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-润滑方程
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
（3）气穴的模拟
油膜间隙中会产生气穴，滑动轴承的油膜气穴主要来源于空气穴。Tribo-X采用质量守恒算法，在二维雷诺方程中引入充油率，后处理可以提供充油率结果，用于识别气穴区域。
（4）低粘度润滑液在高转速情况下的湍流效应模拟
对于低粘度润滑液（如水）在高转速情况下，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。
（5）考虑轴承形状或者位置偏差的滑动轴承计算
制造或者工作条件都可能产生轴承形状或位置偏差，进而影响油膜厚度和压力分布。可以基于CAD模型直接定义倾斜轴，也可以基于工作条件定义倾斜轴。
（6）考虑轴承座弹性的滑动轴承分析
经典油膜动力学计算理论将轴承视为刚性体，使得轴承计算承载能力比实际承载能力偏低，对于高负载滑动轴承尤为明显。Tribo-X可以基于轴承有限元模型提取轴承柔度矩阵，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。
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