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Tribo-X計(jì)算軟件考慮摩擦學(xué)問(wèn)題中的多種影響因素，解決傳統(tǒng)CAE計(jì)算困難，計(jì)算速度慢的問(wèn)題，精確考慮各種特性對(duì)摩擦學(xué)結(jié)構(gòu)的影響，包括混合摩擦、湍流效應(yīng)、微觀(guān)粗糙表面、氣穴等。

(資料圖片)

Tribo-X可以計(jì)算潤(rùn)滑系統(tǒng)的應(yīng)變、摩擦和溫度等；是一個(gè)“數(shù)字放大鏡”，查看摩擦接觸的內(nèi)部，更好的理解整個(gè)接觸過(guò)程。Tribo-X專(zhuān)門(mén)的后處理軟件生成2D和3D圖表，并輸出用戶(hù)所需的數(shù)據(jù)、圖片或視頻。本文以一個(gè)典型滑動(dòng)軸承為例，使用Tribo-X求解器進(jìn)行分析計(jì)算。該軸承使用注油孔注入潤(rùn)滑油。

前處理設(shè)置

計(jì)算所使用的幾何參數(shù)和載荷參數(shù)如表1所示，表面參數(shù)及溫度參數(shù)如表2所示。Tribo-X的前處理輸入不同于常用的仿真軟件，是采用輸入文件的方式。在輸入文件的模板中，根據(jù)提示填寫(xiě)參數(shù)。

表1 軸承參數(shù)

軸承直徑	80 mm
軸承寬度	40 mm
軸承相對(duì)間隙	2‰
轉(zhuǎn)速	2000 rpm
油孔直徑	8 mm
注油壓力	5 bar
溫度	60℃
潤(rùn)滑油	ISO VG 100
摩擦系數(shù)	0.05

如圖所示。需要設(shè)置軸承的固定支撐面，輸入材料的楊氏模量和泊松比，用于評(píng)估軸承的彈性變形行為；輸入材料的熱傳導(dǎo)系數(shù)和比熱容，用于計(jì)算潤(rùn)滑間隙溫度和固體表面溫度。輸入以上參數(shù)，建立有限元模型，提取柔度矩陣。

圖 滑動(dòng)軸承的有限元模型

考慮摩擦學(xué)中的微觀(guān)流體動(dòng)力學(xué)和出現(xiàn)的固體接觸和液體接觸同時(shí)存在的情況，需要定義表面粗糙度進(jìn)行計(jì)算。本案例中使用解析法定義表面粗糙度，所需輸入的材料參數(shù)如下：

表2 軸承表面參數(shù)及溫度參數(shù)

均方根粗糙度body1	0.5μm
均方根粗糙度body1	1μm
Peklenik數(shù)	1/3
塑性流動(dòng)壓力	655.65N/mm^2
摩擦系數(shù)	0.05
潤(rùn)滑油供給溫度	60℃

計(jì)算結(jié)果展示考慮熱彈流體動(dòng)力學(xué)更能真實(shí)的反應(yīng)軸承的運(yùn)動(dòng)特性。Tribo-X的結(jié)算結(jié)果中，可以使用3D圖表的方式，觀(guān)察分析軸承的各個(gè)場(chǎng)變量分布，可以通過(guò)極圖的方式更加直觀(guān)的得到計(jì)算結(jié)果。圖 計(jì)算結(jié)果-總壓力分布；總壓力分布-極圖圖 計(jì)算結(jié)果-油膜中間溫度分布；油膜中間溫度分布-極圖

圖 計(jì)算結(jié)果-彈性變形分布；彈性變形分布-極圖

圖 計(jì)算結(jié)果-充油率分布；充油率分布-極圖圖 計(jì)算結(jié)果-軸心位置

利用計(jì)算模型，還獲得大量實(shí)際實(shí)驗(yàn)難獲得的計(jì)算結(jié)果。軸心平衡位置顯示了軸心相對(duì)于軸承座的位置。進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算還可以獲得運(yùn)動(dòng)過(guò)程的軸心軌跡，通過(guò)識(shí)別軸心軌跡的形狀，可以進(jìn)一步分析振動(dòng)。潤(rùn)滑油溫度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油的加速氧化和劣化，產(chǎn)生酸性物質(zhì)或者一些不溶物質(zhì)和沉淀物，降低工件使用壽命；潤(rùn)滑油溫度過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油的使用壽命降低；溫度過(guò)低的情況下還導(dǎo)致黏度降低，油膜太厚的情況下難以提供潤(rùn)滑保護(hù)。進(jìn)行熱計(jì)算后的獲得的油膜溫度和固體表面溫度，都可以判斷環(huán)境溫度、注油溫度對(duì)軸承行為產(chǎn)生的影響。同樣，利用計(jì)算模型獲得的充油率，也是典型潤(rùn)滑摩擦機(jī)械零件的重要參數(shù)，便于判斷空化部分。

除了3D和2D的分析結(jié)果，在生成的結(jié)果文件中還可以獲得直接結(jié)果，如下表所示：

表3 部分計(jì)算結(jié)果

潤(rùn)滑間隙最大溫度	62.705
潤(rùn)滑間隙平均溫度	60.697
最大總壓力	21.26MPa
最大潤(rùn)滑間隙	152.134
最小潤(rùn)滑間隙	8.587