基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例

本系列文章主要针对Tribo-X inside Ansys的功能及各方向应用实例进行介绍，限于篇幅关系会分五篇进行介绍，第一篇：基于ANSYS WB平台的滑动轴承分析工具，主要结合软件的需求、理论、功能及应用方向进行介绍，第二篇至第五篇将结合具体应用方向的示例进行介绍。

 

本文为第二篇，我将对轴承采用HD和EHD两种方式进行分析。对于HD（Hydrodynamic）分析，在计算过程将轴承假设为刚体，不考虑其发生弹性变形。对于EHD（Elasto-Hydrodynamic）分析，在计算过程中轴承视为柔性体，考虑轴承的弹性变形，同时轴承的变形会对润滑间隙的结果产生影响。

 

一、滑动轴承计算应用场景

 

滑动轴承大量用于旋转机械结构，系统力学行为与滑动轴承的特性参数密切相关，有必要对滑动轴承进行计算以获取轴承参数，研究轴承受力状态，如油膜压力、油膜间隙、轴承剪力、油膜刚度、油膜阻尼等。但滑动轴承计算在本质上属于复杂的多物理场问题，涉及流体力学、结构力学、热力学，而且尺度极小，通常间隙量仅为数十到数百微米，经典三维CFD或者有限元计算难度很大。

 

基于Ansys WB平台开发的滑动轴承计算工具Tribo-X inside Ansys是基于热弹油膜动力学的滑动轴承求解器，它采用合理简化算法，实现从3D计算到2D计算的转换，基于简单模型快速完成滑动轴承计算。

 

Tribo-X inside Ansys将Tribo-X求解器集成到Ansys Workbench环境中，基于ANSYS环境建模、设置滑动轴承计算参数并驱动Tribo-X求解器实现滑动轴承快速计算，解决了传统CAE方法难以计算滑动轴承的困难，可以获取轴承重要参数，研究轴承受力状态，预测旋转轴承系统的稳定性，对轴承参数进行设计优化，并可以将轴承计算与Ansys Mechanical结构计算联合，精确考虑轴承特性对系统力学特性（如转子动力学）的影响。

 

二、计算说明

 

1、计算条件

 

轴具有不同转速

轴承载荷为定值

稳态等温轴承分析

分别对轴承的两种状态进行分析（轴承为刚性体和轴承为柔性体）

 

图-计算模型

 

2、计算目标

 

 

3、计算过程

 

1）建立分析流程

 

基于Ansys Workbench项目页建立滑动轴承分析流程。

 

2）分析设置

 

对于EHD分析，需要先进行静力结构分析，得到轴承刚度数据。

 

3）供油压力的设置

 

定义润滑油流入区域及供油压力值，

此步骤HD及EHD分析设定相同。

 

4）轴承几何

 

在结构树上插入“Bearing Geometry”,并完成相关设置。

 

定义轴承的位置：自动识别轴承的尺寸参数

 

自动识别轴承和轴之间的间隙

 

 

5）润滑剂材料属性

 

在结构树上插入“Lubricant Properties”,并完成相关设置，此步骤HD及EHD分析设定相同。

 

定义润滑剂的材料属性

基于润滑剂的进料温度导出有效密度和有效动力粘度

 

 

6）操作条件

 

在结构树上插入“Operating Conditions”,并完成相关设置，此步骤HD及EHD分析设定相同。

 

定义转速以及滑动轴承的载荷条件

 

支持常数或表格定义

 

图-转速及载荷设定

 

图-轴承载荷

 

7）TriboX求解

 

在结构树上插入“Trbo-X Solver”,基于给定的轴承分析自动创建输入文件，此步骤HD及EHD分析设定相同。

 

 

直接点击求解按钮，即可完成分析。

 

8）后处理

 

最小润滑间隙高度处的高压力集中区域

 

 

最小润滑间隙高度

 

 

曲线输出

 

 

三、小结

 

1、HD计算方式假设轴承为刚性体，计算效率较高。

 

2、EHD计算方式考虑了油膜压力导致的轴承弹性变形对油膜参数的影响，使得油膜压力减小，压力区增加，克服了HD刚性轴承算法计算承载能力比实际承载能力偏低的缺陷，从而得到更准确合理的计算结果。

 

以上是作者基于Tribo-Xinside Ansys的刚性及柔性滑动轴承分析实例进行介绍，后续文章还将结合具体应用方向的示例进行介绍。欢迎感兴趣的朋友持续关注。