虽然对准轴承有助于延长旋转机械的寿命，但这样做可能会很昂贵。为了确定以最低成本提供最佳性能的对准量，工程师可以使用模拟来研究转子系统中轴承未对准的影响，并考虑预期运行速度和额定功率等因素。在文章中，我们将观察轴承错位的转子系统，并分析其响应，以研究错位的影响。

　　分析轴承错位的重要性

　　组装期间，在旋转机械中对准轴承是一项主要要求，原因如下:

　　更长的设备寿命和更高的可靠性

　　降低噪音排放和振动水平

　　轴承更换成本降低

　　维护减少

　　设备的更高操作可用性

　　然而，在所需人力和设备停机时间较长方面，校准有其自身的成本。对准轴承需要付出多大的努力，尤其是当有很多这样的轴承时?换句话说:对准应该有多精确?对于不同的工业设备，答案可能因操作角速度、额定功率、用户期望等而异。

　　通常，校准是在设备不能真正运行时进行的。在实际操作条件下，轴可能会因外部负载、自重、转子不平衡和温度梯度等因素而弯曲。这种弯曲再次导致轴承在实际运行条件下错位。尽管对此可以做一些修正推理的，不可能完全消除错位。模拟有助于评估未对准的影响及其允许范围，以确保设备的安全运行。

　　让我们来看看如何使用COMSOL Multiphysics软件分析轴承错位。

　　COMSOL多物理中轴承错位齿轮传动的振动分析

　　考虑一个只有一个齿轮副的齿轮箱的非常简化的模型，如下图所示。主动轴和从动轴两端都由深沟球轴承支撑。

　　齿轮较小的轴是主动轴，齿轮较大的轴是从动轴。驱动轴的驱动端被规定为角速度

　　，与

从动轴的输出具有负载扭矩T= 100牛米，仅在驱动轴完成1/8转后才会激活。下表给出了齿轮传动的其他参数。

　　轴承错位多体动力学界面允许您模拟齿轮传动组件。深沟球轴承的型号有向心滚子轴承中的节点多体动力学接口，但它需要转子动力学模块，一个COMSOL多物理的附加组件。驱动轴的旋转由规定的动议上的子节点铰链接头，从动轴上的负载扭矩使用应用力矩上的子节点刚性连接器。这关节弹性上的子节点铰链接头用于释放所有其他自由度。

　　下图显示了齿轮传动建模的物理节点。

　　带有时间步长的时间相关模拟T0/2000在整个持续时间内执行T0以获得齿轮驱动组件的响应。术语T0是驱动轴旋转一周所需的时间。

　　轴承对准如何影响振动

　　为了了解失调对系统响应的影响，让我们考虑以下情况:

　　所有轴承都与轴完全对齐

　　两个轴承与轴轴线不重合，如下图所示

　　轴承2相对于局部有0.1°的角度偏差z-轴和轴承4相对于局部有0.2°的角度偏差y安讯士。

　　下图显示了两种情况下轴的角速度。

　　轴承完全对齐(左)和轴承未对齐(右)的齿轮角速度。

　　在从动轴加载之前(t%3C 0.047秒)，齿轮传动组件的惯性会导致齿轮在出现齿隙时发出嘎嘎声。齿轮发出的咔嗒声会引起轴的扭转振动。因此，车轮(驱动齿轮)以一定的波动量在平均意义上跟随驱动轴的规定速度。由于齿隙，小齿轮(从动齿轮)在怠速时不考虑传动比。从动轴加载后t= 0.047秒。这在轴中引起更多的扭转振动，并且可以看到角速度与规定值的大偏差。稍后，当波动减小时，车轮跟随规定的速度。在存在未对准的情况下，由于轴承中的周期性未对准力，轴中的扭转振动会继续存在。

　　为了了解齿轮中的异响，您可以绘制齿轮啮合接触力，如下所示。当从动轴未加载时，接触力是间歇性的，清楚地显示了卡嗒卡嗒的行为。一旦轴被加载，接触力变得连续，表明没有卡嗒卡嗒的声音。加载时，接触力由于轴的角速度变化和扭转振动而保持波动。

　　齿轮啮合接触力。

　　未对准旋转系统最重要的特征之一是响应中存在轴向振动。下图比较了两种情况下轴在齿轮位置的轴向振动。

　　带有完全对齐的轴承(左)和未对齐的轴承(右)的主动齿轮的轴向位移。

　　正如预期的那样，对于完全对准的轴承，驱动齿轮的轴向振动可以忽略不计，而这种振动在存在未对准的情况下变得显著。因此，轴向振动测量可用作识别轴承未对准的参数之一。如下图所示，在轴承未对准的情况下，主动齿轮轴向位移的频谱清楚地表明，同步响应在频谱中占主导地位。

　　错位轴承驱动齿轮轴向位移的频谱。

　　轴上的轴承反作用力矩对轴承的错位非常敏感。对齐和未对齐轴承的轴承力矩曲线图如下所示。

　　对准(左)和未对准(右)轴承轴上的力矩。

　　对于对齐的轴承，就在从动轴加载后，其力矩由于轴的弯曲振动而波动。振幅减小，最终，由于驱动速度的波动，轴承力矩跟随弯曲振动。对于未对准的情况，从动轴加载期间诱发的弯曲振动持续时间较长。对齐和未对齐情况下的反作用力矩大致与齿轮啮合力引起的轴弯曲方向相反。然而，在未对准的情况下，反作用力矩保持高振幅波动，在整个操作过程中保持轴承动态加载。

　　在安装过程中，轴承可以故意保持错位，错位量等于轴由于齿轮啮合力而倾斜的量，以便在运行过程中保持它们对齐。这将有助于减少轴承中的力矩反应，延长轴承寿命。

　　从上述系统的响应来看，很明显，未对准会在系统中产生持续振动，导致部件疲劳，从而缩短其寿命。此外，这些振动还会导致轴承内外圈因动载荷而磨损，从而导致轴承在其正常使用寿命之前很久就出现故障。模拟有助于评估旋转系统的振动水平，从而预测这些部件的寿命。在原型制作之前，可以使用模拟来评估设计变更，以得出最佳设计，从而降低设计和测试的总体成本。