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，限于篇幅關系會分五篇進行介紹，第一篇：基于ANSYS WB平臺的滑動軸承分析工具，主要結合軟件的需求、理論、功能及應用方向進行介紹，第二篇至第五篇將結合具體應用方向的示例進行介紹。

 

本文為第二篇，我將對軸承采用HD和EHD兩種方式進行分析。對于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。對于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。

 

一、滑動軸承計算應用場景

 

滑動軸承大量用于旋轉機械結構，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于復雜的多物理場問題，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。

 

基于Ansys WB平臺開發的滑動軸承計算工具Tribo-X inside Ansys是基于熱彈油膜動力學的滑動軸承求解器，它采用合理簡化算法，實現從3D計算到2D計算的轉換，基于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，基于ANSYS環境建模、設置滑動軸承計算參數并驅動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，并可以將軸承計算與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。

 

二、計算說明

 

1、計算條件

 

軸具有不同轉速

軸承載荷為定值

穩態等溫軸承分析

分別對軸承的兩種狀態進行分析（軸承為剛性體和軸承為柔性體）

 

圖-計算模型

 

2、計算目標

 

 

3、計算過程

 

1）建立分析流程

 

基于Ansys Workbench項目頁建立滑動軸承分析流程。

 

2）分析設置

 

對于EHD分析，需要先進行靜力結構分析，得到軸承剛度數據。

 

3）供油壓力的設置

 

定義潤滑油流入區域及供油壓力值，

此步驟HD及EHD分析設定相同。

 

4）軸承幾何

 

在結構樹上插入“Bearing Geometry”,并完成相關設置。

 

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

 

 

5）潤滑劑材料屬性

 

在結構樹上插入“Lubricant Properties”,并完成相關設置，此步驟HD及EHD分析設定相同。

 

定義潤滑劑的材料屬性

基于潤滑劑的進料溫度導出有效密度和有效動力粘度

 

 

6）操作條件

 

在結構樹上插入“Operating Conditions”,并完成相關設置，此步驟HD及EHD分析設定相同。

 

定義轉速以及滑動軸承的載荷條件

 

支持常數或表格定義

 

圖-轉速及載荷設定

 

圖-軸承載荷

 

7）TriboX求解

 

在結構樹上插入“Trbo-X Solver”,基于給定的軸承分析自動創建輸入文件，此步驟HD及EHD分析設定相同。

 

 

直接點擊求解按鈕，即可完成分析。

 

8）后處理

 

最小潤滑間隙高度處的高壓力集中區域

 

 

最小潤滑間隙高度

 

 

曲線輸出

 

 

三、小結

 

1、HD計算方式假設軸承為剛性體，計算效率較高。

 

2、EHD計算方式考慮了油膜壓力導致的軸承彈性變形對油膜參數的影響，使得油膜壓力減小，壓力區增加，克服了HD剛性軸承算法計算承載能力比實際承載能力偏低的缺陷，從而得到更準確合理的計算結果。

 

以上是作者基于Tribo-Xinside Ansys的剛性及柔性滑動軸承分析實例進行介紹，后續文章還將結合具體應用方向的示例進行介紹。歡迎感興趣的朋友持續關注。