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Tribo-X inside ANSYS

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CADFEM ANSYS Extension zur Berechnung von hydrodynamischen Gleitlagern

Komplexität meistern

Das Verhalten gleitgelagerter Wellen hängt in starkem Maße von den statischen und dynamischen Eigenschaften des Schmierfilms in den Gleitlagern ab. Für die Simulation der Schmierfilmausbildung hat sich die Elastohydrodynamik (EHD) etabliert.

Mit Tribo-X inside ANSYS kann die Berechnung von hydrodynamischen Radialgleitlagern komfortabel und effizient in ANSYS Mechanical durchgeführt werden. Ziel ist die richtige Dimensionierung der Lager sowie die realitätstreue Abbildung der drehzahlabhängigen Steifigkeiten und Dämpfungen in dynamischen FEM-Analysen.


Die wichtigsten Vorteile

  • Vollständige Integration der Gleitlagerberechnung mit Tribo-X in ANSYS Workbench
  • Kurze Berechnungszeiten trotz hohem Detaillierungsgrad
  • Berücksichtigung elastischer Verformungen des Lagers und deren Rückwirkung auf die Spaltgeometrie
  • Vollständige Abbildung der Stribeckkurve durch Berücksichtigung von Mischreibung
  • Identifikation drehzahl- und lastabhängiger Lagerkoeffizienten
  • Vollparametrischer Workflow
Workflow für eine parametrische Lageranalyse

Kopplung von Hydrodynamik und FEM

Das Analysesystem „Hydrodynamic Bearing“ führt die beiden Domänen Hydrodynamik im Schmierspalt und Verformung der Schmierspaltumgebung mittels der Finiten-Elemente-Methode zusammen. Dabei wird die Schmierfilmausbildung in Gleitlagern auf Basis der verallgemeinerten Renolds’schen Differenzialgleichung mit Tribo-X ermittelt. Die Berechnung der Verformung erfolgt mit ANSYS Mechanical. Grundlage der Lageranalyse bildet das CAD Lagermodell, bei dem das Lagerspiel automatisch als Spaltgebiet erkannt wird. Alle für den Betrieb relevanten Informationen wie z.B. der Belastung, den Drehzahlen werden direkt als Randbedingungen in ANSYS Mechanical vorgegeben.
Die Ergebnisse der Lageranalyse mit Tribo-X ermöglichen die statische und transiente Analyse der Tragfähigkeit und Reibung von Gleitlagern. Schnelle Variationsanalysen helfen das Lagerdesign an den jeweiligen Anwendungsfall anzupassen und zu optimieren.

Hydrodynamische Druckverteilung in ANSYS

Gleitlagerkoeffizienten

Das Schwingungsverhalten eines gleitgelagerten Rotors wird im Wesentlichen durch die Steifigkeits- sowie Dämpfungseigenschaften der Lager beeinflusst. Beide Eigenschaften können durch Gleitlagerkoeffizienten beschrieben werden. Je nach Belastungssituation und Drehzahl können sich die Lagerkoeffizienten stark ändern, sodass ein anderes Systemverhalten vorliegt. Zu diesem Zweck ermittelt Tribo-X für jeden Betriebszustand die für das Lager repräsentativen Steifigkeits- und Dämpfungskoeffizienten. Diese lassen sich direkt an die Rotordynamikanalyse in ANSYS übergeben und ermöglichen so die Berücksichtigung drehzahl- und lastabhängiger Steifigkeits- und Dämpfungskoeffizienten für weitergehende rotordynamische Untersuchungen.

Lagerverformungen (EHD)

Da Verformungen des Lagers die Schmierfilmausbildung bedingt durch Leichtbau oder hohe Beanspruchungen beeinflussen können, ermöglicht Tribo-X inside ANSYS die Berücksichtigung elastischer Verformungen des Lagers und so die Durchführung einer EHD-Lagerberechnung. Elastische Verformungen können die sich einstellende Spaltgröße speziell bei niedrigen Drehzahlen, hohen Lasten oder geringen Steifigkeiten mit höherer Genauigkeit abbilden und helfen so, das Lagerdesign optimal zu gestalten und Lagerschäden zu vermeiden.

Mischreibung

Bei An- und Auslaufvorgängen, hohen Belastungen und niedrigen Viskositäten durchlaufen hydrodynamische Radialgleitlager das Mischreibungsgebiet.
Für den Mischreibungsübergang sowie im Mischreibungsgebiet selbst, spielen die Oberflächenrauheiten von Lager und Welle eine große Rolle. Tribo-X inside ANSYS berücksichtigt die Rauheiten von Lager und Welle und ermöglicht so die vollständige Berechnung einer Stribeckkurve.

Kavitation & Tragfähigkeit

Im divergenten Schmierspalt eines Radialgleitlagers kann Kavitation entstehen. Diese muss mit geeigneten Algorithmen beschrieben werden, wenn die Gleitlagerkoeffizienten oder die Wärmebilanz des Lagers richtig berechnet werden sollen. Tribo-X beinhaltet ein Kavitationsmodell, das auftretende Kavitation adäquat abbildet und eine hohe Aussagegüte mit hoher Berechnungsgeschwindigkeit kombiniert.

Parameterstudien

Durch die vollständige Integration der Gleitlagerberechnung mit Tribo-X in ANSYS lassen sich bequem Parameterstudien durchführen. Der durchgehende Arbeitsprozess erlaubt die simultane Variation der Materialkenngrößen, Designparameter sowie Betriebsgrößen des Gleitlagers. Durch die hohe Performance des Solvers ergeben sich sehr kurze Rechenzeiten, was eine ganzheitliche Optimierung des Systems Welle-Lager- Gehäuse ermöglicht.

Partnervorstellung Tribo Technologies GmbH

Durch die Kooperation von CADFEM und Tribo Technologies profitieren Sie von der Bündelung des Know How‘s und Wissens auf allen Seiten. Dieses Wissen haben wir für Sie in dem gemeinsamen Produkt Tribo-X inside ANSYS vereint.

Tribo Technologies ist eine Ausgründung des Lehrstuhls für Maschinenelemente und Tribologie der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und bietet Simulationssoftware sowie innovative Simulations-, Prüf- und Entwicklungsdienstleistungen im Bereich der Tribologie an. Tribo Technologies verfolgt das Ziel, die jeweils neuesten Erkenntnisse und Entwicklungen aus der Tribologieforschung in die Praxis zu überführen. Um dies zu gewährleisten besteht eine enge Verzahnung zur Universität Magdeburg, zu weiteren nationalen und internationalen Forschungseinrichtungen sowie vielen Industriepartnern.

www.tribo-technologies.com

eCADFEM – Simulation on Demand

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Seminare zu ANSYS & CAE

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