旋转机械 | 基于ANSYS WB平台的滑动轴承分析工具（一）
导读：本文主要针对Tribo-X inside ANSYS的功能及各方向应用实例进行介绍，限于篇幅关系会分五篇进行介绍，第一篇主要结合软件的需求、理论、功能及应用方向进行介绍，第二篇至第五篇将结合具体应用方向的示例进行介绍。本篇为第一篇。
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。
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。
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、Tribo-X inside ANSYS概述
1、适用的轴承
目前版本功能支持的滑动轴承类型如图所示：
图-适用于TriboX-inside ANSYS进行分析的轴承（红线框内）
2、合理假定
油膜间隙远小于轴承尺寸 厚度方向压力不变
3、理论公式
TriboX-inside ANSYS基于TEHD（热弹油膜动力学）的油膜轴承求解器，
图-三维NS方程(CFD)与二维雷诺方程（Tribo-X）计算结果对比
RDE与CFD计算结果存在微小偏差 RDE计算时间明显低于CFD的计算时间
4、应用方向
Tribo-X求解器集成在ANSYS Workbench环境中，二者优势互补。其中ANSYS Workbench提供强大的前处理建模、后处理结果查看能力，Tribo-X inside ansys提供全面、快速、精确的滑动轴承计算能力，同时Tribo-X inside ansys可以与ANSYS优化模块集成进行滑动轴承参数优化，与ANSYS结构动力学模块结合，无缝传递轴承参数进行转子动力学分析。
图 Tribo-X inside ANSYS与ANSYS联合分析
（1）轴承平衡状态计算
（2）轴承刚度与阻尼计算
转子系统动力学行为与轴承动力特性高度相关，滑动轴承动力特性的轴承系数为油膜刚度和油膜阻尼，而油膜刚度与阻尼取决于轴承平衡位置及转速，Tribo-X可以计算转速相关的轴承刚度与阻尼系数。轴承系数可以自动无缝传递到ANSYS转子动力学计算系统，进而进行考虑轴承系数的转子动力学分析。
图-基于轴承参数进行模态分析
全参数化工作流程，CAD三维软件参数化建模并用于优化（optiSLang，DX） 参数研究：确定最重要的工作参数
图-参数化分析与优化
三、Tribo-X inside ANSYS详细功能说明
操作系统：Microsoft Windows 10（64 Bit） 对应的ANSYS 版本：Tribo-X inside ANSYS嵌入在ANSYS WB平台使用，直接利用ANSYS WB平台进行前后处理，目前支持ANSYS 2020R1版本。
3、计算流程
（1）前处理
① 材料及几何模型
轴与轴承表面的网格质量应保证足以捕获几何形状
建议采用带中节点的单元可以更好的描述几何形状
润滑供油区域的单元尺寸应足够小，在几何选择的尺寸方向至少包含三个单元
最大压力
最小间隙高度
水平及垂直偏心
最小间隙高度处的偏心及角度
平衡位置的反力
摩擦力矩和能量（power?）
承载能力比
润滑剂流量
刚度和阻尼系数
平均间隙填充系数
其他
四、Tribo-X inside ANSYS的客户价值
解决了传统CAE方法难以计算油膜轴承的困难；
将滑动轴承快速求解器Tribo-X与ANSYS进行集成，可基于ANSYS模型进行油膜轴承计算；
研究轴承受力状态，获取轴承重要参数；
快速精确的轴承油膜动力学分析
轴承弹性变形分析
轴承表面粗糙度混合摩擦分析
轴承刚度/阻尼系数计算，与转子动力学分析集成
统一的集成环境：ANSYS Workbench
CAD集成，实现参数化设计
optiSLang集成，实现参数敏感性与优化分析
以上是仿真秀专栏作者王庆艳老师基于Tribo-X inside ANSYS结合软件的需求、理论、功能及应用方向进行介绍，后续文章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。
