Tribo-X摩檫学计算软件—专用于轴承、齿轮、活塞/气缸等摩擦润滑系统

摩擦学是有关摩擦、磨损与润滑科学的总称，是在研究摩擦和磨损过程中两个相对运动表面之间的相互作用。由于摩擦引起能量的转换、磨损则导致表面损坏和材料损耗，因而润滑是降低摩擦和减少磨损的最有效措施。

常用摩擦润滑系统

对于典型机械零件的润滑设计，如滚动轴承、齿轮、凸轮结构、滑动轴承、止推轴承、活塞/气缸等，Tribo-X计算软件考虑摩擦学问题中的多种影响因素，能有效解决传统CAE方法计算困难、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完成典型问题的计算通常只需要几分钟。能够充分考虑以下因素：

1、流体动压

各种流体润滑问题都涉及在狭小间隙中的流体黏性流动，描写这种物理现象的基本方程为雷诺方程。各种流体的润滑计算是基于对雷诺方程的应用和求解。Tribo-X求解器基于雷诺方程，进行对摩擦润滑系统的计算。相比于经典三维CFD所使用的Navier-Stokes方程，计算速度快，计算时间大幅降低，并且计算结果基本一致。

二维雷诺方程的应用

三维NS方程(CFD)与二维雷诺方程（Tribo-X）计算结果对比

2、弹性流体动压

经典油膜动力学计算理论将摩擦副视为刚性体，使得计算得到的承载能力比实际承载能力偏低。对于点、线接触，Tribo-X可以使用半弹性空间模型；对于滑动轴承接触方式，Tribo-X使用有限元软件提取出的柔度矩阵，在考虑线弹性材料行为的基础上，计算弹性变形对油膜压力及油膜间隙等计算结果的影响。

3、热弹流体动压

一般流体润滑计算是按等黏度进行，也就是说忽略润滑膜温度场的影响，然而，除了极轻的载荷和极低的速度之外，润滑膜温度分布也将是影响润滑性能的重要因素。为了求得润滑膜中的温度分布，Tribo-X求解能量方程完成计算。

能量方程

4、润滑油特性

润滑油的密度、动力黏度、导热系数和比热容是压力和温度的函数。在一些条件下，必须考虑润滑油随压力和温度性能的变化，进行润滑分析。

一般的，润滑油可视为牛顿流体。针对非牛顿流体，Tribo-X也有专门的计算模型，常用的本构模型有Ree-Eyring本构模型，剪应力与剪应变率为非线性关系。

流体模型本构曲线

5、壁滑移

当达到极限剪切应力时，润滑间隙发生壁滑移。Tribo-X可以进行出现壁滑移后，不同的剪切速率下不同的摩擦行为分析。

发生和未发生壁滑移的剪切速率

6、混合摩擦

混合摩擦是边界润滑和动压润滑的组合，它们的形成机理、润滑特性各不相同。除了极其光滑的表面之外，混合摩擦是普遍存在的状态。Tribo-X可以通过定义固体表面粗糙度来进行混合摩擦分析。

不同摩擦状态

7、微观流体动力学

对于较小的润滑间隙，宏观流体动力学还受到粗糙度的微观流体动力学影响，油膜压力受到粗糙度、液体流动方向和流量的影响。Tribo-X通过定义表面粗糙度或者流动剪切应力系数，完成微观摩擦分析。

摩擦副的粗糙表面

8、气穴

气体以两种形式存在在润滑油内，一是溶解在液体中，二是以气泡的形式混合在液体中。当压力低于某一值时，液体中的空气就会分离出来，产生气穴。Tribo-X基于质量守恒算法，在二维雷诺方程中引入入充油率，在后处理中提供充油率结果，可以识别气穴区域。

典型机械零件出现气穴现象

9、层流及湍流

如果在使用低粘度润滑液（如水）和高转速情况下，有必要考虑湍流效应。考虑湍流通常会提升油膜摩擦力，从而获得更好的轴承承载能力。Tribo-X提供专门的湍流模型来考虑湍流效应。

润滑油运动状态

10、磨损因素

基于Fleisher提出的能量磨损理论。通过输入材料磨损的能量密度，即磨损单位体积所消耗的功，Tribo-X可以计算运动过程中材料出现磨损后，间隙宽度出现变化的摩擦学行为。

11、应力分析

对于点、线接触，包括齿轮接触、凸轮接触等，Tribo-X可以进行应力分析计算。Tribo-X可以定义摩擦副表面的多层涂层，计算x、y、z方向的应力分量及等效应力分布。

考虑摩擦表面的多层涂层

应力分布分析（滚动接触示例）

12、稳态和瞬态分析

Tribo-X可以进行稳态分析，也可以计算随时间变化载荷作用下的机械零件响应，比如循环载荷作用下的瞬态轴承分析及非循环载荷作用下的瞬态轴承分析、齿轮或凸轮运动分析。

不同运动时间点下压力分布（圆柱齿轮示例）