液體動壓潤滑徑向軸承油膜壓力和特性曲線

1、  液體動壓潤滑徑向軸承油膜壓力和特性曲線（二） HZS型試驗臺 一. 實驗?zāi)康?1. 觀察滑動軸承液體動壓油膜形成過程。 2. 掌握油膜壓力、摩擦系數(shù)的測量方法。3. 按油壓分布曲線求軸承油膜的承載能力。  二. 實驗要求 1. 繪制軸承周向油膜壓力分布曲線及承載量曲線，求出實際承載量。 2. 繪制摩擦系f 與軸承特性 l 的關(guān)系曲線。3. 繪制軸向油膜壓力分布曲線   三. 液體動壓潤滑徑向滑動軸承的工作原理 當(dāng)軸頸旋轉(zhuǎn)將潤滑油帶入軸承摩擦表面，由于油的粘性作用，當(dāng)達到足夠高的旋轉(zhuǎn)速度時，油就被帶入軸和軸瓦配合面間的楔形間隙內(nèi)而形成流體動壓效應(yīng)，即在承載區(qū)內(nèi)的

2、油層中產(chǎn)生壓力。當(dāng)壓力與外載荷平衡時，軸與軸瓦之間形成穩(wěn)定的油膜。這時軸的中心相對軸瓦的中心處于偏心位置，軸與軸瓦之間處于液體摩擦潤滑狀態(tài)。因此這種軸承摩擦小，壽命長，具有一定吸震能力。 液體動壓潤滑油膜形成過程及油膜壓力分布形狀如圖8-1所示。 滑動軸承的摩擦系數(shù)f是重要的設(shè)計參數(shù)之一，它的大小與潤滑油的粘度h (Pa×s)、軸的轉(zhuǎn)速n (r/min)和軸承壓力p (MPa)有關(guān)，令  （7）式中：l軸承特性數(shù)觀察滑動軸承形成液體動壓潤滑的過程，摩擦系數(shù)f隨軸承特性數(shù) l 的變化如圖8-2所示。圖中相應(yīng)于f值最低點的軸承特性數(shù) lc稱為臨界特性數(shù)，且 lc以右為液體摩擦潤

3、滑區(qū)，lc以左為非液體摩擦潤滑區(qū)，軸與軸瓦之間為邊界潤滑并有局部金屬接觸。因此f值隨 l 減小而急劇增加。不同的軸頸和軸瓦材料、加工情況、軸承相對間隙等，fl曲線不同，lc也隨之不同。 四. HZSI型試驗臺結(jié)構(gòu)和工作原理 1. 傳動裝置 如圖8-7所示，被試驗的軸承2和軸1支承于滾動軸承3上，由調(diào)速電機6通過V帶5帶動變速箱4，從而驅(qū)動軸1逆時針旋轉(zhuǎn)并可獲得不同的轉(zhuǎn)速。654321 1軸 2試驗軸承 3滾動軸承 4變速箱 5V帶傳動 6調(diào)速電機 圖8-7 傳動裝置示意圖 2. 加載裝置 該試驗臺采用靜壓加載裝置，如圖圖8-8所示。圖中4為靜壓加載板，它位于被試軸承上部，并固定于箱座上，當(dāng)輸入

4、壓力油至加載板的油腔時，載荷即施加在軸承上，軸承載荷為： F = 9.18 (poA+Go) N （8）式中： po 油腔供油壓力，po = 3 kg/cm2 ； A 油腔在水平面上投影面積，A = 60 cm2 ；壓力油7654321L1測力計 2測力桿 3卡板 4加載板5軸 6軸承 7平衡重塊 圖8-8 加載及摩擦力矩測量裝置 Go 初始載荷（包括壓力表、平衡重及軸瓦的自重）Go = 8 kgf 。 3. 摩擦系數(shù)測量裝置 摩擦系數(shù)是通過測量軸承摩擦力矩而得到的。如圖8-8 所示：在軸承6上聯(lián)出一水平測力桿2，當(dāng)軸5旋轉(zhuǎn)后，作用在軸承6上的摩擦力矩，通過測力桿2上的測力計1，測出桿端的Q力

5、，由平衡得：  （9） 則有： （10） 式中：L 測力桿力臂長度 (mm)； d 軸頸直徑 (mm)； Q 測力桿端的平衡力； Q = 0.0098Qo N； Qo 重錘式拉力計讀數(shù) (gf)。 4. 油膜壓力測量裝置(如圖8-9所示) 在軸瓦上半部承載區(qū)、軸瓦寬度的中間剖面上，沿圓周方向均布鉆有7個小孔，每個小孔聯(lián)接一只壓力表（即聯(lián)接17表），當(dāng)軸承形成動壓油膜時，就可以通過壓力表測得周向壓力分布曲線。在軸瓦軸向有效寬度B的1/4處鉆有一個小孔，供聯(lián)接壓力表用（即聯(lián)接表8），這樣根據(jù)軸向壓力分布的對稱原理，可測得軸向壓力分布曲線。圖8-9是軸瓦小孔分布的位置。 765432117

6、 接壓力表 8      B  圖8-9 軸瓦小孔分布示意圖 五. 軸承性能參數(shù)軸頸直徑d = 60 mm軸瓦寬度B = 60 mm軸瓦材料為青銅，配合表面粗糙度 Ra6.3 mm 軸頸材料為45鋼，配合表面粗糙度Ra3.2 mm 相對間隙 （1-1.5） 潤滑油牌號及供油方式 N15機械油循環(huán)供油 油的粘度 h = 0.024 Pa×s 初始載荷 Go = 78 N（8kgf）測力桿力臂長度 L = 150 mm 加載范圍 F = 03000 N調(diào)速范圍 n = 201200 r/min 電動機型號JZT12-4電動機功率 0.8 kW

7、60; 六. 實驗方法及步驟 1. 油膜壓力分布的測定 先用卡板3（見圖8-8）卡住測力桿2，以免測力計損壞。旋動油泵開關(guān)13（見圖8-10）啟動油泵。調(diào)節(jié)溢流閥5和減壓閥3，使供油壓力表2指示值為 0.5 kgf/cm2。將變速箱8的手柄放在低速檔（左斜位置），轉(zhuǎn)動調(diào)速旋鈕11旋至最低速，開啟主電機開關(guān)14和轉(zhuǎn)速控制開關(guān)12，指示紅燈亮。轉(zhuǎn)動調(diào)速旋鈕11，使轉(zhuǎn)速讀數(shù)100200 r/min之間，再將變速手柄扳到高速檔（右斜位置），逐漸升速到600 r/min（800 r/min），調(diào)節(jié)溢流閥5，使加載油腔壓力表指示值為 p0=4 kgf/cm2（軸承載荷F=2432 N），運轉(zhuǎn)幾分鐘待穩(wěn)定后

8、，依次自左至右記錄七只壓力表及軸向壓力表的讀數(shù)。重新調(diào)節(jié)加載油腔壓力p0 =3 kgf/cm2（F=1844 N），待穩(wěn)定后記錄壓力表的值于實驗報告表圖8-1中。2. 摩擦系數(shù) ¦ 及特性系數(shù) l 的測定特性系數(shù)l的獲得主要是測定h、p及n各項參數(shù)。粘度 h 主要根據(jù)軸承平均工作溫度tm來決定。軸承壓力p可根據(jù)軸承載荷確定。轉(zhuǎn)速可從（圖8-10）轉(zhuǎn)速表10上測得。 實驗時，使加載油腔壓力p0 = 4 kgf/cm2 時保持不變，將卡板7（見圖8-8）打開，使測力桿3可以自由轉(zhuǎn)動，依次將主軸轉(zhuǎn)速調(diào)至600、500、400、300、200、100、50r/min，記錄各轉(zhuǎn)速時的測力計讀數(shù)

9、于表2中。由經(jīng)驗得出軸承的平均工作油溫tm 為： tm= 9.32+0.85t1 0C （11）根據(jù)軸承平均油溫可查得粘度 h = 0.024(Pa×S)。151151413121198106432右左57    1試驗軸承箱 2供油壓力表 3減壓閥 4加載油腔壓力表 5液流閥 6油箱 7總開關(guān) 8變速箱 9V帶傳動 10轉(zhuǎn)速表 11轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋紐 12轉(zhuǎn)速控制開關(guān) 13油泵開關(guān) 14主電機開關(guān) 15 調(diào)速電動機 圖8-10 HZSI型試驗總體外觀圖 改變軸承載荷，使加載油腔壓力p0 = 2 kgf/cm2，重復(fù)上速過程,將所測得之¦l曲線與第一次試驗相比

10、較（兩次試驗曲線應(yīng)基本重合）以證明 ¦ 僅與 l 有關(guān)。 測試完畢，應(yīng)注意先卸載、降速再停機。  七. 數(shù)據(jù)處理 1. 繪制軸承周向油膜壓力分布曲線與承載量曲線。0'Pm 0 1 2 3 4 5 6 7 808006'5'4'2'444767'23'131''2''3''4''5''6''7¢'1' 圖8-11周向油膜壓力分布曲線 0'當(dāng)形成壓力油膜后，壓力表穩(wěn)定在某一位置時，表中

11、讀數(shù)即表示軸承該點之周向油膜壓力。由左向右即為1、2、7號壓力表，然后依次將各壓力表的壓力值記錄在表1中。根據(jù)測出的壓力大小按一定的比例繪制周向油膜壓分布曲線，如圖8-11所示。具體畫法是：以軸徑d作一個圓，取中線為00水平線，沿著上半圓從左向右畫出角度為30°、50°、70°、90°、110°、130°、150° 等分，得出油孔點1、2、3、4、5、6、7位置。通過這些點與圓心連成徑向線，在它們延長線上，將壓力表測出的壓力值按比例（比例：0.1MPa =1cm）畫出壓力向量11'、22'、77'。將

12、1' 、 2'.7 '各點連成光滑曲線，這就是位于軸承中部截面的油膜周向壓力分布曲線。如圖8-11所示。 為了確定軸承承載量，可以用作圖法確定軸承中間剖面上的平均單位壓力Pm值。作圖如下：將圖8-11上部圓周上各點0、1、2、7、8投影到0¢0¢水平直線上（見圖8-11下部）得到0、1、2、7、8點，在相應(yīng)點的垂線上標(biāo)出對應(yīng)壓力值在垂直方向的分量，從而在垂線上得到0、1²、2²、3²7²、8點,將各點連成光滑曲線即為承載量曲線。用數(shù)方格方法求出此曲線所圍的面積，與在縱向上取Pm 值使其與08所圍的矩形面積相等，

13、此Pm 值經(jīng)原比例換算后既為軸承中間剖面上的平均單位壓力。軸承處在液體摩擦工作狀態(tài)時，軸承內(nèi)油膜的承載量可用下式求出： P = k´ Pm´B´d （12）式中：k為軸瓦在寬度方向的端泄對油膜壓力的影響系數(shù)。一般認(rèn)為軸向油壓近似呈二次拋物線規(guī)律分布，k=2/3 。將求得的載荷P與實際載荷F加以分析比較。 2. 繪制軸承軸向油膜壓力分布曲線 通過壓力表8可測出軸向B/4處的壓力 p8，用坐標(biāo)紙繪制軸向油膜壓力分布曲線，畫一條水平線取長度00為B = 60mm，在中點4的垂線上按前述比例尺標(biāo)出該點的壓力值為44¢= p4（端點為p4），在距兩端B/4 =15

14、 mm處（即8點）沿垂線方向各標(biāo)出壓力值88¢= p8，軸承兩端壓力為零，0、8¢ 、4¢、8¢、0五點可連成一光滑曲線如圖8-12所示。如果軸向油膜壓力符合拋物線分布規(guī)律，根據(jù)計算，則有p8 =3/4 pmax，其中 pmax = p4，將實測的p8與此值進行分析比較。45884'B8'8'00圖8-12軸向油膜壓力分布曲線       3. 繪制軸承摩擦特性曲線 滑動軸承的摩擦系數(shù)是潤滑油粘度 h，軸的轉(zhuǎn)速n、軸承壓力p的函數(shù)，l 值稱為滑動軸承的特性系數(shù)。其最小值是液體摩擦和

15、非液體摩擦的臨界點。其特性系數(shù) l 由式（7）表示。 記算出不同壓力及轉(zhuǎn)速下的摩擦系數(shù)，在坐標(biāo)紙上以 l 為橫坐標(biāo)，f為縱坐標(biāo)繪制fl曲線，如圖8-2所示。f由式（10）計算。 八. 計算機輔助實驗及數(shù)據(jù)處理 在該軸瓦的上半部沿周向、軸向承載區(qū)測試壓力部位安裝壓力傳感器，設(shè)計一套測試系統(tǒng)，通過A/D轉(zhuǎn)換，編制有關(guān)程序，實現(xiàn)了計算機對油膜壓力實驗數(shù)據(jù)的采集（對于摩擦特性曲線實驗，采用“人機對話”方式輸入實驗數(shù)據(jù)）。然后，利用計算機進行計算和數(shù)據(jù)處理，直接在屏幕上顯示，由打印機打印輸出實驗結(jié)果、實驗數(shù)據(jù)表格、繪制油膜壓力分布和摩擦特性曲線。 實驗裝置的系統(tǒng)框圖如圖8-13所示。 

16、;試驗臺油膜壓力壓力傳感器放大器A/D轉(zhuǎn)換計算機打印輸出結(jié)果軟件軟件      圖8-13計算機輔助實驗框圖  實驗前首先檢查試驗臺壓力傳感器及各設(shè)備聯(lián)接是否正確，然后進行實驗，按規(guī)定要求調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速并加載，待油膜壓力穩(wěn)定后操作機算機。計算機操作步驟如下：1直接雙擊桌面滑動軸承圖標(biāo)。2點擊讀取壓力，然后返回主菜單。3在軸系加載欄填入你所加的載荷（機器面板上的載荷數(shù)）。4在主軸轉(zhuǎn)速欄填入你調(diào)的轉(zhuǎn)速數(shù)。5點擊顯示壓力6在顯示的桌面上點擊計算壓力數(shù)據(jù) 7在顯示的桌面上點擊計算壓力分布圖。 8返回主菜單，進入實驗報告輸出。 九實驗報告

17、0;液體動壓潤滑徑向軸承油膜壓力和特性曲線實驗報告 班級學(xué)號 姓 名 實驗日期 同組人 指導(dǎo)教師 成 績  (一) 實驗?zāi)康?#160;   (二) 軸承簡圖及主要參數(shù)(1) 主要參數(shù)型號軸頸直徑 d = mm軸承寬度 B = mm測力桿力臂長度 L = mm軸瓦材料軸徑材料潤滑油牌號潤滑油粘度 h = Pa×s初始載荷 (或軸瓦、壓力計與自重) Go = N(2) 軸承簡圖        

18、60;      (三) 實驗結(jié)果 (1) 油膜壓力分布測試值 （表1）軸承載荷或砝碼數(shù) (N)軸轉(zhuǎn)速n(r/min) 壓力值（kgf/cm2 ）（壓力表自左自右） 1 2 3 4 5 6 78（軸向） HZS-I                      (2) 軸承摩擦特性曲線測試值及計算值 （表2）第一次測試值 軸轉(zhuǎn)速n(r/min

19、)        軸承載荷或砝碼數(shù)F(N)（G）        測力計百分表讀數(shù)Qo        Q(N)        計算值軸承壓力p(MPa)        摩擦系數(shù)f        特性數(shù)l