液体动压润滑径向轴承油膜压力和特性曲线

1、  液体动压润滑径向轴承油膜压力和特性曲线（二） HZS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。 2. 掌握油膜压力、摩擦系数的测量方法。3. 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。3. 绘制轴向油膜压力分布曲线   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，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

2、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  （7）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

3、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，fl曲线不同，lc也随之不同。 四. HZSI型试验台结构和工作原理 1. 传动装置 如图8-7所示，被试验的轴承2和轴1支承于滚动轴承3上，由调速电机6通过V带5带动变速箱4，从而驱动轴1逆时针旋转并可获得不同的转速。654321 1轴 2试验轴承 3滚动轴承 4变速箱 5V带传动 6调速电机 图8-7 传动装置示意图 2. 加载装置 该试验台采用静压加载装置，如图图8-8所示。图中4为静压加载板，它位于被试轴承上部，并固定于箱座上，当输入

4、压力油至加载板的油腔时，载荷即施加在轴承上，轴承载荷为： F = 9.18 (poA+Go) N （8）式中： po 油腔供油压力，po = 3 kg/cm2 ； A 油腔在水平面上投影面积，A = 60 cm2 ；压力油7654321L1测力计 2测力杆 3卡板 4加载板5轴 6轴承 7平衡重块 图8-8 加载及摩擦力矩测量装置 Go 初始载荷（包括压力表、平衡重及轴瓦的自重）Go = 8 kgf 。 3. 摩擦系数测量装置 摩擦系数是通过测量轴承摩擦力矩而得到的。如图8-8 所示：在轴承6上联出一水平测力杆2，当轴5旋转后，作用在轴承6上的摩擦力矩，通过测力杆2上的测力计1，测出杆端的Q力

5、，由平衡得：  （9） 则有： （10） 式中：L 测力杆力臂长度 (mm)； d 轴颈直径 (mm)； Q 测力杆端的平衡力； Q = 0.0098Qo N； Qo 重锤式拉力计读数 (gf)。 4. 油膜压力测量装置(如图8-9所示) 在轴瓦上半部承载区、轴瓦宽度的中间剖面上，沿圆周方向均布钻有7个小孔，每个小孔联接一只压力表（即联接17表），当轴承形成动压油膜时，就可以通过压力表测得周向压力分布曲线。在轴瓦轴向有效宽度B的1/4处钻有一个小孔，供联接压力表用（即联接表8），这样根据轴向压力分布的对称原理，可测得轴向压力分布曲线。图8-9是轴瓦小孔分布的位置。 765432117

6、 接压力表 8      B  图8-9 轴瓦小孔分布示意图 五. 轴承性能参数轴颈直径d = 60 mm轴瓦宽度B = 60 mm轴瓦材料为青铜，配合表面粗糙度 Ra6.3 mm 轴颈材料为45钢，配合表面粗糙度Ra3.2 mm 相对间隙 （1-1.5） 润滑油牌号及供油方式 N15机械油循环供油 油的粘度 h = 0.024 Pa×s 初始载荷 Go = 78 N（8kgf）测力杆力臂长度 L = 150 mm 加载范围 F = 03000 N调速范围 n = 201200 r/min 电动机型号JZT12-4电动机功率 0.8 kW

7、60; 六. 实验方法及步骤 1. 油膜压力分布的测定 先用卡板3（见图8-8）卡住测力杆2，以免测力计损坏。旋动油泵开关13（见图8-10）启动油泵。调节溢流阀5和减压阀3，使供油压力表2指示值为 0.5 kgf/cm2。将变速箱8的手柄放在低速档（左斜位置），转动调速旋钮11旋至最低速，开启主电机开关14和转速控制开关12，指示红灯亮。转动调速旋钮11，使转速读数100200 r/min之间，再将变速手柄扳到高速档（右斜位置），逐渐升速到600 r/min（800 r/min），调节溢流阀5，使加载油腔压力表指示值为 p0=4 kgf/cm2（轴承载荷F=2432 N），运转几分钟待稳定后

8、，依次自左至右记录七只压力表及轴向压力表的读数。重新调节加载油腔压力p0 =3 kgf/cm2（F=1844 N），待稳定后记录压力表的值于实验报告表图8-1中。2. 摩擦系数 ¦ 及特性系数 l 的测定特性系数l的获得主要是测定h、p及n各项参数。粘度 h 主要根据轴承平均工作温度tm来决定。轴承压力p可根据轴承载荷确定。转速可从（图8-10）转速表10上测得。 实验时，使加载油腔压力p0 = 4 kgf/cm2 时保持不变，将卡板7（见图8-8）打开，使测力杆3可以自由转动，依次将主轴转速调至600、500、400、300、200、100、50r/min，记录各转速时的测力计读数

9、于表2中。由经验得出轴承的平均工作油温tm 为： tm= 9.32+0.85t1 0C （11）根据轴承平均油温可查得粘度 h = 0.024(Pa×S)。151151413121198106432右左57    1试验轴承箱 2供油压力表 3减压阀 4加载油腔压力表 5液流阀 6油箱 7总开关 8变速箱 9V带传动 10转速表 11转速调节旋纽 12转速控制开关 13油泵开关 14主电机开关 15 调速电动机 图8-10 HZSI型试验总体外观图 改变轴承载荷，使加载油腔压力p0 = 2 kgf/cm2，重复上速过程,将所测得之¦l曲线与第一次试验相比

10、较（两次试验曲线应基本重合）以证明 ¦ 仅与 l 有关。 测试完毕，应注意先卸载、降速再停机。  七. 数据处理 1. 绘制轴承周向油膜压力分布曲线与承载量曲线。0'Pm 0 1 2 3 4 5 6 7 808006'5'4'2'444767'23'131''2''3''4''5''6''7¢'1' 图8-11周向油膜压力分布曲线 0'当形成压力油膜后，压力表稳定在某一位置时，表中

11、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8-11所示。具体画法是：以轴径d作一个圆，取中线为00水平线，沿着上半圆从左向右画出角度为30°、50°、70°、90°、110°、130°、150° 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：0.1MPa =1cm）画出压力向量11'、22'、77'。将

12、1' 、 2'.7 '各点连成光滑曲线，这就是位于轴承中部截面的油膜周向压力分布曲线。如图8-11所示。 为了确定轴承承载量，可以用作图法确定轴承中间剖面上的平均单位压力Pm值。作图如下：将图8-11上部圆周上各点0、1、2、7、8投影到0¢0¢水平直线上（见图8-11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、1²、2²、3²7²、8点,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Pm 值使其与08所围的矩形面积相等，

13、此Pm 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´ Pm´B´d （12）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。 2. 绘制轴承轴向油膜压力分布曲线 通过压力表8可测出轴向B/4处的压力 p8，用坐标纸绘制轴向油膜压力分布曲线，画一条水平线取长度00为B = 60mm，在中点4的垂线上按前述比例尺标出该点的压力值为44¢= p4（端点为p4），在距两端B/4 =15

14、 mm处（即8点）沿垂线方向各标出压力值88¢= p8，轴承两端压力为零，0、8¢ 、4¢、8¢、0五点可连成一光滑曲线如图8-12所示。如果轴向油膜压力符合抛物线分布规律，根据计算，则有p8 =3/4 pmax，其中 pmax = p4，将实测的p8与此值进行分析比较。45884'B8'8'00图8-12轴向油膜压力分布曲线       3. 绘制轴承摩擦特性曲线 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

15、非液体摩擦的临界点。其特性系数 l 由式（7）表示。 记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fl曲线，如图8-2所示。f由式（10）计算。 八. 计算机辅助实验及数据处理 在该轴瓦的上半部沿周向、轴向承载区测试压力部位安装压力传感器，设计一套测试系统，通过A/D转换，编制有关程序，实现了计算机对油膜压力实验数据的采集（对于摩擦特性曲线实验，采用“人机对话”方式输入实验数据）。然后，利用计算机进行计算和数据处理，直接在屏幕上显示，由打印机打印输出实验结果、实验数据表格、绘制油膜压力分布和摩擦特性曲线。 实验装置的系统框图如图8-13所示。 

16、;试验台油膜压力压力传感器放大器A/D转换计算机打印输出结果软件软件      图8-13计算机辅助实验框图  实验前首先检查试验台压力传感器及各设备联接是否正确，然后进行实验，按规定要求调整主轴转速并加载，待油膜压力稳定后操作机算机。计算机操作步骤如下：1直接双击桌面滑动轴承图标。2点击读取压力，然后返回主菜单。3在轴系加载栏填入你所加的载荷（机器面板上的载荷数）。4在主轴转速栏填入你调的转速数。5点击显示压力6在显示的桌面上点击计算压力数据 7在显示的桌面上点击计算压力分布图。 8返回主菜单，进入实验报告输出。 九实验报告

17、0;液体动压润滑径向轴承油膜压力和特性曲线实验报告 班级学号 姓 名 实验日期 同组人 指导教师 成 绩  (一) 实验目的    (二) 轴承简图及主要参数(1) 主要参数型号轴颈直径 d = mm轴承宽度 B = mm测力杆力臂长度 L = mm轴瓦材料轴径材料润滑油牌号润滑油粘度 h = Pa×s初始载荷 (或轴瓦、压力计与自重) Go = N(2) 轴承简图        

18、60;      (三) 实验结果 (1) 油膜压力分布测试值 （表1）轴承载荷或砝码数 (N)轴转速n(r/min) 压力值（kgf/cm2 ）（压力表自左自右） 1 2 3 4 5 6 78（轴向） HZS-I                      (2) 轴承摩擦特性曲线测试值及计算值 （表2）第一次测试值 轴转速n(r/min

19、)        轴承载荷或砝码数F(N)（G）        测力计百分表读数Qo        Q(N)        计算值轴承压力p(MPa)        摩擦系数f        特性数l