支承轴承动力学特性是评价高速重载机械压力机曲轴运行稳定性的关键指标，轴承动力学特性主要包含轴承承载能力、油膜刚度和摩擦功率等，其中轴承承载能力和油膜刚度是衡量轴承动力学特性的两个重要参数[84]。轴承承载能力是指在一定的油膜厚度下，油膜能抵抗支承件表面外载荷的大小，而油膜的存在可使轴承与轴表面保持分离。油膜刚度是指油膜抵抗载荷变动的能力，属于油膜自身特性，随油膜厚度的变化而改变。摩擦功率是指曲轴转动过程中，支承轴承克服油膜黏性阻力所消耗的功率。支承轴承动力学特性研究主要包括流体动力润滑理论研究、轴承动力学建模方法研究和轴承动态特性研究三个方面。

1.3.2.1　流体动力润滑理论研究

流体润滑理论是摩擦学学科中最为成熟的一个分支，基于这一理论建立的滑动轴承设计方法曾大大提高了动力机械、冶金机械、金属切削机床等产品的性能，推动了整个机械工业的发展。然而在实际应用中仍频繁发生润滑不良而导致早期磨损，究其原因主要包括未能正确使用已较成熟的流体润滑理论，且经典润滑理论本身也带有局限性。

在国内外流体润滑理论及其应用研究中，以滑动轴承为对象的经典润滑理论已经比较成熟。在滑动轴承的早期研究中Reynolds、Sommerfeld、Hopkins、Michell都做了相对深入分析。在求解雷诺方程时，必须考虑待求压力的边界条件。因此，轴承性能计算的准确与否和边界条件的选取有很大关系。流体润滑包括流体动压润滑和弹性流体动压润滑等状态，从数学观点分析来说，流体润滑计算是对Navier-Stokes方程的特殊形式雷诺方程的求解。从刚性表面的流体润滑特征来看，通常称流体动压润滑理论，其中包括以下基本方程，即Navier-Stokes方程、连续性方程、能量方程、状态方程和黏度方程。如果是弹性表面的润滑问题，还需将弹性变形方程引入其中，因此称为弹性流体动压润滑理论。雷诺方程的建立初期，由于缺少必要的数值计算工具，其研究重点主要集中于简化雷诺方程以获得稳态运转状态下无限长轴承和短轴承的解析解，并设计了应用液体动压原理的滑动轴承等。随着数值计算技术的进步，能够求得有限宽度的滑动轴承含油膜破裂边界条件下的数值解，并在此基础上研究了高速旋转机械动压润滑的稳定性以及非定常状态下的润滑性能。20世纪60年代开始，温度、惯性、非牛顿流体等因素对润滑性能的影响开始引起学者们的关注。

国外学者早在一百多年前就开始对流体动力润滑理论进行了研究[85-87]。1883年Tower[88]以火车轮轴的滑动轴承为研究对象进行了试验研究，试验结果表明轴与轴承之间的油膜存在流体动压现象。Reynolds[89]根据流体动力学原理提出了流体润滑基本方程（Navier-Stokes方程），该方程可以描述运动元素之间油膜的运动速度、油膜的表面形状以及润滑油黏度与油膜压力分布的关系等，Navier-Stokes方程的提出为流体润滑理论的研究奠定了基础。在1904年，Sommerfeld等[90]考虑了油膜在高压作用下会产生气穴效应，对油膜动力学特性进行了深入研究，并提出了油膜破裂边界条件。随着数值计算方法的发展，Christopherson[91]建立了推力轴承的动力润滑分析模型，并采用有限差分法对该模型进行求解。在1957年，Cole[92]对滑动轴承温升现象进行了试验研究，试验结果表明在滑动轴承运动过程中产生的大部分热力随润滑油流出，可为转动副提供冷却效应。Dowson等[93]建立了滑动轴承的热流体动力学模型（THD模型），并通过试验研究验证了模型的有效性。Kunz等[94]基于Navier-Stokes方程和两相流理论建立了考虑气穴效应影响的滑动轴承多相流三维模型，并采用有限差分法对方程进行了求解。在此研究的基础上，张青雷等[95]考虑供油压力、油槽形状以及油膜破裂边界条件等对轴承性能的影响，提出了在考虑复杂边界条件下的滑动轴承性能计算方法。王晓力等[96]基于应力偶理论和Elrod空化算法建立了滑动轴承热流体动力润滑数学模型，并采用数值计算方法对方程进行了求解，研究了应力偶效应对滑动轴承热流体动力润滑性能的影响。随后，苏荭等[97]通过对Elrod算法进行改进，得到基于质量守恒边界条件的不可压缩流体气穴算法，并对滑动轴承进行了数值仿真计算。通过与试验结果的对比发现，该方法能更为精确地描述轴承的动力学特性。

1.3.2.2　轴承动力学建模方法研究

旋转机械不断向高速化、精密化发展，对滑动轴承的承载性能、可靠性和稳定性都提出了越来越高的要求，使得滑动轴承的结构日趋复杂化，并出现了一些新型结构方式，这就要求建立的轴承动力学模型更为准确。在轴承动力学建模方法研究中，主要对滑动轴承界面滑移现象和气穴现象进行阐述。

经典雷诺方程进行轴承性能计算时，认为润滑介质在固体界面上没有滑移，即界面上的润滑介质质点的速度与界面上对应点的速度相同，然而由于液体分子之间或固液界面分子之间不可能承受无穷大的剪应力，因此从理论上讲，只要剪应力足够高，就能克服固液分子间的相互作用而产生滑移。而数值分析是界面滑移相关问题研究的一个重要方面，目前对于界面滑移理论的研究主要与滑移长度、极限剪应力等有关，在此基础上分别建立了滑移长度模型和极限剪应力模型。滑移长度模型也称Navier模型，表示滑移速度与剪应力成正比。(www.daowen.com)

通常认为液体不能承受负压强，在负压的作用下液体不能保持连续而产生气穴现象，对润滑油来说，也就是油膜破裂。气穴产生的原因主要有两种：一种是润滑油自身会溶解周围环境中的气体，当压强降低至大气压以下时，溶解度也会随之降低，于是气体从润滑油中逃逸出来形成气穴现象；另一种是压强降低至润滑油的液态和气态能共存的饱和压强时，一部分润滑油发生了相变，形成润滑油的蒸气而形成气穴。在通常的轴承运转温度下，润滑油的饱和压强比大气压低得多，油膜破裂的现象却在压强略小于大气压时就发生了，所以轴承间隙中的油膜破裂现象属于前者。

戴旭东等[98]以内燃机传动机构为研究对象，采用动力学计算软件ADAMS建立了轴承三维分析模型，并对轴承流体动力润滑作用进行了分析。孙军等[99]在轴承润滑分析结果的基础上，将轴承油膜压力分布作为边界条件对轴承进行了应力和应变分析，并通过试验验证了该方法的有效性。Fatu等[100]基于热弹性动力学理论建立了滑动轴承润滑性能分析模型，研究了热应力分布对轴承弹性变形的影响。王康等[101]针对轴承润滑求解过程容易发散的问题，分别采用Hypermesh和Gambit两种有限元前处理软件对不同尺寸的轴承模型进行了网格划分，分析了网格质量对计算结果的影响。唐倩和方志勇[102]通过有限元分析软件建立了滑动轴承的流固耦合分析模型，基于油膜压力分布计算结果，对轴承应力分布及变形进行了计算分析。Shenoy和Pai[103]采用有限元计算软件建立了滑动轴承三维弹性动力学分析模型，对轴承承载能力以及压力分布进行了相关研究。张楚等[104]基于计算流体动力学理论，分别采用单/两相流模型对滑动轴承动态特性进行了计算分析，并通过试验验证了两相流模型计算的有效性。Sfyris和Chasalevris[105]基于Reynolds方程建立了滑动轴承有限元分析模型，并对油膜压力分布进行了详细的分析。李强等[106]采用动网格技术对滑动轴承瞬态流场进行了非稳态计算，研究了不同进油方式和进油压力对滑动轴承油膜压力场和速度场的影响。孟凡明等[107]以径向滑动轴承为研究对象，分别采用CFX和Fluent建立了滑动轴承润滑性能计算模型，并对不同工况下滑动轴承润滑性能进行了计算。Aksoy和Aksit[108]针对滑动轴承建立了三维热弹性动力学分析模型，并对温度场分布特征、流体动力学特性及变形场分布特征进行了详细的分析。

1.3.2.3　轴承动态特性研究

目前滑动轴承动态特性的研究中主要集中在轴承承载能力、油膜刚度以及摩擦功率三个方面。轴承承载能力是指在一定的油膜厚度下，油膜压力作用于被支承件表面所能负担的外载荷，油膜厚度必须使油槽和被支承件的表面互补接触。油膜刚度是指油膜抵抗载荷变动的能力。摩擦功率则是指在一定运动速度下克服支承中各油槽的黏性阻力所消耗的功率。

虽然经典润滑理论研究已有一百多年的历史，但至今在实际使用过程中摩擦单元之间因润滑效果不佳而导致失效的现象仍会时常发生，这是由于经典润滑理论自身具有一定的局限性。随着工业的快速发展，轴承的运行工况也发生了巨大的变化，设备的大型化促使轴承工况也向着高速、重载、高温以及非稳定等极端方向发展，这都会引起轴承的运行环境越来越恶劣。这时原有的轴承很容易因工作环境的变化而失效，造成设备损坏或引发更为严重的事故发生。因此，需要系统地开展符合现代工业条件下的轴承润滑理论和分析方法来进行轴承动态特性的研究，使计算结果能够更为准确地反映轴承动力学性能，为轴承的设计提高理论依据。

在1996年，Vincent等[109]利用数值方法研究了气液两相流对滑动轴承油膜压力场特征的影响，得到了气液两相流的压力分布情况。Guo等[110]在考虑气穴效应影响下，应用Reynolds方程进行了浮动衬套轴承的稳定性计算，并对油膜压力分布特征进行了详细的分析。秦瑶等[111]以滑动轴承为研究对象，采用有限差分法对其动力学性能进行了深入的研究，得到的油槽结构参数与滑动轴承性能之间的关联特性可为滑动轴承油槽设计提供参考。在2011年，Boubendir等[112]基于热弹性动力学模型建立了滑动轴承分析模型，通过对比计算结果发现热效应对滑动轴承压力分布影响很大。同年，Chauhan等[113]以非圆形轴承为研究对象，研究了热效应对轴承润滑性能的影响。赵小勇等[114]以内燃机曲轴轴承为研究对象，进行了不同工况下轴承负载计算和润滑分析，为内燃机曲轴设计提供了理论基础。钟葳和崔敏[115]针对汽轮发电机组转子的动压滑动轴承，采用流固耦合方法对温度场和应力场进行了求解，通过对比分析得到了偏心率及长径比对轴承温度场和应力场的影响关系。王丽丽等[116]考虑了气穴特性对轴承润滑性能的影响，采用试验方法得到了气穴形状和位置分布，并给出了油膜再形成位置的参数方程。孟凡明等[117]基于计算流体动力学和气穴理论，通过有限元计算软件ANSYS分析了气穴现象对滑动轴承摩擦性能的影响。Chasalevris和Sfyris[118]在忽略粗糙度的前提下，采用数值方法研究了气穴现象对滑动轴承润滑能力的影响。周广武等[119]建立了低速重载条件下水润滑橡胶轴承的动力学模型，采用有限元软件进行了不同参数对轴承润滑性能的影响计算，并对轴承摩擦噪声影响进行了分析。