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基于Tribo-X inside ANSYS的瞬态滑动轴承分析实例

4年前浏览2750

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。

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计算说明

1、计算条件

  • 瞬态操作条件
    ① 定值转速
    ② 循环载荷
  • 等温轴承分析
  • 轴承假设为刚性

图 计算模型
2、计算目标

  • 识别与瞬态载荷相关的最大和最小润滑间隙高度

  • 查看变化的轴位移曲线

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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

  • 定义载荷步数,用于后续的操作条件定义

  • 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

  • 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

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

  • 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

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

  • 定义转速以及滑动轴承的载荷条件

  • 分析类型:瞬态

  • 载荷类型:循环载荷

  • 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

  • 最大压力与瞬态载荷的关系

  • 最小润滑间隙高度与瞬态载荷的关系

  • 曲线输出

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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。


仿真体系MechanicalANSYS 其他Workbench
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首次发布时间:2020-10-28
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安世亚太
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4年前
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