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滑动轴承建模和仿真方案

多体仿真Simpack

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滑动轴承简介

轴承是现代机械设备中一种重要零部件，其主要功能是支撑机械旋转体、降低其运动过程中的摩擦系数、并保证其回转精度。

轴承按照摩擦性质可分为滑动轴承和滚动轴承。根据颈和轴瓦间的摩擦状态，滑动轴承可分为液体摩擦滑动轴承和非液体摩擦滑动轴承。本文主要讨论的是液体摩擦滑动轴承。

滚动轴承绝大多数都已标准化，故得到广泛的应用。但是在以下场合，则主要使用滑动轴承：

工作转速很高，如汽轮发电机
要求对轴的支承位置特别精确，如精密磨床
承受巨大的冲击与振动载荷，如轧钢机
特重型的载荷，如水轮发电机
根据装配要求必须制成剖分式的轴承，如曲轴轴承
在特殊条件下工作的轴承，如军舰推进器的轴承
径向尺寸受限制时，如多辊轧钢机

总结为，滑动轴承主要用于高速、高精度、重载、结构上要求剖分等场合。因为滑动轴承摩擦小、效率高、承载能力大、工作平稳、能减振缓冲，但设计、制造、调整、维护要求高、成本高。滚动轴承多用于一般机械。滑动轴承一般指的就是液体动压轴承（EHD）。

由于EHD涉及到运动、结构、接触和润滑等多个学科，如果没有对应的专业模块，就无法建立精确的EHD仿真模型。Simpack具有专业的EHD模块，能对EHD进行多种方法建模，已经在发动机等产品中得到广泛的应用和验证。

Simpack EHD介绍

Simpack能在不同复杂程度的模型中建立EHD模型，分析EHD轴承在完整系统中的性能，并能实现完整模型仿真。

Simpack根据复杂的边界条件、计算方法和详细程度对共形触点进行仿真，具有以下计算方法:

雷诺方程近似解
雷诺方程在线解
非润滑接触（干接触）在线解

Simpack EHD支持完全参数化的模型，很容易在不同方法之间切换；支持圆柱、平面几何之间的接触；具有简单的界面操作以及2D和3D可视化的设置和结果。

Simpack EHD原理

Simpack EHD通过添加通用的几何元件来定义轴承表面，并根据流体特性计算轴承表面之间的相互作用。这些几何单元包括：圆柱形润滑区域、平面润滑区域等，并包含润滑油孔、凹槽等。

EHD要求定义润滑特性，定义的动态粘度𝜂=𝑓(𝑝、𝑇𝛾̇) 是 𝑝压力，温度𝑇，剪切速率𝛾̇的函数或者是常数，温度与系统状态有关，压力和剪切速率与系统状态有关。

流体动力学方法有两种，一是近似雷诺方程方法，对径向轴承动力学进行解析方法描述，考虑错位和混合摩擦，高效的仿真方法，不考虑局部变形或特殊几何形状；二是在线雷诺方程方法，能考虑间隙、润滑粘度、平均表面速度等因素，并能考虑气穴现象。Simpack EHD能考虑表面粗糙度，用Patir和Cheng平均流模型考虑流体力学中的体积流修正，用实测数据或Greenwood-Tripp模型考虑接触压力。