zcs-ⅱ液体动压轴承实验台指导书09.07.doc

ZCS-Ⅱ,II型液体动压轴承实验台实验指导书一、实验目的该实验台用于机械设计中液体动压滑动轴承实验。主要利用它来观察滑动轴承的结构、测量其径向油膜压力分布、测定其摩擦特征曲线。使用该实验系统可以方便地完成以下实验:1、液体动压轴承油膜压力径向分布的测试分析2、液体动压轴承油膜压力径向分布的仿真分析3、液体动压轴承摩擦特征曲线的测定4、液体动压轴承实验的相关参数的测定二、实验系统1、实验系统组成轴承实验台的系统框图如图1所示,它由以下设备组成:轴数压力传感器计CRT显示器承据力传感器算实采转速传感器验集机打印台器力矩传感器?轴承实验台——轴承实验台的机械结构?压力传感器——共7个,用于测量轴瓦上油膜压力分布值?力传感器——共1个,测量外加载荷值?转速传感器——测量主轴转速?力矩传感器——共1个,测量摩擦力矩?单片机?PC机?打印机2、实验系统结构该实验机构中滑动轴承部分的结构简图如图21、电机2、皮带3、摩擦力传感器4、压力传感器:测量轴承表面油膜压力,共7个F1~F7,5、轴瓦6、加载传感器:测量外加载荷值7、主轴9、油槽10、底座11、面板12、调速旋钮:控制电机转速试验台启动后,由电机1通过皮带带动主轴7在油槽9中转动,在油膜粘力作用下通过摩擦力传感器3测出主轴旋转时受到的摩擦力矩;当润滑油充满整个轴瓦内壁后轴瓦上的7个压力传感器可分别测出分布在其上的油膜压力值;待稳定工作后由温度传感器t1测出入油口的油温,t2测出出油口的油温。3、实验系统主要技术参数(1)实验轴瓦:内径d,70mm长度L,125mm(2)加载范围:0,1800N(3)摩擦力传感器量程:50N(4)压力传感器量程:0,(5)加载传感器量程:0,2000N(6)直流电机功率:355W(7)主轴调速范围:2,500rpm三、实验原理及测试内容1、实验原理滑动轴承形成动压润滑油膜的过程如图3(a)所示。当轴静止时,轴承孔与轴颈直接接触,如图3(a)所示。径向间隙?使轴颈与轴承的配合面之间形成楔形间隙,其间充满润滑油。由于润滑油具有粘性而附着于零件表面的特性,因而当轴颈回转时,依靠附着在轴颈上的油层带动润滑油挤入楔形间隙。因为通过楔形间隙的润滑油质量不变(流体连续运动原理),而楔形中的间隙截面逐渐变小,润滑油分子间相互挤压,从而油层中必然产生流体动压力,它力图挤开配合面,达到支承外载荷的目的。当各种参数协调时,液体动压力能保证轴的中心与轴瓦中心有一偏心距e。最小油膜厚度n存在于轴颈与轴承孔的中心连线上。min液体动压力的分布如图3(c)所示。图3液体动压润滑膜形成的过程液体动压润滑能否建立,通常用f-λ曲线来判别。图4中f为轴颈与轴承之间的摩擦系数,λ为轴承特性系数,它与轴的转速n,润滑油动力粘度η、润滑油压强p之间的关系为:λ=ηn/p式中,n为轴颈转速;η为润滑油动力粘度;p为单位面积载荷。Fr2即式中,p=ld;Nmm。Fr是轴承承受的径向载荷;d是轴承的孔径,本1实验中,d=70mm;l是轴承有效工作长度,对本实验轴承,取l=125mm。11如图4,当轴颈开始转动时,速度极低,这时轴颈和轴承主要是金属相接触,产生的摩擦为金属间的直接摩擦,摩擦阻力最大。随着转速的增大,轴颈表面的圆周速度增大,带入油楔内的油量也逐渐加多,则金属接触面被润滑油分隔开的面积也逐渐加大,因而摩擦阻力也就逐渐减小。当速度增加到一定大小之后,已能带入足够把金属接触面分开的油量,油层内的压力已建立到能支承轴颈上外载荷程度,轴承就开始按照液体摩擦状态工作。此时,由于轴承内的摩擦阻力仅为液体的内阻力,故摩擦系数达到最小值,如图4摩擦特性曲线上A点。当轴颈转速进一步加大时,轴颈表面的速度亦进一步增大,使油层间的相对速度增大,故液体的内摩擦也就增大,轴承的摩擦系数也随之上升。图4摩擦特性曲线(Stribeck曲线)特性曲线上的A点是轴承由混合润滑向流体润滑转变的临界点。此点的摩擦系数最小,此点相对应的轴承特性系数称为临界特性系数,以λ。表示。A点之右,即λ,λ。区域为流体润滑状态;A点之左,即λ,λ。区域称为边界润滑状态。根据不同条件所测得的f和λ之值,我们就可以作出f-λ曲线,用以判别轴承的润滑状态,能否实现在流体润滑状态下工作。2、油膜压力测试实验(1)理论计算压力图5为轴承工作时轴颈的位置。,,根据流体动力润滑的雷诺方程,从油膜起始角到任意角的压力为:1,,,,,*(cos,cos。)d,,P=6η(1-1),1,,2(1,cos)3,,式中:,P——任意位置的压力单位:Paη——油膜粘度ω——主轴转速单位:rad/sD,d,,——相对间隙=d其中D为轴承孔直径,d为轴径直径,——油压任意角单位:度,——最大压力处极角单位:度0,——