液体动压滑动轴承实验.docx

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液体动压滑动轴承实验

CQH-A液体动压滑动轴承实验台

使用说明书

本实验台用于液体动压滑动轴承实验，主要用它来观察滑动轴承的结构，测量其径向油膜压力分布和轴向油膜压力分布，测定其摩擦特征曲线和承载量。

该实验台结构简单、重量轻、体积小、外形美观大方，测量直观准确，运行稳定可靠。

一、实验台结构简介

1.该实验台主要结构见图1所示：

图1滑动轴承试验台结构图

1.操纵面板2.电机3.V带4.轴油压表接头5.螺旋加载杆

6.百分表测力计装置7.径向油压表（7只）8.传感器支承板

9.主轴10.主轴瓦11.主轴箱

2.结构特点

该实验台主轴9由两个高精度的单列向心球轴承支承。

直流电机2通过V带3驱动主轴9，主轴顺时针旋转，主轴上装有精密加工制造的主轴瓦10，由装在底座里的无级调速器实现主轴的无级变速，轴的转速由装在面板1上的左数码管直接读出。

主轴瓦外圆处被加载装置（未画）压住，旋转加载杆5即可对轴瓦加载，加载大小由负载传感器传出，由面板上右数码管显示。

主轴瓦上装有测力杆，通过测力计装置可由百分表6读出摩擦力值。

主轴瓦前端装有7只测径向压力的油压表7，油的进口在轴瓦长度的1/2处。

在轴瓦全长的1/4处装有一个轴向油压表的接头，需要时可用内六角扳手将堵油塞旋出，再装上备用的轴向油压表。

3.实验中如需拆下主轴瓦观察，需按下列步骤进行：

a.旋出外加载传感器插头。

b.用内六角扳手将传感器支承板8上的两个内六角螺钉卸下，拿出传感器支承板即可将主轴瓦卸下。

二、主要技术参数

实验轴瓦：

内直径d=60mm　　

有效长度B=125mm

表面粗糙度1.6（旧标准7）

材料ZCuSn5Pb5Zn5（即旧牌号ZQSn6－6－3）

加载范围0~1000N（0~100kgf）

百分表精度0.01量程0—10mm

油压表精度2.5%量程0～0.6Mpa

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

电机功率：

355W

调速范围：

2～400rpm

实验台总量：

52kg

三、电气工作原理

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图二

1—主轴转速数码管：

主轴转速传感器采集的实时数据。

2—外加载荷数码管：

外加载荷传感器采集的实时数据（kgf）。

3—无油膜指示灯：

用于轴瓦与主轴间润滑油膜状态指示。

4—主轴调速旋钮：

用于调整主轴转速。

5—电源开关:

此按钮为带自锁的电源按钮。

该仪器的转速控制由两部分组成：

一部分为由脉冲宽度调制原理所设计的直流电机调速电源，另一部分为由单片机控制的转速测量及显示电路，以及测转速的红外传感器电路。

调速电源除了能输出直流电机所需的励磁电压和电枢电压外，还能为转速测量及显示电路提供直流电源电压。

转速测量及显示电路有四位LED数码管。

该仪器工作时，如果轴瓦和轴之间无油膜，则很可能烧坏轴瓦，为此人为设计了轴瓦保护电路，如无油膜，油膜指示灯亮。

正常工作时油膜指示灯灭。

该仪器的负载调节控制由三部分组成：

一部分为负载传感器，另一部分为电源和负载信号放大电路，第三部分为负载A/D转换及显示电路。

传感器为柱式力传感器，在轴向布置了两个应变片来测量负载。

负载信号通过测量电路转换为与之成比例的电压信号，然后通过线性放大器放大到最大有1伏以上。

最后该信号送至A/D转换及显示电路，按一定的要求直接显示负载值。

四、电气装置技术性能

1.直流电动机功率：

355W

2.测速部分：

a.测速范围：

2转/分～400转/分

b.测速精度：

±1转/分

3.加载部分：

a.调整范围：

0~1000N（0~100kgf）

b.传感器精度：

±0.2%（读数）

4.工作条件：

a.环境温度：

-10℃～+50℃

b.相对湿度：

≤80%

c.电源：

～220V±10%50Hz

d.工作场所：

无强烈电磁干扰和腐蚀气体。

五、使用步骤

1.开机前的准备：

初次使用时，需仔细参阅本产品的说明书，特别是注意事项。

a.用汽油将油箱清理干净，加入机油（按环境温度选定）至圆形油标中线。

b.面板上调速旋钮逆时针旋到底（转速最低）加载螺旋杆旋至与负载传感器脱离接触。

2.通电后，面板上两组数码管亮（左一转速，右一外加载），调节调零旋钮使负载数码管清零。

3.旋转调速旋钮，使电机在100—300转/分运行，此时油膜指示灯应熄灭。

稳定运行3—4分钟。

4.即可按实验指导书的要求操作。

六、注意事项

1.使用的机油必须通过过滤才能使用，使用过程中严禁灰尘及金属屑混入油。

2.由于主轴和轴瓦加工精度高，配合间隙小，润滑油进入轴和轴瓦间隙后，不易流失，在做摩擦系数测定时，油压表的压力不易回零，为了使表迅速回零，需人为把轴瓦抬起，使油流出。

3.所加负载不允许超过1200N（120kgf），以免损坏负载传感器元件。

4.机油牌号的选择可根据具体环境温度，在10#～30#内选择。

5.为防止主轴瓦在无油膜运转时烧坏，在面板上装有无油膜报警指示灯，完全液体润滑状态正常工作时指示灯熄灭，严禁在指示灯亮时主轴高速运转。

6.为保证轴与轴瓦的精度，实验台应在卸载下启动或停止。

滑动轴承实验指导书

一、实验目的

1.观察径向滑动轴承液体动压润滑油膜的形成过程和现象。

2.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。

3.观察载荷和转速改变时径向油膜压力的变化情况。

4.观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况。

5.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的绘制方法。

二、实验台的构造与工作原理

实验台的构造如图1所示。

图1滑动轴承实验台构造示意图

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）

1.实验台的传动装置

由直流电动机1通过V带2驱动主轴沿顺时针（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。

2.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号机械油），该油在20℃时的动力粘度为0.34PaS0轴瓦5的材料为铸锡铅青铜，牌号为ZCuSn5Pb5Zn5（即旧牌号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。

3.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。

当载何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），转动螺杆即可改变载荷的大小，所加载荷之值通过传感器数字显示，直接在实验台的操纵板上读出（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。

4.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=60mm）如图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的增大油膜厚度亦随之增大，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，轴对轴瓦产生周向摩擦力F，其摩擦力矩为F·d/2，它使轴瓦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。

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）。

∴f=2LKΔ/Wd

Δ—百分表读数（百分表的读数—格数）。

图2

5.摩擦状态指示装置

指示装置的原理如图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3油膜显示装置电路图

三、实验方法与步骤

1.绘制径向油膜压力分布曲线与承载曲线

图4油压分布曲线（上图）油膜承载曲线（下图）

（1）启动电机，将轴的转速逐渐调整到一定值（可取200～300转/分左右），注意观察油膜指示灯亮度的变化情况，待油膜指示灯完全熄灭，此时已处于完全液体润滑状态。

（2）用加载装置加载（约400N）；

（3）待各压力表的压力值稳定后，由左至右依次记录积各压力表的压力值；

（4）卸载、关机；

（5）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4的上图所示。

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，据压力表测出的压力值（比例：

0.1MP=5mm）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。

为了确定轴承的承载量，用Pisinφi（i=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：

φ

30°

50°

70°

90°

110°

130°

150°

sinφi

0.5000

0.7660

0.9397

1.0000

0.9397

0.7660

0.5000

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4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″、″……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。

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：

q=·P平·d·B=W

式中：

q：

轴承内油膜承载量；

：

端泄对承载能力影响系数，一般取0.7；

P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

（1）启动电机，用手使弹簧片8与测力杆（图1中未画）脱开，转动百分表刻盘，使百分表对“0”。

（2）逐渐使电机升速，使轴的转速达到300转/分，拧动螺杆，逐渐加载到700N（70kg·