实验二  液体动力润滑径向滑动轴承承载能力测试实验

一、实验项目名称

实验项目名称：液体动力润滑径向滑动轴承承载能力测试实验

二、实验目的

（1） 了解滑动轴承中形成流体动压润滑；

（2） 掌握测定油膜压力分布曲线，并用图解积分求油膜承载能力的方法；

（3） 了解影响油膜承载能力的因素；

三、实验内容

（1） 测定和绘制径向滑动轴承径向油膜压力曲线，求轴承的承载能力。

（2） 观察载荷和转速改变时油膜压力的变化情况。

（3） 观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况。

四、实验仪器与设备

采用ZCS-Ⅱ型液体动压轴承实验台。

五、实验基本原理

根据液体动压润滑的雷诺方程，从油膜起始角φ₁到任意角φ的理论油膜压力为：

式中：P_φ——任意位置的压力（Pa）；

      η ——油膜黏度；

      ω ——主轴转速（r/s）；

      ψ ——相对间隙，ψ=（D-d）/d，D为轴承孔直径，d为轴径直径

      φ ——油压任意角

      φ₀ ——最大压力处极角

      φ₁ ——油膜起始角

      χ ——偏心率，χ=2*e/(D-d)，e为偏心距

    实测油膜压力由7个压力传感器测量轴瓦表面每隔22度角处的七点油膜压力值。

六、实验方法与步骤

1、  实验准备工作  

（1）       打开实验台系统软件，选择标定，恢复出厂标定，输入当前产品序号，如标有9的序号为100009，选择串口1；

（2）       确认载荷、速度为空，打开实验台电源开关；

（3）       一次实验结束后马上又要重新开始实验时，请用轴瓦上端的螺栓旋入顶起轴瓦将油膜先放干净，同时在软件中重新复位，确保下次实验数据准确；

2、  油膜压力测试

（1）       击“自动采集”，将电机速度旋转到200r/min左右，然后慢慢加载到1800N，观察油膜压力采集七点参数值，点击“提取数据”；

（2）       点击“实测曲线”作出测得的7个压力值之曲线，点击“理论曲线”作出理论压力曲线，对两者进行比较；

（3）       点击“结果显示”，显示轴承平均压力、轴承pv值、油膜最小厚度；

（4）       点击“打印”，将油膜压力实验结果打印出来。

七、实验数据处理

1油膜压力

转速 n=226r/min  载荷F=1874N    轴承直径d=70mm  轴承宽度B=125mm   

轴承平均压力p=F/dB=1874/（70*125）=0.211MPa

轴承许用压力：8MPa    实际PV=p*∏*dn/(50*1000)=0.1747MPa*m/s

轴承许用PV值：15MPa

压力分布测试曲线图

八、实验结果分析

在一定范围内，轴承所受压力越大，油膜压力也越大，超过后，油膜压力逐渐减少

第二篇：液体动压润滑径向轴承油膜压力和特性曲线

        液体动压润滑径向轴承油膜压力和特性曲线

（一）  HZ—Ⅰ型试验台

    一. 实验目的

    1. 观察滑动轴承液体动压油膜形成过程与现象。

    2. 掌握油膜压力、摩擦系数的测量方法。

1.       1.       按油压分布曲线求轴承油膜的承载能力。

    二. 实验要求

    1. 绘制轴承周向油膜压力分布曲线及承载量曲线，求出实际承载量。

2. 绘制摩擦系f 与轴承特性 l 的关系曲线。

    三. 液体动压润滑径向滑动轴承的工作原理

    当轴颈旋转将润滑油带入轴承摩擦表面时，由于油的粘性作用，当达到足够高的旋转速度时，油就被带入轴和轴瓦配合面间的楔形间隙内而形成流体动压效应，即在承载区内的油层中产生压力。当压力与外载荷平衡时，轴与轴瓦之间形成稳定的油膜。这时轴的中心相对轴瓦的中心处于偏心位置，轴与轴瓦之间处于完全液体摩擦润滑状态。因此这种轴承摩擦小，寿命长，具有一定吸震能力。

液体动压润滑油膜形成过程及油膜压力分布形状如图8-1所示。

    滑动轴承的摩擦系数 f是重要的设计参数之一，它的大小与润滑油的粘度h (Pa×s)、轴的转速n (r/min)和轴承压力p (MPa)有关，令

                                                                       （1）

式中：l — 轴承特性数

观察滑动轴承形成液体动压润滑的过程，摩擦系数f随轴承特性数 l 的变化如图8-2所示。图中相应于f值最低点的轴承特性数 lc称为临界特性数，且 lc以右为液体摩擦润滑区，lc以左为非液体摩擦润滑区，轴与轴瓦之间为边界润滑并有局部金属接触。因此f值随 l 减小而急剧增加。不同的轴颈和轴瓦材料，加工情况、轴承相对间隙等，f—l曲线不同，lc也随之不同。

 

     四. HZ —I 型试验台结构和工作原理

    HZ—I型结构如图8-3所示：

    1. 轴与轴瓦

    轴4通过滚动轴承安装在支座上。轴瓦2压在轴上。在轴瓦中间截面处，沿半圆周均布有7个小孔，分别与压力表相联，轴瓦小孔分布如图8—4所示。

    2. 加载系统

    由砝码12，通过由构件7、8、9、10、11组成的杠杆系统，及由构件5、6、14、15组成的平行四边形机构，将载荷加在轴承上。则轴承载荷为

             F = iG+Go  N                                         （2）

式中： G — 砝码力（N）；

       i — 加载系统杠杆比；

       Go — 杠杆系统及轴瓦自重作用的初始载荷（N）。

 

    3. 传动系统

    由直流电动机，通过V带传动，驱动轴逆时针转动。直流电动机用硅整流电源实现无级调速。

4. 供油方法

    轴转动时，将润滑油均匀地带到轴与轴瓦之间的楔形间隙中，形成动压油膜。

5. 测摩擦力装置

    轴转动时对轴瓦产生周向摩擦力矩f×F×d/2使构件15翻转。由固定在构件15上的百分表16测出弹簧片在百分表处的变形量。作用在杆13上的支点反力Q与弹簧片的变形量成正比。可根据变形测出的反力Q，进而可推算出摩擦系数f。

    6. 摩擦状态指示装置

图8-5为摩擦状态指示电路。将轴与轴瓦串联在指示灯电路中，当轴与轴瓦之间被润滑油完全分开，即处于液体摩擦状态时，指示灯灭，当轴与轴瓦之间为非液体摩擦状态时，指示灯亮或闪动。

    五.轴承性能参数

    轴颈直径d =70 mm

    轴瓦宽度B =75 mm

    轴瓦材料为青铜，配合表面粗糙度Ra 6.3 mm       

    轴径材料为45钢，配合表面粗糙度Ra 3.2 mm        

    润滑油牌号为30号机械油

    油的粘度 h = 0.027 Pa×s

    初始载荷（轴瓦、压力计等自重） Go = 500 N

    测力计刚度系数 K = 0.03

    测力杆力臂长度L = 400 mm

    加载系统杠杆比i = 75

    加载范围G =（10~80）N

调速范围n = 0~1500 r/min

    六.实验步骤和操作方法

    1. 准备工作

    （1） 检查试验台，使各个机件处于完好状态；

    （2）接通电源，将调速旋纽置“0”。按启动纽（绿色），绿灯亮。旋转调速旋纽，则可启动电机；      

    （3）在箱体内注入足够量的经过过滤的30号机械油；

    （4）去掉加载砝码12，试验机方能启动和停止；

    （5）在弹簧端部安装百分表16，使其触头与底座接触并有一定预压力；

    （6）禁止用手按砝码盘，以保护加载刀口。

    2. 实验内容

    （1）观察动压油膜的形成过程与现象；

    动压油膜形成过程的现象，通过摩擦状态指示灯来观察，如图8-5所示。接通电源，当轴静止时，轴与轴瓦是接触的，指示灯亮。

当轴缓慢转动时，轴把油带入轴与轴瓦之间，形成极薄的边界油膜，由于油为绝缘体，使金属接触面积减小，因而指示灯亮度变暗或闪动。   

当轴转速提高时，轴与轴瓦之间形成压力油膜，将轴与轴瓦分开，指示灯熄灭。此时处于液体摩擦状态，形成动压油膜。

    （2） 测摩擦系数f；

    a. 百分表置“0”。

    b. 将试验机调到最高转速。依次记录不加砝码和加一至八个砝码时百分表的读数，再记下依次减去砝码时百分表的读数。

    c. 加二至三个砝码，依次记录转速为100、200、300、400、500、600 r/min的百分表的读数。再依次降速，记录百分表的读数。

    （3） 测油膜压力分布。

将试验机调到最高转速，加六至八块砝码在形成液体摩擦状态时，记录各压力表的读数于表1中。

    七.绘制滑动轴承的特性曲线和压力分布曲线

    1. 摩擦特性曲线

滑动轴承的摩擦系数是润滑油粘度 h、轴的转速n、轴承压力p的函数，l 值称为滑动轴承的特性系数。其最小值是液体摩擦和非液体摩擦的临界点。其特性系数l

由式(8)求出，轴承压力p由下式表示：

                           

 MPa                            （3）

   

   计算出不同压力及转速下的摩擦系数，在坐标纸上以 l 为横坐标，f为纵坐标绘制f—l曲线，如图8-2所示。

f由下式计算：

                                               （4）

                             Q = K´Qo                                 （5）

式中：Q₀ — 为百分表读数，格（1格=0.01 mm）。

    2. 绘制轴承周向油膜压力分布曲线与承载量曲线。

    当形成压力油膜后，压力表稳定在某一位置时，表中读数即表示轴承该点之周向油膜压力。由左向右即为1、2、~7号压力表，然后依次将各压力表的压力值记录在表1中。根据测出的压力大小按一定的比例绘制周向油膜压分布曲线，如图8-6所示。具体画法是：以轴径d作一个圆，取中线为0—0水平线，沿着上半圆从左向右画出角度分别为：22 °30´、45°、67° 30´、90°、112° 30´、135°、157° 30´等分，得出油孔点1、2、3、4、5、6、7位置。通过这些点与圆心连成径向线，在它们延长线上，将压力表测出的压力值按比例（比例：0.1 MPa =1cm）画出压力向量1—1'、2—2'、…7—7'。将1' 、2'、….7'各点连成光滑曲线，这就是位于轴承中部截面的周向油膜压力分布曲线。

    为了确定轴承承载量，可以用图解法确定轴承中间剖面上的平均单位压力P_m值。作图如下：将图8-6上部圆周上各点0、1、2、……7、8投影到0^¢—0^¢水平直线上（见图8-6下部）得到0、1、2、……7、8点，在相应点的垂线上标出对应压力值在垂直方向的分量，从而在垂线上得到0、1^²、2^²、3^²……7^²、8,将各点连成光滑曲线即为承载量曲线。用数方格方法求出此曲线所围的面积，与在纵向上取P_m 值使其与0—8所围的矩形面积相等，此P_m 值经原比例换算后既为轴承中间剖面上的平均单位压力。

轴承处在液体摩擦工作状态时，轴承内油膜的承载量可用下式求出：

        P = k× P_m×B×d  N                                             （6）

式中：k为轴瓦在宽度方向的端泄对油膜压力的影响系数。

一般认为轴向油压近似呈二次抛物线规律分布，k=2/3 。将求得的载荷P与实际载荷F加以分析比较。    

八. 实验报告