潤滑仿真
關(guān)注創(chuàng)建者：絕代芳華 創(chuàng)建時間：2019-01-22
潤滑仿真的視頻教程
使用XFlow對減速箱齒輪甩油潤滑的流體仿真
本教程主要是對一個減速箱齒輪嚙合轉(zhuǎn)動時的甩油潤滑進行仿真，來介紹XFlow的基本分析流程和仿真參數(shù)的設置。后面三節(jié)與前面四節(jié)的內(nèi)容是一樣的，主要考慮到很多人沒有減速箱模型，因此用了一個更簡單的模型來進行說明，以便大家可以跟著操作。 由于模型的保密性，所以沒有附件，望見諒
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Particleworks 粒子法流體仿真培訓
應用 Particleworks 6.0 版本，培訓課程講述了軟件界面，功能及分析流程，齒輪箱濺油潤滑仿真，車門玻璃噴水仿真，物體入水漂浮仿真，滾動軸承油脂加注過程仿真，音樂噴泉仿真，發(fā)動機油底殼機油晃動仿真，典型應用案例介紹。
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RecurDyn在齒輪傳動系統(tǒng)中的應用
本次直播將重點介紹RecurDyn在齒輪傳動中的建模關(guān)鍵點及應用，包括包括如下幾個案例： 1、某閥門驅(qū)動用齒輪齒條傳動機構(gòu)性能評估 2、某擺線齒輪齒圈傳動初始設計方案性能評估 3、機車牽引齒輪剛?cè)狁詈?em>仿真及聯(lián)合PARTICLEWORKS的潤滑仿真分析 4、機器人用精密擺線減速器傳動性能仿真及分析 （1）傳動誤差及回差仿真分析； （2）基于正交試驗方法的零件誤差對傳動誤差及回差影響規(guī)律仿真分析
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潤滑仿真的實例教程
汽車傳動系統(tǒng)齒輪箱內(nèi)潤滑油的運動主要依靠高速轉(zhuǎn)動的齒輪對潤滑油的作用產(chǎn)生的飛濺效果，從而將潤滑油循環(huán)分布到軸承和齒輪上達到潤滑作用。如果齒輪箱的設計存在不足，則會出現(xiàn)某些軸承和齒輪潤滑不足，會造成齒輪箱產(chǎn)品過早失效。有些情況下，齒輪箱設計的不合理會造成某軸承兩側(cè)潤滑油流量差別較大，引起同軸軸承兩側(cè)壽命不一致。為了達到潤滑目標，往往需要在齒輪箱內(nèi)布置擋板以改變潤滑油的流向，但是設計的改進需要參考實驗或數(shù)值分析的結(jié)果。傳統(tǒng)的齒輪箱設計采用透明殼體實驗驗證齒輪箱飛濺潤滑效果和潤滑油的空間分布等，但是透明殼體實驗造價高周期長，而且難以測量潤滑油在殼體內(nèi)部某空間區(qū)域的流量等。使用shonDy軟件可以彌補傳統(tǒng)設計流程中缺失的一環(huán)，即齒輪箱潤滑數(shù)值仿真。采用數(shù)值仿真可以大大減少透明殼體實驗段的重復制造，甚至可以完全替代透明殼體實驗。使用shonDy模擬齒輪箱潤滑，不僅可以獲得潤滑油在殼體內(nèi)的空間分布，還可以輸出攪油力矩和功率損失。由于攪油力矩隨齒輪箱轉(zhuǎn)速遞增，攪油功率損失的分析對于高速齒輪箱不容忽視。
變速箱飛濺潤滑數(shù)值仿真
變速箱透明殼體實驗
（本圖由合作科研單位重慶理工大學提供）
評價齒輪箱內(nèi)擋板對潤滑油分布的影響
（本圖由合作設計單位上海眾聯(lián)能創(chuàng)提供）
齒輪箱設計流程改進
齒輪箱的設計采用了仿真與實驗相結(jié)合的手段，仿真可以快速迭代改進產(chǎn)品設計，實驗用于最終驗證產(chǎn)品的性能。仿真在齒輪箱的結(jié)構(gòu)設計和NVH設計方面已經(jīng)成為了必不可少的一環(huán)，但是在潤滑設計方面仿真曾經(jīng)是缺失的一環(huán)，這主要受限于傳統(tǒng)仿真技術(shù)手段。無網(wǎng)格粒子法的出現(xiàn)，成為了潤滑仿真的突破性技術(shù)手段，讓快速飛濺潤滑仿真成為了現(xiàn)實。潤滑的數(shù)值仿真填補了傳統(tǒng)設計流程中缺失的一環(huán)，縮短了研發(fā)周期，降低了實驗成本。
展開 但是行星齒輪機構(gòu)存在比較復雜的潤滑問題，不同于普通齒輪箱，過多過少的潤滑油都會降低行星輪的壽命和性能。
因此，我們希望通過仿真的手段，讓設計師能夠定量的分析潤滑問題，并找出改進方向。
一.模型處理
shonDy目前支持stl格式的模型導入。如何快速有效的生成stl模型文件，就顯得非常的重要。
在前處理環(huán)節(jié)，我們只需要簡化模型，并且通過布爾運算獲得潤滑油的幾何形狀。大部分工業(yè)軟件都支持stl格式的模型導出，直接導出模型就可以了。
shonDy擁有強大的幾何識別功能，模型稍微有一些小的破面不會影響軟件識別幾何體。(這里介紹一個竅門，假設模型的精度損失嚴重，處理模型很困難。大家可以通過cae軟件畫三角形網(wǎng)格，然后導出為STL文件。)
二.通過shonDy進行潤滑仿真
為什么需要潤滑仿真呢？
原因一：透明殼體潤滑實驗觀測性差，無法定量分析。我們只能通過實驗去確認潤滑是否足夠，盲目的改變油量進行嘗試。
原因二：仿真可以大大降低設計的風險性。通過shonDy可以計算得到任意時刻潤滑油的分布，速度，密度，壓力等物理量，統(tǒng)計指定油道的潤滑油流量，甩油損失等等。工程師可以通過結(jié)果，知道潤滑系統(tǒng)的具體情況，并且優(yōu)化設計，甚至可以多次仿真，在設計階段就精確的設計油量。
原因三：縮短項目周期，減少開發(fā)經(jīng)費。一款變速箱的設計必定會經(jīng)過幾次的修改，每次模型變更帶來的一系列問題，都會浪費項目周期。假如因為潤滑系統(tǒng)的問題，需要修改油路，那面臨的將是不菲的修改費用和不可控的設計時間。shonDy使用先進的MPS粒子法，可以在短時間內(nèi)完成潤滑仿真，可以同步于齒軸仿真和結(jié)構(gòu)仿真，不占用多余的項目時間。shonDy使用CPU進行計算，可以與主流仿真軟件共用服務器，不需要額外的購置顯卡。極易操作，計算全自動化，不占用大量的人力成本。
三.
展開 有限長線接觸彈流潤滑仿真分析 ￥50
潤滑是決定航空航天等領(lǐng)域機械傳動系統(tǒng)可靠性和效率的關(guān)鍵因素，準確預測潤滑狀態(tài),對于提高動力傳輸裝備的可靠性具有重要意義。本案例圍繞圓柱滾子軸承的彈流潤滑行為，推導了Reynolds雷諾方程弱形式，利用COMSOL弱形式偏微分方程（PDE）構(gòu)建了彈流潤滑仿真模型。相比多重網(wǎng)格計算方法，該方法計算高效，無需編程，適應工況范圍廣。后續(xù)將繼續(xù)推出點接觸和橢圓點接觸彈流潤滑仿真模型。
彈性流體動力潤滑（elastohydrodynamic lubrication，簡稱“彈流潤滑”）研究充分反映了 21 世紀工程仿真問題的復雜性。彈流潤滑描述兩個嚙合面（如軸承和齒輪）的變形與使其分離的流體動力學之間的耦合效應。如果在研究中引入熱效應，就演變?yōu)闊釓椥粤黧w動力潤滑（下文簡稱“熱彈流潤滑”）問題。潤滑油膜厚度通常為微米級或更小尺度，但足以保障其良好的低摩擦磨損特性。深入了解熱彈流潤滑機制，有助于改進傳動系統(tǒng)的功率密度、效率以及噪聲、振動與聲振粗糙度（NVH）性能。
在機械零件潤滑接觸的設計過程中，非常關(guān)鍵的一點是將潤滑油本身也當作機械零件來處理。借助熱彈流潤滑仿真，研究人員能夠全面分析潤滑接觸，減少制造物理原型的數(shù)量。實踐證明，使用多物理場建模和計算機仿真來分析熱彈流潤滑接觸，正是解決此類問題最有效的途徑（圖 1）。
圖 1. 正在運轉(zhuǎn)的浸油潤滑齒輪副的高速攝影圖片（左）和彈流潤滑接觸示意圖（右）。 圖注：Wheel - 大齒輪； Pressure - 壓力； Temperature - 溫度； Pinion - 小齒輪； Lubricant - 潤滑油； Lubricant film thickness - 潤滑油膜厚度
應對微米級測量難題
由于潤滑油膜和固體變形都是微米級尺度，如果通過在接觸區(qū)域放置傳感器來進一步了解熱彈流潤滑性能將極為困難。“兩齒側(cè)面間的潤滑油膜厚度在一微米以內(nèi)，約為頭發(fā)直徑的十分之一。接觸壓力一般高達 2GPa，幾乎相當于一塊指甲大小的地面承受 30 輛乘用車時受到的壓強。”Thomas Lohner 解釋道，他在德國慕尼黑工業(yè)大學（TUM）的齒輪研究中心（FZG）擔任彈流潤滑摩擦接觸和效率研究部門主管。
借助數(shù)值仿真，工程師們能夠設計各式熱彈流潤滑接觸方案，最終實現(xiàn)齒面與潤滑油的合理搭配。
展開 通過查看RecurDyn仿真發(fā)動機的固體運動，通過Particleworks仿真液體潤滑分布。
一、生成RecurDyn 模型
1. RecurDyn運行。點擊Browse選.Workshop6中.sampleEngineModel.rdyn文件
二、動力學模型仿真(單獨RecurDyn)
1. 點擊Analysis 下Simulation Type中的Dyn/Kin。
2. 點擊Simulation 進行仿真。
3. 仿真完成后，點擊Animation，可以看到如右圖所示的運轉(zhuǎn)中的發(fā)動機。
三、生成Particleworks 模型
1. Working window所示的發(fā)動機模型是使用Subsystem生成的發(fā)動機。雙擊屏幕中的發(fā)動機，進入發(fā)動機的編輯模式，在Database中，鼠標右鍵單擊Chain1后，選擇Edit，進去Subsystem的編輯模式。
2. 點擊Communicator下Particleworks 中的Vessel。
3. 選定SampleEngine模型中的，BalanceShaft1。
4. 在Vessel window中的VesselFile欄輸入BalanceShaft1。
5. 對下表列出的12Body,重復上面的第2~4步，輸出Vessel文件。
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潤滑仿真的最新內(nèi)容
圖1 AVL 新能源動力系統(tǒng)動力學解決方案
作為車用動力總成動力學分析領(lǐng)域的專業(yè)級工具，AVL EXCITE M 具備全面且深度的仿真分析能力：不僅可精準實現(xiàn)傳統(tǒng)發(fā)動機領(lǐng)域的核心動力學分析（包括彈性液力潤滑（EHD）仿真、振動噪聲（NVH）性能預測、扭轉(zhuǎn)振動特性分析及載荷傳遞路徑仿真等），還能針對新能源動力系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件（如發(fā)動機、電機、減速器總成）開展精細化動力學評估，涵蓋發(fā)動機動力學、電機轉(zhuǎn)子動力學特性
循環(huán)相變仿真
在機械潤滑仿真領(lǐng)域，VirtualFlow 軟件依托 IST 網(wǎng)格技術(shù)，實現(xiàn)了對剛體運動的高效處理，可實時追蹤流固界面，操作更便捷、計算效率更高。
? 應用3、涉水、潤滑等特殊場景仿真
在潤滑油、液體晃動、車輛涉水等特殊工況下，我們也可以提供一整套仿真能力，包括：
油箱晃動仿真：結(jié)合結(jié)構(gòu)與流體，考慮結(jié)構(gòu)響應；
涉水分析：仿真輪胎在涉水時形成水墻的過程；
潤滑油甩油分析：用于齒輪箱、發(fā)動機等；
液體波動仿真：比如罐車在轉(zhuǎn)彎或制動時，液體的沖擊壓力。
? 應用3、涉水、潤滑等特殊場景仿真
在潤滑油、液體晃動、車輛涉水等特殊工況下，我們也可以提供一整套仿真能力，包括：
油箱晃動仿真：結(jié)合結(jié)構(gòu)與流體，考慮結(jié)構(gòu)響應；
涉水分析：仿真輪胎在涉水時形成水墻的過程；
潤滑油甩油分析：用于齒輪箱、發(fā)動機等；
液體波動仿真：比如罐車在轉(zhuǎn)彎或制動時，液體的沖擊壓力。
同時結(jié)合 Particleworks 對其潤滑和散熱仿真，追蹤潤滑油流動及散熱過程，明確相關(guān)關(guān)鍵信息與散熱效率等，可發(fā)現(xiàn)過熱隱患。通過兩款軟件協(xié)同應用，實現(xiàn)多方面性能的全面仿真，能為深入了解齒輪箱工作狀態(tài)提供準確信息，指導優(yōu)化設計，提升其性能與可靠性。
END
本案例建立了一旋轉(zhuǎn)動靜環(huán)結(jié)構(gòu)和接觸尺，接觸層之間考慮了潤滑層，基于COMSOL軟件模擬得到了有潤滑層下，動靜環(huán)旋轉(zhuǎn)運動下的接觸層應力分布和油膜厚度變化，仿真模型及結(jié)果如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎交流合作！
基于matlab的軸承的潤滑方程進行數(shù)值求解仿真，改變偏心率和寬徑比，可求輸出不同參數(shù)下的油膜壓力，厚度等的分布情況，并且輸出承載力和摩擦力變化趨勢。程序已調(diào)通，可直接運行。
【適用行業(yè)】
適用于乘用車、商用車、風電等齒輪箱攪油飛濺潤滑問題的快速仿真模擬，可用于快速評估不同設計與工況下齒輪、軸承的潤滑程度，指導并跟進設計迭代。
【適用人群】
與以上行業(yè)相關(guān)的系統(tǒng)仿真工程師、技術(shù)研發(fā)人員等都可以參加。
軟件介紹
Particleworks 是一款模擬流體運動的領(lǐng)先軟件。
本案例詳細講述了齒輪箱油潤滑的建模仿真方法。
本案例圍繞圓柱滾子軸承的彈流潤滑行為，推導了Reynolds雷諾方程弱形式，利用COMSOL弱形式偏微分方程（PDE）構(gòu)建了彈流潤滑仿真模型。相比多重網(wǎng)格計算方法，該方法計算高效，無需編程，適應工況范圍廣。后續(xù)將繼續(xù)推出點接觸和橢圓點接觸彈流潤滑仿真模型。
