ansys軸承計算的案例
ANSYS2021R1軸承旋轉計算分析 ￥15
ANSYS2021R1軸承旋轉計算分析
如圖所示滾珠軸承，對滾珠軸承在正常運轉過程中位移及應力狀態分析。
基于Tribo-X inside ANSYS滑動軸承系數計算應用
Tribo-X inside Ansys是滑動軸承分析專用工具，具有滑動軸承剛度系數和阻尼系數計算的能力。
滑動軸承剛度和阻尼項取決于轉速或軸偏心位置，反映了不同潤滑操作條件下的動態特性，獲得的跟隨轉子角速度變化而變化的滑動軸承剛度和阻尼系數能夠無縫傳遞到轉子動力學分析模塊的軸承工具中，進行相關仿真分析使用。
一、Tribo-X inside ANSYS滑動軸承分析系統搭建
Tribo-X inside ANSYS軟件分析環境基于ANSYS Mechanical進行軸承分析的預處理和后處理，軟件安裝以后在ANSYS Mechanical中新增了一個名為Tribo-X inside ANSYS的工具欄，如圖1所示。
圖1
Tribo-X inside ANSYS分析的計算條件分為基礎邊界條件定義和高級分析求解邊界條件兩類。任何基于Tribo-X inside ANSYS工具的分析內容都首先建立在基本邊界的定義基礎上，如圖2所示。而滑動軸承剛度和阻尼系數的計算和傳遞要通過高級分析求解邊界條件進行定義，往往需要更高級的license進行支持。下面對Tribo-X的基礎邊界和高級邊界條件內容進行簡要說明。
圖2
基礎邊界條件定義簡要說明：
Pressure Supply：壓力邊界條件，用來定義潤滑油的供應區域。該區域可以在軸承或軸的表面上定義。當壓力邊界條件選擇多個面時，就可以定義多個潤滑油的供應。供油幾何形狀可以是任意的，壓力值必須為正。因此，任何類型的潤滑供應都是可以定義的。
Bearing Geometry：如圖3所示，它用于確定液體滑動軸承的位置，是確定軸承與軸之間潤滑間隙的基礎。
展開 【選型計算】機械設計基礎計算題之球軸承的分類及選型
二、 球軸承選型
在進行球軸承選型時，首先要根據軸承受力狀況、速度能力、噪聲要求、安裝要求等選擇合適的軸承種類，同時需考慮溫度、環境的限制條件，選擇合適的軸承材料及潤滑方式（以上本文第一章已有介紹），再根據設計空間尺寸對所選的軸承型號進行壽命計算，設計流程圖如圖6。
圖6 軸承選擇流程
軸承壽命主要可以從兩個類型去考核，當疲勞失效為軸承的主要失效形式時，需校核軸承疲勞壽命，當軸承受過大的靜負荷或在極低轉速下承受沖擊負荷時，此時軸承的壽命不是取決于材料的疲勞，而需考核軸承靜態強度。需要額外考慮的是，軸承載荷是否小于最小軸承負荷。
1. 軸承疲勞壽命計算：
額定壽命：在一塊疲勞剝落前，90%的一組同樣的軸承將達到或超過的壽命。
軸承調整壽命：考慮壽命調整系數的額定壽命。
動態額定載荷：表示在該載荷作用下，一定數量的軸承的額定壽命為一百萬轉。對于向心軸承，載荷是指純徑向載荷（C）；對于推力軸承，載荷是指純軸向載荷；向心推力軸承，載荷是指產生軸承套圈相互間純徑向位移的載荷的徑向分量（C）。
動態徑向當量載荷：在一恒定的徑向載荷下，滾動軸承具有與實際載荷相同的壽命。
其中X、Y分別為徑向、軸向動載荷系數，分別為軸承實際載荷的徑向、軸向分量。X、Y值可查閱軸承公司網站的建議值。
展開 基于ANSYS WB平臺的滑動軸承分析工具（一）
本文主要針對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。本篇為第一篇。
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。
展開 
滾動軸承摩擦轉矩的計算
滾動軸承摩擦轉矩的計算
滾動軸承內部是通過滾動體在滾道內的滾動實現減小摩擦保證機械設備良好、穩定，精確運轉的零件。滾動軸承運轉的時候也會存在一定的摩擦，這些摩擦所產生的能量最終以熱量的方式散發出去，是軸承自身發熱的來源。因此，在計算軸承溫度的時候，除了考慮外界熱源的熱量傳遞，也要考慮軸承自身轉動的發熱。本文對滾動軸承摩擦轉矩的計算做一個介紹，給出簡化算法。在軸承摩擦轉矩計算完成之后，就可以計算軸承運轉過程中的熱量，從而得到軸承的計算溫度。
滾動軸承最基本的組成部分包括軸承外圈、軸承內圈、軸承滾動體和保持架。滾動軸承的滾動是在滾動體和滾道接觸表面發生的，這個滾動摩擦是滾動軸承區別于滑動軸承的最重要因素。
滾動軸承在運轉的時候，由于內部各個零部件存在相對的運動和摩擦，因此也有一定的摩擦轉矩。事實上，滾動軸承內部的摩擦不僅僅是上述的滾動體和滾道之間的滾動摩擦，還有其他的組成部分。這些組成部分共同構成滾動軸承的摩擦學模型。相對準確的滾動軸承摩擦計算就是基于這個滾動軸承摩擦學模型進行的。
關于滾動軸承的摩擦，在2003年瑞典軸承公司SKF提出了摩擦學模型，并發布在自己的軸承型錄之中。
在這個滾動軸承摩擦模型總體是這樣的：
M=Mrr+Msl+Mdrag+Mseal
在上述的模型中：
M ：滾動軸承的總摩擦轉矩。
Mrr：滾動軸承在運轉時候的滾動摩擦部分。主要是指滾動體和滾道之間的滾動摩擦。
展開 軸承d發熱的計算
注意，這是滾動軸承的特點所決定的，否則要滾動軸承干嘛？千萬別忘了滾動軸承被發明的目的就是減小摩擦，減小阻轉矩。
滾動軸承內部的滑動摩擦所占比例應該很小，否則也不能被稱為滾動軸承。同時滾動軸承攪拌潤滑的損失，與其他摩擦比也應該不是一個很大的值。這樣一來，滾動軸承運動是自身的發熱就不是發熱主體，應該是整個軸承出現溫升的一個次要因素。
使軸承出現明顯溫升的主要因素是設備自身的發熱。設備自身的發熱量在設備進行設計的時候會有一個估算，這樣的發熱傳導到軸承上，考慮到散熱等因素，通常會小于等于設備自身發熱的總值。
基于上述知識，現場在面對軸承發熱的時候，首先可以檢查設備發熱的軸承溫度分布，然后再考慮軸承自身的發熱因素。如果軸承溫度明顯高于設備溫度，就應該引起警惕，因為此時軸承的發熱成為了主要熱源，說明內部摩擦狀態已經不是正常狀態。
軸承自身的發熱的計算，是從計算軸承的摩擦開始。本公號上一篇文章介紹了軸承自身摩擦轉矩的計算方法，通常軸承自身的發熱可以通過自身摩擦轉矩進行計算，公式如下：
式中（更正：式中應為-4）：
M：軸承的總摩擦轉矩，參考上一章 滾動軸承摩擦轉矩的計算 介紹的計算方法；
n：軸承轉速。
有興趣的工程師可以根據自身設備發熱計算一下軸承發熱應該占整個設備發熱的比例。有助于定性定量的了解軸承發熱的兩級。
展開 軸承游隙的選擇與計算
注意：不適用于輕金屬或者薄壁軸承的計算。
更換材質，以及對于薄壁軸承、薄壁軸承室、空心軸等的游隙減小量計算相對復雜，此處不介紹，工程師可以咨詢軸承供應商，一般應提具相應的計算服務。
軸承潤滑脂的溫度怎么選（校核計算）？
因此真正的潤滑脂溫度選擇是要經過一定的計算。
潤滑脂的溫度選擇
通常選擇潤滑脂是為了在給定工況下能為軸承提供足夠潤滑。此時需要對“給定工況”和“滿足潤滑性能”進行校核。這就是通常的潤滑選擇校核計算。
以往曾經講過（亦可以查閱《電機軸承應用技術》、《電機軸承故障診斷與分析》、《齒輪箱軸承應用技術》，以及本公號其他文章），潤滑脂的選擇校核計算本質上是校核卡帕系數。當卡帕系數為1至4之間的時候，說明所選潤滑滿足潤滑需求。
在計算的過程中，可以注意到其中有很多的溫度影響。比如黏度變化曲線，其實是黏度對溫度的變化曲線。
這個校核計算的本質就是校核所選潤滑脂在當前溫度下，是否可以滿足卡帕系數落到1-4之間。如果答案是肯定的，那么選擇就是恰當的，否則則需要進行調整。
總結
從上面的介紹感覺溫度選擇和標稱溫度沒有直接的關系。事實上，標稱的溫度與油脂的選擇是有一定聯系的。因為油脂的滴點等性能決定了黏度曲線，而卡帕系數的計算也來自于黏度曲線。
通過本文的介紹不難發現，直接將使用溫度和油脂標稱數據進行對比的方式往往是不準確的。
問題來了，為什么油脂供應商不給一個可對比的參數呢？答案是，這不可能。因為油脂供應商不知道設備設計者選擇的工況條件。而油脂的性能是隨著工況（溫度）變化的。因此無法給出一個定值。
展開 Tribo-X潤滑摩擦分析案例-滑動軸承計算
Tribo-X計算軟件考慮摩擦學問題中的多種影響因素，解決傳統CAE計算困難，計算速度慢的問題，精確考慮各種特性對摩擦學結構的影響，包括混合摩擦、湍流效應、微觀粗糙表面、氣穴等。
Tribo-X可以計算潤滑系統的應變、摩擦和溫度等；是一個“數字放大鏡”，查看摩擦接觸的內部，更好的理解整個接觸過程。Tribo-X專門的后處理軟件生成2D和3D圖表，并輸出用戶所需的數據、圖片或視頻。本文以一個典型滑動軸承為例，使用Tribo-X求解器進行分析計算。該軸承使用注油孔注入潤滑油。
前處理設置
計算所使用的幾何參數和載荷參數如表1所示，表面參數及溫度參數如表2所示。Tribo-X的前處理輸入不同于常用的仿真軟件，是采用輸入文件的方式。在輸入文件的模板中，根據提示填寫參數。
表1 軸承參數
如圖所示。需要設置軸承的固定支撐面，輸入材料的楊氏模量和泊松比，用于評估軸承的彈性變形行為；輸入材料的熱傳導系數和比熱容，用于計算潤滑間隙溫度和固體表面溫度。輸入以上參數，建立有限元模型，提取柔度矩陣。
圖 滑動軸承的有限元模型
考慮摩擦學中的微觀流體動力學和出現的固體接觸和液體接觸同時存在的情況，需要定義表面粗糙度進行計算。本案例中使用解析法定義表面粗糙度，所需輸入的材料參數如下：
表2 軸承表面參數及溫度參數
計算結果展示
考慮熱彈流體動力學更能真實的反應軸承的運動特性。Tribo-X的結算結果中，可以使用3D圖表的方式，觀察分析軸承的各個場變量分布，可以通過極圖的方式更加直觀的得到計算結果。
展開 電機軸承為什么不能達到預期計算壽命？
可見，前面說的軸承壽命計算并未對密封件，潤滑等因素進行校核，因此這個計算的壽命不等于軸承壽命。
第二、 電機在實際運行的時候，軸承所承受的負荷不一定等于計算時候的負荷。這也導致計算壽命不等于軸承壽命。另外，公式計算的僅僅是金屬次表面（表面下）疲勞壽命，因此對軸承的其他金屬失效方式也沒有顧及。
第三、 實際電機軸承的潤滑條件和試驗條件是不同的，因此軸承壽命計算的結果也和實際值不同。
當然現在最新的標準已經針對壽命計算結果的誤差進行了調整。其中主要調整的是由于潤滑和金屬材料原因的偏差。在ISO281里用系數a23進行修正。
不過，根據實踐經驗，即便用修正后的軸承壽命計算，依然無法擺脫上述原因的第1和第2點。因此，軸承壽命計算結果和軸承實際壽命在理論上就存在著差異。電機工程師應該對此心中有數。
這樣我們緊接著就面臨第二個問題，既然軸承計算壽命和軸承實際壽命存在著理論上和實際上的差異，那這個計算干嘛用的？而且這個偏差是不可避免，是不是這個理論就沒有參考價值了？
答案一定是否定的。那么軸承壽命理論的計算結果到底是干嘛用的？
展開 152基于matlab的GUI滾動軸承特征頻率計算 ￥9.9
基于matlab的GUI滾動軸承特征頻率計算，輸入軸承參數，包括轉速，節圓直徑、滾子直徑、滾子數、接觸角，就可得滾動特征頻率結果，程序已調通，可直接運行。
Tribo-X|專用于軸承、齒輪等摩擦潤滑系統的摩檫學計算軟件
壓力分布（滑動軸承示例）
油膜間隙溫度分布（滑動軸承示例）
充油率分布（滑動軸承示例）
2、2D圖表
圖-軸心平衡位置及最大壓力分布（滑動軸承示例）
圖-最大壓力分布和最大溫度分布（無涂層和DLC涂層齒輪示例）
Tribo-X inside ANSYS
Tribo-X inside ANSYS將Tribo-X滑動軸承求解器集成到ANSYS Workbench環境中，二者優勢互補。其中ANSYS Workbench提供強大的前處理建模、后處理結果查看能力，Tribo-X inside ansys提供全面、快速、精確的滑動軸承計算能力，同時Tribo-X inside ansys可以與ANSYS優化模塊集成進行滑動軸承參數優化，與ANSYS結構動力學模塊結合，無縫傳遞軸承參數進行轉子動力學分析。
操作界面
1、CAD集成
可以基于CAD模型直接定義滑動軸承幾何形狀，自動識別軸承與軸之間的間隙為潤滑區域，完成軸承幾何建模，并且可以定義軸的初始位置。
CAD定義傾斜軸
2、ANSYS靜力學模塊集成
傳遞通過ANSYS靜力學模塊提取的柔度矩陣，滑動軸承彈性變形信息（取決于軸承的設計、材料和軸承的支撐以及工作條件），在此條件下進行滑動軸承彈流潤滑分析。
3、ANSYS 動力學模塊集成
無縫傳遞軸承參數進行轉子動力學分析。
展開 【機械設計】設計最基礎——軸承的分類、潤滑及其選型計算方法
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Ansys Mechanical | SKF開發自動化應用程序大幅簡化軸承仿真分析
本文原刊登于Ansys Blog：《Bearing Calculations No Longer a Lot to Bear with Easy-to-Use Automation Tool》
眾所周知，螺母和螺栓在一起能夠用于緊固部件，但讓部件保持運動的大功臣則是軸承。在機械工程中，軸承是幫助平衡運動和減少運動部件之間產生摩擦的機器元件。例如，軸承可以控制部件的線性運動或繞軸旋轉，還可以通過控制影響部件的矢量來防止運動。
如此纖小的元件竟有如此強大的功能，因此軸承計算無疑是機械設計中最具挑戰性的領域之一：精度至關重要。為了實現整體設計的成功，必須對軸承進行精確建模。但要獲得各種各樣的軸承特性和幾何細節，對于工程師和設計人員來說并不容易。
作為全球領先的軸承制造商，SKF利用SKF Bearing開發了一款解決方案，這是一個免費的應用編程接口（API），通過提供對10,000多種軸承型號的準確剛度數據的訪問，能夠簡化軸承選擇、分析和仿真的繁瑣過程。
SKF Bearing為嵌入到Ansys Mechanical中使用而設計，可在結構有限元分析（FEA）期間使軸承選擇過程變得簡單和自動化，因此無論初學者還是專家，所有用戶都能輕松進行仿真。
準確、自動地選擇軸承
SKF總部位于瑞典，并在全球各地設有辦事處。該公司提供的解決方案可用于減少摩擦和二氧化碳（CO2）排放，同時提升機器的正常運行時間和性能。
展開 ANSYS-球軸承-接觸力學
滾動軸承由軸承內圈、外圈和滾珠組成，以樣本軸承為例進行應力分布分析，內徑為15mm,，內圈滾道直徑18.5mm，外經為33.3mm，外圈滾道直徑29.8mm，滾珠直徑6.6mm，軸承寬度16mm與軸過盈裝配，軸直徑15,5mm，長度36mm。根據接觸力學理論并考慮軸承的結構受載特點可知，軸承為軸對稱模型，因此建模時只取該滾子的1/6有限元模型即可.，取計算單元solid brick 8node185,彈性模量為20.6e5，泊松比為0.3，摩擦系數為0.3。
圖1 有限元幾何模型的建立
三、網格劃分
對于軸承分析問題，采用Structural Solid 中的Brick 8node 185 單元劃分網格。鋼珠網格劃分采用映射劃分原則，其余部分采用掃描劃分，劃分為網格的模型如下圖。
圖2 劃分網格后的模型
由于生成的網格中，軸承滾珠和內外圈之間的網格是連續的，也就是說兩個部件之間是剛性地連接在一起的，與實際不符，所以需用耦合來定義相互之間的關系。耦合后的網格模型如下：
圖3 創建耦合后的模型
四、模型接觸設置和邊界條件
由于軸承內圈和軸面接觸，以平面為接觸面，選取相應的接觸單元，利用接觸向導建立surface-to-surface接觸。接觸模型如圖4所示：
圖4 對模型創建接觸
五、施加約束
根據滾動軸承的結構和在總體坐標下對模型邊界約束。軸承外圈外表面完全固定，對切割部分的幾個面上施加對稱位移約束，由于軸承和軸接觸，所以在柱坐標下施加軸Y方向的位移約束。
圖5 對模型加入Y向約束
六、計算結果及分析
對所建立的模型進行非線性分析,計算結果收斂。
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