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。

 

 

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，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。

 

一、計算說明

 

1、計算條件

l  瞬態操作條件

① 定值轉速

② 循環載荷

l  等溫軸承分析

l  軸承假設為剛性

 

圖 計算模型

 

2、計算目標

l  識別與瞬態載荷相關的最大和最小潤滑間隙高度

l  查看變化的軸位移曲線

 

二、計算過程

 

1、建立分析流程

基于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

l  定義載荷步數，用于后續的操作條件定義

l  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”,并完成相關設置。

 

圖-功能菜單

 

l  定義軸承的位置：自動識別軸承的尺寸參數

l  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”,并完成相關設置。

 

圖-潤滑屬性菜單

 

l  定義潤滑劑的材料屬性

l  基于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”,并完成相關設置。

 

圖 操作條件菜單

 

l  定義轉速以及滑動軸承的載荷條件

l  分析類型：瞬態

l  載荷類型：循環載荷

l  載荷定義：支持常數或表格定義，此瞬態分析采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”,基于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、后處理

l  最大壓力與瞬態載荷的關系

l  最小潤滑間隙高度與瞬態載荷的關系

l  曲線輸出

 

三、總結

 

1、該產品基于簡化的算法，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，可基于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。