基于Tribo-X inside ANSYS的瞬态滑动轴承分析实例
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。本文将对轴承采用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。
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，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。
一、计算说明
1、计算条件
l 瞬态操作条件
① 定值转速
② 循环载荷
l 等温轴承分析
l 轴承假设为刚性
图 计算模型
2、计算目标
l 识别与瞬态载荷相关的最大和最小润滑间隙高度
l 查看变化的轴位移曲线
二、计算过程
1、建立分析流程
基于ANSYS Workbench项目页建立滑动轴承瞬态分析流程。
图-计算流程
2、分析设置
l 定义载荷步数，用于后续的操作条件定义
l 收敛行为及求解精度等级的定义
图 分析设置
3、供油压力的设置
定义润滑油流入区域及供油压力值，
图-供油区域的选择及压力值
图-供油区域
4、轴承几何
在结构树上插入“Bearing Geometry”,并完成相关设置。
图-功能菜单
l 定义轴承的位置：自动识别轴承的尺寸参数
l 自动识别轴承和轴之间的间隙
图-自动识别间隙
5、润滑剂材料属性
在结构树上插入“Lubricant Properties”,并完成相关设置。
图-润滑属性菜单
l 定义润滑剂的材料属性
l 基于润滑剂的进料温度导出有效密度和有效动力粘度
图-有效密度和有效动力粘度定义
6、操作条件
在结构树上插入“Operating Conditions”,并完成相关设置。
图 操作条件菜单
l 定义转速以及滑动轴承的载荷条件
l 分析类型：瞬态
l 载荷类型：循环载荷
l 载荷定义：支持常数或表格定义，此瞬态分析采用文件输入的方式定义载荷
图-操作条件设置
图-结果曲线
7、Tribo-X求解
在结构树上插入“Tribo-X Solver”,基于给定的轴承分析自动创建输入文件。
图-求解
直接点击求解按钮，即可完成分析。
8、后处理
l 最大压力与瞬态载荷的关系
l 最小润滑间隙高度与瞬态载荷的关系
l 曲线输出
三、总结
1、该产品基于简化的算法，解决了传统CAE方法难以计算油膜轴承的困难；
2、将滑动轴承快速求解器Tribo-X与ANSYS进行集成，可基于ANSYS环境读入或创建模型进行油膜轴承计算；
3、通过分析研究轴承受力状态，获取轴承重要参数，如如油膜压力、油膜间隙、轴承剪力、油膜刚度、油膜阻尼等；
4、考虑轴承表面粗糙度的混合摩擦分析；
5、与ANSYS结构动力学模块结合，无缝传递轴承参数快速精确的进行转子动力学分析；
6、可以与ANSYS优化模块集成实现滑动轴承参数敏感性与优化分析。
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