基於Tribo-X inside ANSYS瞬態滑動軸承實例

本系列文章主要針對Tribo-X inside Ansys的功能及各方向應用實例進行介紹。本文將對軸承採用HD和EHD兩種方式進行分析。

對於HD（Hydrodynamic）分析，在計算過程將軸承假設為剛體，不考慮其發生彈性變形。對於EHD（Elasto-Hydrodynamic）分析，在計算過程中軸承視為柔性體，考慮軸承的彈性變形，同時軸承的變形會對潤滑間隙的結果產生影響。

滑動軸承大量用於旋轉機械結構，系統力學行為與滑動軸承的特性參數密切相關，有必要對滑動軸承進行計算以獲取軸承參數，研究軸承受力狀態，如油膜壓力、油膜間隙、軸承剪力、油膜剛度、油膜阻尼等。但滑動軸承計算在本質上屬於複雜的多物理場問題，涉及流體力學、結構力學、熱力學，而且尺度極小，通常間隙量僅為數十到數百微米，經典三維CFD或者有限元計算難度很大。

基於ANSYS WB平臺開發的滑動軸承計算工具Tribo-X inside ANSYS是基於熱彈油膜動力學的滑動軸承求解器，它採用合理簡化算法，基於簡單模型快速完成滑動軸承計算。

Tribo-X inside ANSYS將Tribo-X求解器集成到ANSYS Workbench環境中，基於ANSYS環境建模、設置滑動軸承計算參數並驅動Tribo-X求解器實現滑動軸承快速計算，解決了傳統CAE方法難以計算滑動軸承的困難，可以獲取軸承重要參數，研究軸承受力狀態，預測旋轉軸承系統的穩定性，對軸承參數進行設計優化，並可以將軸承計算與ANSYS Mechanical結構計算聯合，精確考慮軸承特性對系統力學特性（如轉子動力學）的影響。

一、計算說明

1、計算條件

· 瞬態操作條件

① 定值轉速

② 循環載荷

· 等溫軸承分析

· 軸承假設為剛性

圖 計算模型

2、計算目標

· 識別與瞬態載荷相關的最大和最小潤滑間隙高度

· 查看變化的軸位移曲線

二、計算過程

1、建立分析流程

基於ANSYS Workbench項目頁建立滑動軸承瞬態分析流程。

圖-計算流程

2、分析設置

· 定義載荷步數，用於後續的操作條件定義

· 收斂行為及求解精度等級的定義

圖 分析設置

3、供油壓力的設置

定義潤滑油流入區域及供油壓力值，

圖-供油區域的選擇及壓力值

圖-供油區域

4、軸承幾何

在結構樹上插入"Bearing Geometry",並完成相關設置。

圖-功能菜單

· 定義軸承的位置：自動識別軸承的尺寸參數

· 自動識別軸承和軸之間的間隙

圖-自動識別間隙

5、潤滑劑材料屬性

在結構樹上插入"Lubricant Properties",並完成相關設置。

圖-潤滑屬性菜單

· 定義潤滑劑的材料屬性

· 基於潤滑劑的進料溫度導出有效密度和有效動力粘度

圖-有效密度和有效動力粘度定義

6、操作條件

在結構樹上插入"Operating Conditions",並完成相關設置。

圖 操作條件菜單

· 定義轉速以及滑動軸承的載荷條件

· 分析類型：瞬態

· 載荷類型：循環載荷

· 載荷定義：支持常數或表格定義，此瞬態分析採用文件輸入的方式定義載荷

圖-操作條件設置

圖-結果曲線

7、Tribo-X求解

在結構樹上插入"Tribo-X Solver",基於給定的軸承分析自動創建輸入文件。

圖-求解

直接點擊求解按鈕，即可完成分析。

8、後處理

· 最大壓力與瞬態載荷的關係

· 最小潤滑間隙高度與瞬態載荷的關係

· 曲線輸出

三、總結

1、該產品基於簡化的算法，解決了傳統CAE方法難以計算油膜軸承的困難；

2、將滑動軸承快速求解器Tribo-X與ANSYS進行集成，可基於ANSYS環境讀入或創建模型進行油膜軸承計算；

3、通過分析研究軸承受力狀態，獲取軸承重要參數，如如油膜壓力、油膜間隙、軸承剪力、油膜剛度、油膜阻尼等；

4、考慮軸承表面粗糙度的混合摩擦分析；

5、與ANSYS結構動力學模塊結合，無縫傳遞軸承參數快速精確的進行轉子動力學分析；

6、可以與ANSYS優化模塊集成實現滑動軸承參數敏感性與優化分析。