作者|付穌昇
模擬秀專欄作者
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模擬秀公眾號（ID：fangzhenxiu2018）
導讀：
本文繼續針對Tribo-X inside Ansys的功能及各方向應用例項進行介紹，限於篇幅關係會分五篇進行介紹。第一、二和五篇由安世中德技術專家王慶豔老師撰稿，第三和四篇由安世中德技術專家付穌昇老師撰稿，推薦大家持續關注，如有不當，歡迎批評指正。
今天我們給大家帶來
第三篇
《基於Tribo-X inside ANSYS滑動軸承係數計算應用》
，如需回顧，請點選下方文字即可。
基於ANSYS WB平臺的滑動軸承分析工具
（一
）
基於Tribo-X inside Ansys剛柔性滑動軸承分析例項（二）
Tribo-X inside Ansys是滑動軸承分析專用工具，
具有滑動軸承剛度係數和阻尼係數計算的能力。
滑動軸承剛度和阻尼項取決於轉速或軸偏心位置，反映了不同潤滑操作條件下的動態特性，獲得的跟隨轉子角速度變化而變化的滑動軸承剛度和阻尼係數能夠無縫傳遞到轉子動力學分析模組的軸承工具中，進行相關模擬分析使用。
一、Tribo-X inside ANSYS滑動軸承分析系統搭建
Tribo-X inside ANSYS軟體分析環境基於ANSYS Mechanical進行軸承分析的預處理和後處理，軟體安裝以後在ANSYS Mechanical中新增了一個名為Tribo-X inside ANSYS的工具欄，如圖1所示。
圖1
Tribo-X inside ANSYS
分析的計算條件分為基礎邊界條件定義和高階分析求解邊界條件兩類。任何基於Tribo-X inside ANSYS工具的分析內容都首先建立在基本邊界的定義基礎上，如圖2所示。而滑動軸承剛度和阻尼係數的計算和傳遞要透過高階分析求解邊界條件進行定義，往往需要更高階的license進行支援。下面對Tribo-X的基礎邊界和高階邊界條件內容進行簡要說明。
圖2
基礎邊界條件定義簡要說明：
Pressure Supply
：壓力邊界條件，用來定義潤滑油的供應區域。該區域可以在軸承或軸的表面上定義。當壓力邊界條件選擇多個面時，就可以定義多個潤滑油的供應。供油幾何形狀可以是任意的，壓力值必須為正。因此，任何型別的潤滑供應都是可以定義的。
Bearing Geometry：
如圖3所示，它用於確定液體滑動軸承的位置，是確定軸承與軸之間潤滑間隙的基礎。軸承和軸的輪廓被自動識別推導軸承和軸的主要幾何引數，幾何識別是基於兩個圓柱參考座標系進行的。可以透過設定相對偏心率和角度來確定軸的具體偏心位置，給定的值可以被用作計算平衡位置的初始值也可以直接作為平衡位置進行定義。
圖3
Lubricant Properties：用來定義潤滑劑的材料屬性。
Operating Conditions：如圖4所示，操作條件是用來定義滑動軸承負荷，速度或軸未對準條件。軸的未對準引入可以考慮CAD建模、邊界條件直接定義以及變形網格匯入幾種方式。
圖4
高階邊界條件定義簡要說明：
Stiffness Data for EHD Analysis邊界條件可以考慮軸承剛度的特性，軸承的彈性變形會影響產生的潤滑油間隙高度。
Mixed Lubrication邊界條件用於考慮滑動軸承處於混合摩擦狀態下的效能。
Bearing Dynamics和Import Bearing Coefficients該兩個邊界條件用於進行軸承剛度係數和阻尼係數的計算和傳遞。
二、Tribo-X滑動軸承剛度係數與阻尼係數的計算與傳遞過程
Tribo-X滑動軸承係數計算與傳遞一般分為兩個步驟：
1、透過在Hydrodynamic Bearing模組中建立滑動軸承基本分析流程，並新增高階選項邊界條件“Bearing Dynamics”進行設定。執行求解計算即可輸出剛度係數和阻尼係數，如圖5所示。
圖5
2、建立動力學計算模組，例如模態分析模組或者諧響應分析模組等
，新增高階選項邊界條件“Import Bearing Coefficients”進行設定，將源分析項設定指向為Hydrodynamic Bearing模組，並將目標軸承設定為連線組中的軸承工具，執行求解“Import Bearing Coefficients”即將滑動軸承係數傳遞輸入至軸承工具中，如圖6所示。
至此完成Tribo-X滑動軸承剛度和阻尼係數的計算，完成對動力學模組軸承工具引數的賦予。軸承單元的選擇為Combine214單元，Combine214元件在兩個垂直方向以及交叉項有剛度和/或阻尼特性，該單元具有基於轉速變化進行定義不同的剛度和阻尼特性。
圖6
三、轉子動力學分析計算簡要舉例
轉子動力學一般由旋轉軸、軸承和轉盤構成，如圖7所示。轉子動力學是對旋轉機械的研究，在整個現代工業界中起著非常重要的作用，能夠進行確定臨界速度的計算、轉子旋轉和系統穩定性預測、不平衡響應計算以及瞬態啟動和停止的計算。
在ANSYS Mechanical進行轉子動力學分析中，能夠直接利用三維CAD裝配體模型進行分析，也可以採用基於梁模型單元（3D Beam單元和Mass 21質量單元）簡化近似代替三維CAD模型進行分析。
圖7
如圖8所示是一個3質量單元與梁單元建模的轉子動力學模態分析流程，基於前面方法已經完成基於Tribo-X的滑動軸承剛度與阻尼係數的計算與資料的傳遞過程。
圖8
模態求解分析設定如圖9所示，一般如下：
選項控制用於設定提取模態數量並設定搜尋的頻率範圍；
求解控制用於設定阻尼與選擇阻尼求解型別；
轉子動力學控制用於考慮陀螺效應設定CORIOLIS的啟用，進行坎貝爾圖繪製顯示設定以及設定“Number of Points”定義以表格形式設定的轉動速度點的個數；
阻尼控制用於定義阻尼樣式和資料。
圖9
邊界條件設定和轉速的設定：
一般應該考慮軸向位移的約束和軸向旋轉的約束，軸向位移的約束用於控制軸向模態，軸向旋轉的約束用於控制扭轉模態。同時施加考慮轉子特性對應的轉動速度，如圖10所示。
圖10
Campell圖和軌跡圖後處理：
如圖11，Campbell圖結果僅在模態分析中有效，由於陀螺效應，旋轉元件的固有頻率隨旋轉速度而變化，坎貝爾圖用於繪製不同旋轉速度下旋轉結構部件頻率不斷變化的動態特性，其中X軸代表轉子的實際轉動速度，Y軸表示固有頻率。圖中起始於原點的斜線是激勵線，斜率是固有頻率和轉動速度之比，預設比率為1。
該線相交於頻率與轉速關係的曲線的位置進行了三角形標記，該三角形標記的轉速即為臨界速度，在臨界速度下結構將要進行共振。當旋轉結構以其共振頻率振動時，旋轉軸上的點將沿一個軌跡運動，稱為渦動，圖中BW和FW代表反向渦動和正向渦動，當轉子以旋轉速度Ω上自轉，自轉方向與渦動方向相反稱為反向渦動，如圖12就是一個反向渦動。
當轉子以旋轉速度Ω上自轉，自轉方向與渦動方向相同，稱為正向渦動。此外，軌跡圖如圖12所示，其他關於模態分析後處理相關內容不再做介紹。
圖12
