基于Tribo-X的Ansys刚柔性滑动轴承分析:实战应用案例

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。

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图2

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。

基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图3

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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)

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图6

图-计算模型

2、计算目标

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图8


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。

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图10


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。

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图12

3)供油压力的设置

定义润滑油流入区域及供油压力值,

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图14

此步骤HD及EHD分析设定相同。

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图16

4)轴承几何

在结构树上插入“Bearing Geometry”,并完成相关设置。

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图18


定义轴承的位置:自动识别轴承的尺寸参数

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图20

自动识别轴承和轴之间的间隙

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图22

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。

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图24

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

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图26

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。

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图28

定义转速以及滑动轴承的载荷条件

支持常数或表格定义

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图30

图-转速及载荷设定

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图32

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。基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图33

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图35

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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

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图38

最小润滑间隙高度

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图40

曲线输出

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基于Tribo-X inside Ansys刚柔性滑动轴承分析实例的图42


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。

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