轴承模块

Simpack 仿真轴承与整个系统的相互作用

使用 Simpack 仿真轴承

轴承是动力传动中最常用的机械元件。设计不当的滚动轴承会迅速导致其自身及传动系统的损坏。在最严重的情况下，连锁反应会导致整个系统完全失灵。Simpack 轴承模块支持多种轴承建模，包括球轴承、圆柱轴承、球面滚子轴承、滑动轴承，以及弹性液体动压轴承的建模。

Journal Bearing

Journal Bearing 是一种力元，基于非线性刚度与阻尼方法，专门用于径向或轴向滑动轴承的建模。该力元支持任意类型的径向或轴向轴承的建模，这是仅作用在两个标记点上的力元无法实现的。Simpack Journal Bearing 作用在轴瓦上的多个标记和轴上的一个中心标记点之间。通过连续添加多个力元，可以实现 3D 效果。

Simpack Elasto Hydrodynamics Bearings > 达索系统

Elastohydrodynamic Bearing

该力元可以通过精确高效地求解雷诺方程来仿真液体动压轴承。该元件包括刚体液体动力学 (HD)、单侧弹性液体动力学 (EHF) 和双侧弹性液体动力学 (DEHD)。它能考虑轴承及其周围固体中的全局温度效应(TEHD)。专业的设计参数使油孔、油槽的设计变得容易且友好。任何程度的细节都可以仿真。该元件还能仿真活塞环动态特性。

BEARINX®

适用于滚动轴承的 Simpack BEARINX Map 支持在 Simpack 中使用舍弗勒集团的 BEARINX® 软件。通过 BEARINX®，用户可以精确计算多种滚动轴承的力与扭矩。
非线性刚度、耦合效应和轴承间隙均以特征字段形式描述在由舍弗勒提供的 BEARINX Map (.bxm) 文件中。

Simpack Rolling Bearings

滚动轴承设计与选型的挑战

轴承是动力传动中最常用的机械元件。设计不当的滚动轴承会迅速导致其自身及传动系统的损坏。在最严重的情况下，连锁反应会导致整个系统完全失灵。详细的基础研究中引入了标准化公式（例如 PALMGREN、LUNDBERG、GAERTNER，参见 [1]、[3] 和 [4]）。这些公式使工程师能够借助轴承载荷谱，依据承载能力正确设计并选择轴承。为了计算可靠的预期寿命，载荷谱必须尽可能真实。然而，由于运行载荷未知，且轴承与系统之间存在复杂的相互作用，所需的典型轴承载荷很难估算。此外，随着对低噪声辐射及详细传递路径分析需求的不断增长，工程师需深入了解滚动轴承的动力学特性及其对系统动态性能的影响。为了解决工程师们面临的所有这些高度复杂的设计问题，需要有强大的工具来进行滚动轴承动力学及系统分析。

Simpack Rolling Bearing 元件

为了解决上述滚动轴承分析中的难点，Simpack 提供了“Rolling Bearing”力元。该力元通过考虑内部几何图形来解析滚动体接触，从而有效地仿真所有常见类型的滚动轴承。一方面，这种方法考虑了轴承详细的传动特性，因为它兼顾了非线性刚度特性、游隙以及交叉耦合。此外，这种方法还涵盖了滚动元件通过载荷区等情况产生的激励行为。凭借其高效的计算能力以及对轴承传动和激励效应的准确建模，工程师能够生成更具真实性的负荷谱，并充分考虑滚动轴承与完整系统的动态相互作用。在承载能力、轻量化结构和声辐射方面，该元件使最佳轴承解决方案的设计与选择更为简便。

支持的轴承类型

球轴承：深沟、角接触、推力、四点接触
圆柱/滚针轴承：径向、推力
圆锥滚子轴承
鼓形和球面滚柱轴承

滚动轴承的主要特性

基于内部几何图形的局部接触评估：非线性刚度、交叉耦合、间隙
可以完全自定义（包括节圆直径、滚动元件数量、滚动元件直径、沟槽半径、滚子轮廓、锥角等参数）
按排建模方法：支持设计任意数量的轴承排数
用户自定义摩擦：包括与载荷相关及无关的摩擦部分，支持与速度相关的摩擦系数定义
局部接触阻尼
将过阻尼滚动轴承设置的风险降至最低
支持包括多排轴承的柔性轴承建模
实时功能（可通过 Simpack 文档中的示例模型测试验证）
该力元的高性能使其能够进行整体仿真

滚动轴承的分析与输出

无论是作为独立模型还是系统的一部分，均可快速、稳健、精确地仿真滚动轴承
整体径向、轴向和倾斜载荷
每个滚动元件的径向和轴向载荷
整个轴承和单个滚子的变形
接触压力
载荷分布（例如，根据 ISO16281 [4] 计算修正后的额定参考寿命）
功率损耗和摩擦扭矩
Simpack 提供的通用柔性体输出（请参阅柔性体仿真模块）

独立和整体轴承仿真示例

分析各种滚子轮廓的载荷分布：
参考资料：
[1] Gaertner: Ueber die Lebensdauer von Kugellagern, Dinglers Polytechnisches Journal, 1918
[2] Palmgren, A.: Ball and roller bearing engineering. 2nd Edition. S.H. Burband & Co., Inc., Philadelphia, 1945.
[3] ISO 16281: Rolling bearings — Methods for calculating the modified reference rating life for universally loaded bearings. ISO 16281, Technical Specification. June 2018
[4] Schlecht, B.: Maschinenelemente 2: Getriebe, Verzahnungen, Lagerungen. München: Pearson Studium, 2010.