, hmin /hogt;0.86。薄膜厚度减少量(1-hmin/ho )似乎是近似线性相关的DH / DX。
单腔轴承的节流器的类型不影响自我调整和倾斜，当应用于小孔节流时，双腔轴承有10%更好的自我调整度。
对有限长度轴承系统进行数值分析。分析结论显示，无限长（横截面）轴承系统的结论，似乎也适用于有限长度的轴承系统（b／L＜1）。
通过同心加载和平面滑动面，获得了刚性轴承表面的最佳平行薄膜轮廓。只有适当的橡胶支架形状函数，才能使弹性支承面近似保持最佳的薄膜轮廓。如果必须有不规则形状的滑动面，弹性轴承表面也是必须的。
首先，分析凸凹滑动面。用轴承系统的横截面和滑动面代表整个轴承长度。考虑滑动面和刚性支承面的局部最小膜厚，可以看出凸滑动面（球面）比凹滑面（空心）更为关键。在弹性支承面上，橡胶体的最佳形状函数取决于不规则体的类型。为了获得最佳的整体薄膜轮廓，可以选择具有凸滑表面的最佳膜形函数，其代价是牺牲了平面滑动面的最佳薄膜轮廓。
其次，考虑滑动面长度方向上的不规则性，需要研究压力分布中的端部效应和附加端板的影响。对具有弹性支承面的全方位三维轴承结构进行数值分析。数值计算结果得到了实验和分析结果的验证。
附加弹性支承端板的效果取决于橡胶支架的形状函数。如果没有特殊的措施，总会出现空心轴承面。必要时可以减少轴承表面的厚度，跟踪滑动面的不规则性，或者延长轴承的长度，轴承面呈凹面会导致机械接触。只有在支撑端的形状适当的情况下，轴承滑动面才能保持近似的平面。由于橡胶体的静水压力和法向应力永远不一样，轴承表面总是会出现一些不必要的弹性变形。因此，轴承表面的厚度有一个下限。
从数值分析可以清楚地看出，弹性变形量超过了滑动面的静压自调整的不规则弹性跟随范围。因此，薄膜轮廓总是受到弹性变形的负面影响。这与实验不符合，在实验中，发现了减少轴承表面厚度的积极效果。可能，（轻度）机械接触作用影响了不规则弹性跟随。这一观点被测量的摩擦系数证实，即机械接触。此外，实验还发现了轴承表面的最佳厚度。这可能是由于不必要的弹性变形的减少，超过了机械接触弹性调整的积极作用。
总结，对于一个良好的不规则跟踪面，首先要尽量减少不必要的弹性变形。这可以通过设计橡胶支架来实现，从而使轴承表面两侧的正应力和压力分布近似对称。可以使用这项工作中描述的工序。然后, 通过实验研究轻度机械接触后的不规则性。此外, 还应进行具有所谓接触元素的数值分析。使用接触元件需要进一步研究。
6.2数值计算性能
本文研究表明，有限元软件可以有效地用于具有弹性支承表面的静压轴承系统的进一步研究设计。目前，成功地进行了弹性支承系统中流体静力学自调整的研究，今后可以对接触问题进行研究。
为了验证数值结果，主要问题可以分为解析解或数值结果等子问题，这些可以在文献中找到。最后，通过实验对数值结果进行了验证。近似数值分析的精度可以通过改变单元离散来检查。
如果进行定性方面的研究，例如，研究减少轴承表面厚度的影响，可以使用离散程度相同的不同结构的近似分析。
对于橡胶的数值分析，有许多公式存在。最理想的公式尚未确定。在这项研究中，不可压缩材料的应力和应变之间的线性关系将会被应用。
总结
作为闸门的备选方案，设计了有导轨滚轮的静压轴承系统，也被称为静压轴承系统，由代尔夫特技术大学与RWS（公共工程）合作开发。这些轴承将应用在一个新的项目，位于阿姆斯特丹“橙衣军团闸门”，开幕典礼将于1995举行。
使用静压轴承时，导轨被改变为滑动面。上面的锁门两端都有一个圆形轴承。对于船闸闸门，今后要设计，应采用长矩形静压轴承。
由于滑动面的不规则性和闸门的偏斜度在实践中是无法预防的，因此轴承系统必须有自调整能力。因此，选择多腔静压轴承。分离腔中的压力几乎与邻近压力无关，但取决于局部膜厚的流动阻力。这会引起一个自调整力矩。通过轴承的弹性安装和橡胶支架，调整力矩产生调整运动。
介绍了静压轴承系统之后，本文提出一个具有刚性支承面的长橡胶支承液压轴承的设计方法。在这种情况下，倾斜的轴承系统起着核心作用。其次，研究弹性变形的影响，目的是获得不利弹性变形和弹性变形的知识以及哪些弹性变形对滑动面的不规则性跟随起到了有利的作用。
在开始编制数值分析程序之前，推导了静压多腔轴承倾斜调整的解析解。由于表示是无量纲的，因此该解对于不同的几何形状都是有效的，因此它更为普遍适用。要构造缩尺模型，无量纲表示是必要的。找到合适的无量纲数后，导出最佳值。
然后，用无量纲数给出橡胶支架弹性的解析解。对于复杂形状的橡胶支架弹性系数进行数值定义，可以用解析解代替。
通过静压轴承和橡胶支架的解析解，可以确定复合轴承系统的特性。这是举例说明的，其中自我调整起着核心作用。
在静压轴承的解析解中，假设了长轴承系统，其中流动主要是一维的。为了考虑有限长度，定义了所谓的端部效应。
到目前为止，都需要考虑刚性轴承表面的状况。因为小的弹性变形也会影响薄膜的轮廓，虽然影响也很小，但必须考虑弹性变形。此外，建议引入大的弹性变形来促进滑动面的不规则性跟随的发生。因此，开发了一个计算机程序。在有限元计算中，由静水压力、橡胶支架中正常应变和支承面刚度计算薄膜轮廓。有了这个程序，还可以找出轴承系统的形状函数，以获得最佳的薄膜轮廓，从而尽可能避免机械接触。
在今后的工作中，建议用所谓的接触元件来扩展计算机程序。然后，预测偶然发生的机械接触的不规则性跟随。
摘要
作为支撑转换闸门的经典解决方法，轮轨支撑方案，具有较高的施工以及检测和维修费用。另一种支撑方案先前已开发应用于Prins Willem-Alexander锁上，也就是所谓的液压支架，静压止推轴承在弹性轨道上滑动并通过弹性支撑与闸门连接，磨合期后，这种支撑方案具有较低的摩擦力。
本文研究了进一步改进这类支撑的几种方法。这些改进的方向是以下列观察为指导的：轴承和轨道的典型尺寸和制造标准存在冲突。对大型闸门，静压轴承通常需要一个表面波纹度小于0. 1 mm/m的滑动面。然而，很难制造出表面波纹度小于0.5毫米/米的轨道。这意味着轴承和导轨之间的接触将是不可避免的。为了提高液压支架的性能（即降低流量和抽水功率），本文对这种接触方式进行了研究。
建立了轨道、轴承和支架的弹性变形以及轴承与轨道之间的局部接触和静压润滑膜的数学模型。少数轨道波纹度的模型已经被开发，其中包括一个随机周期表面波纹度。此外，理想支架的概念被引入，其在压缩情况下，其反应压力与恒定高度的润滑膜中的静水压力相等
该数学模型不仅在本论文中得到了发展，还用数值模拟程序进行了试验，验证了设计参数对液压支架性能的影响。研究表明，使用滑动表面之间的接触时，1-recess的轴承倾斜刚度可与4-recess的轴承相媲美。此外，1-recess的轴承只需要更小甚至不需要节流孔，因此只需配备较小的供水泵。
此外，研究表明，具有大长/宽比的液压挡泥板具有类似或甚至比圆形液压脚更好的性能，且只需要更窄的轨道。
此外，研究表明，对于一个给定的负载，一个小的轴承厚度和标准弹性支承设计的液压挡泥板比具有理想支持设计的轴承具有较小的流量和较大的轴承系数。
最后，利用这些参数研究的结果，提出了液压支架的设计方法。这个方法已经用在两个案例中。
第20章 结论
本文建立了一个描述液压支架性能的模型：一种具有弹性支承的弹性静压轴承在轨道与轴承可能发生局部接触的非光滑弹性轨道上滑动。该模型的结果已与来自PWA锁中的液压脚和物理模型试验中的实验数据进行了定性比较。
并推导出了平面刚性表面液压支架的性质。
总之，弹性支承的模型由以下几个部分组成：
静压润滑膜 粗糙表面和部分接触的雷诺兹方程
轨道 弹性变形的薄层模型
轴承 弹性变形的板理论
支架 用恒压近似法或已知反应压力的理想支架进行反应压力计算。
局部接触
结合这个模型开发了一个计算机程序。该程序已用于液压支架的性能研究。从结果中可以得出以下结论：
- recess液压支架（或一个小凹槽宽度的1-recess支架）的倾斜刚度可与4-recess液压支架相媲美。
- 然而，当液压支架是倾斜的或者当它横跨表面波纹度滑动时，0-recess液压支架的流速变化比4-recess液压支架更大。
- 轨道的期望表面波纹度只是平均随机意义上的。不同轨道面的液压支架具有非常不同的流量系数和轴承系数，这些轨道面具有随机相等的不同表面波纹度。
- 在非光滑轨道上滑动的液压支架表现出较大的流量和轴承系数的变化。
- 因此，液压支架的设计可以建立在分析公式和经验法则的基础上。
- 对于给定的载荷和液压挡泥板宽度，较长的液压挡泥板具有更小的流量，更低的凹槽压力，从而降低所需的泵功率。
- 一个长的液压挡泥板不容易受到“喷雾”的影响，这是由于局部表面损坏引起的流量变化。
- 薄壁轴承与“理想”支架的结合使用，产生了独立于表面波纹度的平行润滑膜。
- 使用较短的相互连接的凹槽，可以防止由于凹槽压力而产生的薄轴承的屈曲。
- 使用弹性表面（薄轴承）在增加负荷时不会延迟接触。如果膜的有效高度等于表面波纹的振幅，会发生接触。然而，如果负载进一步增加，流量会减少，而对于弹性较小的表面（厚轴承）的流量保持大致相同。
利用该模型的结果，发明了一种液压支架的设计方法。
该模型和模型的结果可用于其他应用，下一节已经收集了进一步研究的建议。
20.1进一步研究的建议
本文建立了一种描述混合润滑静压弹性推力轴承特性的数学模型。除了船闸闸门液压支架的设计外，该模型的结果可用于设计高负荷、水润滑、直线导轨，其允许发生局部接触或者由于不可避免的表面波纹度而发生接触。可用于船舶升降机和港口起重机的指导。
该数学模型本身可以应用于其它静压润滑轴承的研究中：
- 生物关节润滑：生物关节的润滑是流体动力润滑与弹性表面变形的复杂组合。本文所开发的混合润滑模型可以在这里使用。
- 螺旋桨轴轴承：这些轴承通常是用非常有弹性的材料制造的。这里的模型也是适用的。
可以改进混合润滑模型，特别是在以下方面：
- 对塑料的粗糙变形和休战接触面积进行更详细的描述。
- 局部接触润滑的整体描述。在本文所建立的模型中，接触和润滑的描述或多或少是分开的。然而，它们是相互依赖的，模型应该反映这一点。
- 对混合润滑模型进行更进一步的物理实验研究，可以用来确定接触面积比，接触力比和其他相关参数。特别是金属/塑料组合接触的研究是有很趣的。
本文介绍了理想的轴承支架。“理想”的支撑物在压缩下产生的反作用压力等于具有水平且平行的刚性表面的静压推力轴承的静水压力。如果使用这种支架，液压支架可以用非常薄的轴承建造，将产生更好的表面波纹度和近似平行的润滑膜
虽然理想支架的反应压力是知道的，但实际的几何形状却不知道。这种几何形状可以用几何学或拓扑优化技术来确定，其中机器或机器零件的几何形状被反复迭代直到某一目标函数得到优化。这种优化可以包括凹槽的形状和深度，以及轴承的形状和厚度，以便更好地把轴承的弹性和支架的反应压力相匹配。
这种优化可以通过物理实验来验证。例如一个静态液压支架可以被推到有一定表面波纹度的轨道上。润滑膜的高度分布和可能的接触区域和轴承的流动模式是支架质量的度量。如果采用透明导轨，可以直接观察到膜的高度。
本文提出了一种设计液压支架的设计方法。通过物理实验，特别是对大轴承长宽比和超薄轴承的液压挡泥板，进行进一步的试验是值得推荐的。
附录A PWA-lock液压脚的操作要点，材料特性和尺寸：
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操作要点： |
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负载 |
W |
250.0·103 |
N |
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滑动速度 |
U |
0.24 |
m/s |
|
滑动时间 |
tLlt; 全文共16974字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
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