Tribo-X润滑摩擦分析案例-滑动轴承计算

Tribo-X计算软件考虑摩擦学问题中的多种影响因素，解决传统CAE计算困难，计算速度慢的问题，精确考虑各种特性对摩擦学结构的影响，包括混合摩擦、湍流效应、微观粗糙表面、气穴等。

Tribo-X可以计算润滑系统的应变、摩擦和温度等；是一个“数字放大镜”，查看摩擦接触的内部，更好的理解整个接触过程。Tribo-X专门的后处理软件生成2D和3D图表，并输出用户所需的数据、图片或视频。本文以一个典型滑动轴承为例，使用Tribo-X求解器进行分析计算。该轴承使用注油孔注入润滑油。

前处理设置

计算所使用的几何参数和载荷参数如表1所示，表面参数及温度参数如表2所示。Tribo-X的前处理输入不同于常用的仿真软件，是采用输入文件的方式。在输入文件的模板中，根据提示填写参数。

表1 轴承参数

如图所示。需要设置轴承的固定支撑面，输入材料的杨氏模量和泊松比，用于评估轴承的弹性变形行为；输入材料的热传导系数和比热容，用于计算润滑间隙温度和固体表面温度。输入以上参数，建立有限元模型，提取柔度矩阵。

图 滑动轴承的有限元模型

考虑摩擦学中的微观流体动力学和出现的固体接触和液体接触同时存在的情况，需要定义表面粗糙度进行计算。本案例中使用解析法定义表面粗糙度，所需输入的材料参数如下：

表2 轴承表面参数及温度参数

计算结果展示

考虑热弹流体动力学更能真实的反应轴承的运动特性。Tribo-X的结算结果中，可以使用3D图表的方式，观察分析轴承的各个场变量分布，可以通过极图的方式更加直观的得到计算结果。

图 计算结果-总压力分布；总压力分布-极图

图 计算结果-油膜中间温度分布；油膜中间温度分布-极图

图 计算结果-弹性变形分布；弹性变形分布-极图

图 计算结果-充油率分布；充油率分布-极图

图 计算结果-轴心位置

利用计算模型，还获得大量实际实验难获得的计算结果。轴心平衡位置显示了轴心相对于轴承座的位置。进行瞬态计算还可以获得运动过程的轴心轨迹，通过识别轴心轨迹的形状，可以进一步分析振动。润滑油温度过高会导致润滑油的加速氧化和劣化，产生酸性物质或者一些不溶物质和沉淀物，降低工件使用寿命；润滑油温度过高或过低，都会导致润滑油的使用寿命降低；温度过低的情况下还导致黏度降低，油膜太厚的情况下难以提供润滑保护。进行热计算后的获得的油膜温度和固体表面温度，都可以判断环境温度、注油温度对轴承行为产生的影响。同样，利用计算模型获得的充油率，也是典型润滑摩擦机械零件的重要参数，便于判断空化部分。

除了3D和2D的分析结果，在生成的结果文件中还可以获得直接结果，如下表所示：

表3 部分计算结果

作者：彭朋 安世工仿