动压轴承实验.docx

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一、试验目的
1、液体动压轴承油膜压力径向分布曲线的测定
3、液体动压轴承摩擦特征曲线的测定
二、试验系统
1、试验系统构造
该试验机构中滑动轴承局部的构造简图如以下图。
1、电机，2、皮带，3、摩擦力传感器，4、压力传感器：测量轴承外表油膜压力，共 7 个 F1~ F7，5、轴瓦，6、加载传感器：测量外加载荷值，8、转速传感器：测量主轴转速，7、主轴，9、油槽，10、底座，11、面板，2、调速旋钮： 把握电机转速。
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；当润滑油布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。
三、试验原理及测试内容
1、试验原理
滑动轴承形成动压润滑油膜的过程如图 3 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△使轴颈与轴承的协作面之间形成楔形间隙，其间布满润滑油。由于润滑油具有粘性而附着于零件外表的特性，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，如图 3〔b〕 所示。由于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渐渐变小，润滑油分子间相互挤压，从而油层中必定产生流体动压力， 它力图挤开协作面，到达支承外载荷的目的。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
min
的中心连线上。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：
l = h ´ n
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。 p =

F
r Nmm2 。
Bd
Fr 是轴承承受的径向载荷；d 是轴承的孔径，本试验中，d= 70mm；B 是轴承有效工作长度，对本试验轴承，取 B=125mm。
图 4 摩擦特性曲线〔Stribeck 曲线〕
如图 2 所示，在轴瓦中心引出一压力传感器 10，用以测量轴承工作时的摩
擦力矩，进而换算得摩擦系数值。对它们分析如图 5 ：
∑F* r = N*L
∑F=f*F
式中：∑F ——圆周上各切点摩擦力之和 ∑F=F1+F2+F3+F4+…
r ——圆周半径
N ——压力传感器测得的力
L ——力臂
F ——外加载荷力
f ——摩擦系数所以实测摩擦系数公式：
N * L
f= F * r
〔1〕
图 5 轴径圆周外表摩擦力分析
四、试验操作步骤
〈一〉系统启动
开启电脑，点击“轴承试验台II”图标，进入ZCS－II 型 液体动压轴承试验台
系统“油膜压力分布试验”主界面如图 6。
图 6 油膜压力分析试验主界面
〈二〉油膜压力测试试验
滑动轴承试验系统“油膜压力分布试验”主界面如图 6： 1、 系统复位
放松加载螺杆，确认载荷为空载，将电机调速电位器旋钮逆时针旋到底即零转速。顺时针旋动轴瓦前上端的螺钉，将轴瓦顶起将油膜放净，然后放松该螺钉， 使轴瓦和轴充分接触。
点击“复位”键，计算机采集 7 路油膜压力传感器初始值，并将此值作为“零点”储存。
2、 油膜压力测试
点击“自动采集”键，系统进入自动采集状态，计算机实时采集7 路压力传感器、试验台主轴转速传感器及工作载荷传感器输出电压信号，进展“采样-处理-显示”。渐渐转动电机调速电位器旋钮启动电机，使主轴转速到达试验预定值
〔一般 n≤300vpm〕。
旋动加载螺杆，观看主界面中轴承载荷显示值，当到达预定值后即可停顿调整。
观看 7 路油膜压力显示值，待压力值根本稳定后点击“提取数据键”，自动采集完毕。主界面上即保存了相关试验数据。
3、 自动绘制滑动轴承油膜压力分布曲线
点击“实测曲线”键计算机自动绘制滑动轴承实测油膜压力分布曲线。点击
“理论曲线”键计算机显示理论计算油膜压力分布曲线。
4、 手工绘制滑动轴承油膜压力分布曲线
依据测出的油压大小按确定比例手动绘制油压分布曲线，如图7 所示。具体画法是沿着圆周外表从左向右画出角度分别为：24°，46°，68°，90°，112°， 134°，156°等分,得出压力传感器 1,2,3,4,5,6,7 的位置,通过这些点与圆心连线,在它们的延长线上,将压力传感器测出的压力值,按 :5mm 的比例画出压力向量 1-1′，2-2′，…7-7′。试验台压力传感器显示数值的单位是大气压
〔1 大气压=1kgf/mm2〕，换算成国际单位值的压力值〔1kgf/mm2=〕。经 1′， 2′…7′各点连成平滑曲线，这就是位于轴承宽度中部的油膜压力在圆周方向的分布曲线。
图 7 径向压力分布与承载量曲线
要求：该试验做两组〔试验报告画两个图〕
转速〔r/m〕
载荷〔N〕
1、
100
100
2、
300
300
〈三〉摩擦特性测试试验
F
滑动轴承的摩擦特性曲线见图 4。参数η为润滑油的动力粘度，润滑油的粘度受到压力与温度的影响，由于试验过程时间短，润滑油的温度变化不大；润滑油的压力一般低于 20MPa，因此可以认为润滑油的动力粘度是一个近似常数。依据查表可得 N46 号机械油在 20°C 时的动力粘度为 ·s。n 为轴的转速， 是一个试验中可调整的参数。轴承中的平均比压可用下式计算：
p = r
Bd
在试验中，通过调整轴的转速n 或外加轴承径向载荷 Fr，从而转变
l = h ´ n
P ，
将各种转速 n 及载荷 Fr 所对应的摩擦力矩测出由〔1〕求得出摩擦系数 f 并画出f-n 及 f-Fr 曲线。
1、载荷固定，转变转速
确定试验模式
翻开轴承试验主界面，点击“摩擦特性试验”进入摩擦特性试验主界面如图 8 所示。
图 8 滑动轴承摩擦特性试验主界面
点击图 9 中“实测试验”及“载荷固定”模式设定键，进入“载荷固定”试验模式。
系统复位
放松加载螺杆，确认载荷为空载，将电机调速电位器旋钮逆时针旋到底即零转速。顺时针旋动轴瓦前上端的螺钉，将轴瓦顶起将油膜放净，然后放松该螺钉，使轴瓦和轴充分接触。点击“复位”键，计算机采集摩擦力矩传感器当前输出值，并将此值作为“零点”保存。
数据采集
系统复位后，在转速为零状态下点击“数据采集”键，渐渐旋转试验台加载螺杆，观看数据采集显示窗口，设定载荷为 100-200N。渐渐转动电机调速电位器旋钮并观看数据采集窗口，采集完数据后点击“完毕采集”键完成数据采集。
绘制测试曲线
点击“实测曲线”计算机依据所测数据自动显示 f-n 曲线。点击“理论曲线”计算机按理论计算公式计算并显示 f-n 曲线。进展比较。
2、 转速固定 转变载荷
确定试验模式
操作同载荷固定转变转速模式确定一节，并在图 8 中设定为“转速固定” 试验模式。
系统复位
同上操作
数据采集
点击“数据采集”键，在轴承径向载荷为零状态下，渐渐转动调速电位器旋钮，观看数据采集显示窗口，采集数据后点击“完毕采集”键，完成数据采集。
绘制测试曲线
方法同上节，可显示或打印输出实测f-F 曲线及理论 f-F 曲线。进展比较。
要求：该试验固定载荷与固定转速各一组〔试验报告画两个图〕
1、固定载荷 100N
转速〔r/m〕 0 50 100 150 200 250 300 350 400
2、固定转速 350r/m
载荷〔N〕 50 100 150 200 250 300 350 400 450
〈四〉留意事项
在开机做试验之前必需首先完成以下几点操作，否则简洁影响设备的使用寿命和精度。
在启动电机转动之前请确认载荷为空，即要求先启动电机再加载。
在一次试验完毕后马上又要重开头试验时请顺时针旋动轴瓦上端的螺 钉，顶起轴瓦将油膜先放干净，同时在软件中要重复位〔这很重要！〕， 这样确保下次试验数据准确。
由于油膜形成需要一小段时间，所以在开机试验或在变化载荷或转速后请待其稳定后〔一般等待 5～10s 即可〕再采集数据。
在长期使用过程中请确保试验油的足量、清洁；油量缺乏或不干净都会影响试验数据的精度，并会造成油压传感器堵塞等问题。
五、思考题
1、为什么油膜压力曲线会随转速的转变而转变？
2、为什么摩擦系数会随转速的转变而转变？
3、哪些因素会引起滑动轴承摩擦系数测定的误差？