Tribo-X inside ANSYS具有考慮滑動軸承處于混合潤滑階段性能分析計算能力，開啟混合潤滑高級項 “Mixed Lubrication”功能即可以將其作為高級邊界條件添加到滑動軸承性能的計算分析中，如圖1所示。

 

圖1

 

混合潤滑的考慮可以建立在軸承體彈性變形的軸承分析基礎上（EHD），一個3油楔滑動軸承分析目錄樹如圖2所示：軸承分析的剛度信息由靜態結構分析確定，考慮軸承設計、材料、支撐和網格等；

 

軸承表面和軸之間的幾何尺寸和間隙在CAD模型中進行定義，Tribo-X自動檢測幾何尺寸和這個間隙；壓力邊界條件用來定義潤滑油的供應區域，幾何形狀可以是任意的，因此任何類型的潤滑供應都是可以定義的，潤滑油供應區域的單元尺寸應定義得足夠小，幾何形狀選擇尺寸范圍內包含至少3個單元；

 

此外，潤滑屬性用來定義潤滑劑的材料性質，操作條件用來定義滑動軸承負荷、速度或軸是否對準的條件，湍流工具允許考慮潤滑間隙內的湍流行為，通常紊流會導致更高的承載能力，并伴隨著摩擦的增加。

 

圖2

 

限于本文著重點，以下不再針對Tribo-X基本分析流程進行介紹，僅對混合潤滑的設置和技術進行簡要說明。

 

圖3

 

一般情況下軸與滑動軸承啟動到工作平衡的過程的摩擦可以分為三個階段，邊界摩擦階段、混合摩擦階段、流體摩擦階段。如圖3所示，邊界摩擦階段在低轉速、低粘度、高負荷或低潤滑條件下發生，承載能力來自于套管和軸的粗糙表面的接觸，高摩擦系數；

當軸與軸承表面的間隙高度低于一定極限值時，軸與軸承處于混合摩擦階段，摩擦表面沒有完全分離，固相摩擦和流體摩擦同時存在；處于流體摩擦階段摩擦表面完全分離，有足夠的周向速度，承載能力完全由流體動力壓力實現。因此，對于混合潤滑區域，表面沒有完全被潤滑油分開，由于表面粗糙度的影響，存在著直接接觸的區域，需要考慮對軸承性能的影響。

 

圖4

 

Tribo-X有兩種設置選項來描述混合潤滑階段的參數設置，分別是解析選項和離散選項。解析選項基于軸承和軸的均方根值(RMS)進行表面粗糙度的描述，而離散方法基于測量數據的表面粗糙度。

 

解析法通過實體接觸塑性流動壓力、邊界摩擦系數、軸承與軸表面粗糙度以及粗糙度方向進行考慮。如圖4所示，塑性流動壓力該性質描述了表面粗糙度開始塑性變形時的壓力載荷，軸承和軸的表面粗糙度用均方根值來描述，同時有不同的選項來描述粗糙度的方向：圓周方向各向異性粗糙度方向(>1.0)，各向同性粗糙度方向(=1.0)，軸向各向異性粗糙度方向(<1.0)。

 

相對于解析法，離散法是基于真實表面掃描的。需要對表面進行測量掃描，以特定的文件格式提供數據，如圖5所示。

 

圖5

 

下面以這個3油楔滑動軸承混合潤滑計算的結果進行后處理內容的舉例說明，確定流體動力和固體接觸壓力的數值、平衡位置的變化以及最小油膜的變動。該滑動軸承系統設計輸入為承受徑向載荷大小為15000N，轉速分別為100、200、400、600、1000、3000、5000、8000、10000RPM。

 

l  0-1000RPM轉速下此時軸承處于混合潤滑階段，總壓力等于流體動力壓力和實體接觸壓力之和。其中400RPM下總壓力、流體動力壓力、實體接觸壓力的計算結果如圖6所示。

 

l  1000-10000RPM轉速下，軸承處于流體潤滑階段，不再存在實體接觸壓力。10000RPM總壓力如圖7所示。

 

l  實體接觸與流體動力負載能力比率與軸的轉速之間的關系如圖8所示，實體接觸與流體動力負載隨著轉速提高分別降低和升高，后期承載主要由流體動力承擔。

 

l  平衡位置與轉速變化位置變動如圖9所示，當軸的轉速足夠大時，形成較大的油膜力使軸浮起，直到油膜力和外載荷F平衡。

 

l  10000RPM時總體油膜高度分布與最小油膜變化曲線關系如圖10所示。

 

圖6

 

圖7

 

圖8

 

圖9

 

圖10