滑动轴承实验指导及实验报告

滑动轴承实验指导及实验报告一、

实验目的观察径向滑动轴承液体动压润滑油膜的形成过程和现象；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；观察载荷和转速改变时油膜压力的变化情况；观察径向滑动轴承油膜的轴向阳花压力分布情况；了解径向滑动轴承的摩擦系f的测量方法和摩擦特性曲线和绘制方法。二、

实验台的构造与工作原理

实验台的构造如图11.1所示。其主要技术规格及参数如下：

接入电源：220V，50Hz；

直流电动机功率：335W（配置PWM直流调速电源）；

无级调速：0~1500RPM；

O型三角带：L=900mm；

载荷传感器：精度1%，加载范围0~100kg；

百分表：精度0.01mm，量程0~10mm；

油压表：精度2.5级，量程0~0.4Mpa；

实验轴瓦：内直径d=60mm，有效长度B=110mm，光洁度，材料ZQSn6-6-3；

主轴轴承加载范围：0~100kg；

主轴调速范围：3~375RPM；

测力杆上测力点与轴承中心距离：L=120mm；

测力计标定值：K=0.098N/格；

实验台外形尺寸：530×470×500（长×宽×高）；

实验台重量：52kg。（

1-直流电机，2-V带传动，3-箱体，4-轴，5-轴瓦

6-压力表，7-加载装置，8-弹簧片，9-测力计（百分表）

）图11.1

滑动轴承实验台

实验台的传动装置

由直流电动机1通过V带传动2驱动轴沿顺时针（面对实验台面板）方向转动，由无级调速器实现轴4的无级调速。本实验台轴的转速范围3～500转/分，轴的转速由数码管直接读出。轴与轴瓦间的油膜压力测量装置轴的材料为45号钢，经表面淬火、磨光，由滚动轴承支承在箱体3上，轴的下半部浸泡在润滑油中，本实验台采用的润滑油的牌号为N68（即旧牌号的40号机械没），该油在20℃时的动力粘度为0.34Pa。So轴瓦的材料为铸锡铅青铜，牌号为ZCuSn5Pb5Zn5(即旧牌号和ZQSn6-6-3)。在轴瓦的一个径向平面内沿圆周钻有7个小孔，每个小孔沿圆周相隔20°，每个小孔联接一个压力表，用来测量该径向平面内相应点的油膜压力，由此可绘制出径向油膜压力分布曲线。沿轴瓦的一个轴向阳花剖面装有两个压力表，用来观察有限长滑动轴承沿轴向的油膜压力情况。加载装置油膜的径向压力分布曲线是在一定的载荷和一定的转速下绘制的。当载荷改变或轴的转速改变时所测出的压力值是不同的，所绘出的压力分布曲线的形状也是不同的。转速的改变方法于前所述。本实验台采用螺旋加载（见图1），转动螺旋即可改变载荷的大小，所加载荷的值通过传感器数字显示，直接在实验的操纵板上读出（取中间值）。这种加载方式的主要优点是结构简单、可靠性高，使用方便，载荷的大小可任意调节。摩擦系数f测量装置径向滑动轴承的摩擦系数f随轴承的特性，系数ηn/p值的改变而改变（η—油的动力粘度，n—轴的转速，p—压力，p=W/Bd，W—轴上的载荷，B—轴瓦的宽度，d—轴的直径，本实验台B=125mm，d=70mm），如图11.2所示。

在边界摩擦时，f随ηn/p的增大而变化很小（由于n值很小，建议用手慢慢转动轴），进入混合摩擦后，ηn/p的改变引起f的急剧变化，在刚形成液体摩擦时f达到最小值，此后，随ηn/p的增大油膜厚度变随之增大，因而f亦有所增大。

摩擦系数f之值可通过测量轴承的摩擦力矩而得到。轴转动时，轴对轴瓦产生周向阳花摩擦力F，其摩擦力矩为F·d/2，它供轴瓦5翻转，其翻转力矩通过固定在弹簧片上的百分表9测出弹药簧片的变形为Δ，经过以下计算就可得到摩擦系数f之值。根据力矩平衡条件得：Fd/2=LQ。式中：L—测力杆的长度（本实验台L=120mm），Q—作用在A处的反力。

设作用在轴上的外载荷W，则：f=F/W=2LQ/Wd而Q=KΔ（K—测力计的刚度系数N/格，见实验台使用说明书主要技术参数的说明）。

所以，f=2LKΔ/Wd

(式中：Δ—百分表读数（百分表的读数—格数）)图11.2

滑动轴承摩擦特征曲线

5.摩擦状态指示装置

指示装置的原理如图11.3所示。当轴不转动时，可看到灯泡很亮；当轴在很低的转速下转动时，轴将润滑油带入轴和轴瓦之间收敛性间隙内，但由于此时的油膜厚很薄，轴与轴瓦之间部分微观不平度的凸峰高峰处仍在接触，故灯忽亮忽暗；当轴的转速达到一定值时，轴与轴瓦之间形成的压力油膜厚度完全遮盖两表面之间微观不平度的凸峰高度，油膜完全将轴与轴瓦隔开，灯泡就不亮了。图11.3

摩擦状态指示装置三、

实验方法与步骤绘制径向油膜压力分布曲线与承载曲线1)

首先按下电源开关，接通电源自锁，无油膜指示灯亮，并预热五分钟以上。2)

启动电机，缓慢旋转主轴调速旋钮，主轴缓慢增速，同时观察各压力表指针逐渐上升，无油膜指示灯熄灭，则表示轴与轴瓦已处于完全液体润滑状态。3)

此时可慢慢旋转外加载螺杆逐渐加载，同时观察各个压力表指针逐渐上升。4)

将主轴调速旋钮旋至设定转速350转/分，数据由显示窗读出（当数据有正负误差时取中间值）。5)

同时加载外螺杆，旋至设定外载荷70kg，数据由显示窗读出（当数据有正负误差时取中间值）。6)

停止调速，观察各压力表数据，待各压力表数值稳定不变后，将数据记录在表11-1中。7)

停机时先卸载，旋转外加载螺杆，脱离加载传感器外加载显示窗显示零。8)

接着旋转主轴调速旋钮使主轴逐渐停止转动，主轴转速显示窗显示零。9)

按下电源开关按钮，关断电源。10)

根据测出的各压力表的压力值按一定比例绘制出油压分布曲线与承载曲线，如图11.4所示。此图的具体画法是：沿着圆周表面从左到右画出角度分别为30°、50°、70°、90°、110°、130°、150°等分别得出油孔点1、2、3、4、5、6、7的位置。通过这些点与圆心Ｏ连线，在各连线的延长线上，将压力表（比例：0.1MP=5mm）测出的压力值画出压力线1—1’、2—2’、3—3’,……7—7’。将1’,2’,……7’各点连成光滑曲线，此曲线就是所测轴承的一个径向截面的油膜径向压力分布曲线。表11-1

压力值数据记录表（压力表1-7延轴瓦径向依次从左向右排列，压力表8在轴瓦左侧）

为了确定轴承的承载量，用

Pisinφi(

=1,2……7)求得向量1—1’,2—2’,3—3’,……7—7’在载荷方向（即y轴的投影值。角度φi与sinφi的数值见下表：表11-2

正弦函数表

然后将Pisinφi这些平行于y轴的向量移到直径0—8上。为清楚起见，将直径0—8平移到图6的下部，在直径0’’—8’’上先画出轴承表面上的油孔位置的投影点1’’,2’’,……8’’，然后通过这些点画出上述相应的各点压力在载荷方向的分量，即1’’’,

,2’’’,……7’’’等点，将各点平滑连接起来，所形成的曲线即为在载荷方向的压力分布。图11.4

径向油膜压力分布曲线与承载曲线

用数格法计算出曲线所围的面积。以0’’—8’’线为底边作一矩形，使其面积与曲线所围面积相等。其高P平即为轴瓦中间截面处的Y向平均压力。

轴承处在液体摩擦工作时，其油膜承载量与外载荷平衡轴承内油膜的承载量可有用下式求出：

式中：q：轴承内油膜承载量

ψ：端泄对承载能力影响系数，一般取0.7P平：径向平均单位压力

B：轴瓦宽度

W：外载荷

d：轴的直径2.

测量摩擦系数f与绘制摩擦特征曲线

本实验台设定：外加载荷70kg保持不变，主轴转速：350、240、180、120、80、30、10、5~3转/分。可将不同转速下，杠杆百分表的读书值记入表11-3。表11-3

压力值数据记录表实验步骤如下：1)

先按下电源开关按钮，自锁接通电源，无油膜指示灯亮，并预热五分钟以上。2)

旋转主轴调速旋钮使主轴转动，用左手将轴瓦向左边转动，使轴瓦上的测力杆与测量弹片脱开后，再转动百分表表盘使百分表指针对零“0”。3)

逐渐旋转主轴调速旋钮使主轴增速到设定值350转/分（从显示窗读出），同时旋转加载螺杆，使外加载荷达到70kg（从显示窗