ZCSⅡ液体动压轴承实验台指导书.docx

1、ZCS液体动压轴承实验台指导书ZCS- II型 液体动压轴承实验台实验指导书一、 实验目的该实验台用于机械设计中液体动压滑动轴承实验。主要利用它来观察滑动轴 承的结构、测量其径向油膜压力分布、测定其摩擦特征曲线。使用该实验系统可 以方便地完成以下实验：1、 液体动压轴承油膜压力径向分布的测试分析2、 液体动压轴承油膜压力径向分布的仿真分析3、 液体动压轴承摩擦特征曲线的测定4、 液体动压轴承实验的其他重要参数测定：如轴承平均压力值、轴承 PV值、偏 心率、最小油膜厚度等二、 实验系统1、实验系统组成轴承实验台的系统框图如图1所示，它由以下设备组成：轴承实验台轴承实验台的机械结构压力传感器一一共

2、7个，用于测量轴瓦上油膜压力分布值力传感器一一共1个，测量外加载荷值转速传感器一一测量主轴转速力矩传感器一一共1个，测量摩擦力矩单片机PC机打印机2、实验系统结构该实验机构中滑动轴承部分的结构简图如图 2F6跖滑劝轴乐部分直罔1、 电机2、 皮带3、 摩擦力传感器4、 压力传感器：测量轴承表面油膜压力，共 7个F1 F7,5、 轴瓦6、 加载传感器：测量外加载荷值7、 主轴9、 油槽10、 底座11、 面板12、 调速旋钮：控制电机转速试验台启动后，由电机1通过皮带带动主轴7在油槽9中转动，在油膜粘力 作用下通过摩擦力传感器3测出主轴旋转时受到的摩擦力矩；当润滑油充满整个 轴瓦内壁后轴瓦上的7

3、个压力传感器可分别测出分布在其上的油膜压力值； 待稳定工作后由温度传感器t1测出入油口的油温，t2测出出油口的油温。3、实验系统主要技术参数(1)实验轴瓦：内径d = 70mm长度L= 125mm(2)加载范围：01800 N(3)摩擦力传感器量程：50 N 压力传感器量程：01.0 MPa 加载传感器量程：02000 N(6)直流电机功率：355 W(7)主轴调速范围：2500 rpm三、实验原理及测试内容1、实验原理滑动轴承形成动压润滑油膜的过程如图 3 （a）所示。当轴静止时，轴承孔 与轴颈直接接触，如图 3（a）所示。径向间隙使轴颈与轴承的配合面之间形 成楔形间隙，其间充满润滑油。由于

4、润滑油具有粘性而附着于零件表面的特性， 因而当轴颈回转时，依靠附着在轴颈上的油层带动润滑油挤入楔形间隙。 因为通过楔形间隙的润滑油质量不变（流体连续运动原理），而楔形中的间隙截面逐渐 变小，润滑油分子间相互挤压，从而油层中必然产生流体动压力， 它力图挤开配 合面，达到支承外载荷的目的。当各种参数协调时，液体动压力能保证轴的中心 与轴瓦中心有一偏心距e。最小油膜厚度nmin存在于轴颈与轴承孔的中心连线上。 液体动压力的分布如图3（ c）所示。图3液体动压润滑膜形成的过程液体动压润滑能否建立，通常用 f-入曲线来判别。图4中f为轴颈与轴承 之间的摩擦系数，入为轴承特性系数，它与轴的转速 n，润滑油

5、动力粘度n、 润滑油压强p之间的关系为：入为=n n/p式中，n为轴颈转速；n为润滑油动力粘度；P为单位面积载荷。Fr即式中，p= l id; Nmm。 Fr是轴承承受的径向载荷；d是轴承的孔径，本 实验中，d= 70mm; 11是轴承有效工作长度，对本实验轴承，取 I i=125mm如图4，当轴颈开始转动时，速度极低，这时轴颈和轴承主要是金属相接 触，产生的摩擦为金属间的直接摩擦，摩擦阻力最大。随着转速的增大，轴颈表 面的圆周速度增大，带入油楔内的油量也逐渐加多，则金属接触面被润滑油分隔开的面积也逐渐加大，因而摩擦阻力也就逐渐减小。当速度增加到一定大小之后，已能带入足够把金属接触面分开的油量

6、，油 层内的压力已建立到能支承轴颈上外载荷程度， 轴承就开始按照液体摩擦状态工 作。此时，由于轴承内的摩擦阻力仅为液体的内阻力，故摩擦系数达到最小值， 如图4摩擦特性曲线上A点。当轴颈转速进一步加大时，轴颈表面的速度亦进一步增大，使油层间的相对 速度增大，故液体的内摩擦也就增大，轴承的摩擦系数也随之上升。图4摩擦特性曲线(Stribeck曲线)特性曲线上的A点是轴承由混合润滑向流体润滑转变的临界点。 此点的摩擦 系数最小，此点相对应的轴承特性系数称为临界特性系数，以 入。表示。A点之 右，即入入。区域为流体润滑状态；A点之左，即入v入。区域称为边界润 滑状态。根据不同条件所测得的f和入之值，我

7、们就可以作出f-入曲线，用以判别 轴承的润滑状态，能否实现在流体润滑状态下工作。2、油膜压力测试实验(1)理论计算压力 图5为轴承工作时轴颈的位置。根据流体动力润滑的雷诺方程，从油膜起始角 i到任意角的压力为:式中:P ：任意位置的压力 单位：Pa其中D为轴承孔直径，d为轴径直径油压任意角 单位：度0最大压力处极角 单位：度i 油膜起始角 单位：度其中e为偏心距在雷诺公式中，油膜起始角、最大压力处极角o由实验台实验测试得到另一变化参数：偏心率 的变化情况，它由查表得到。具体方法如下:对有限宽轴承，油膜的总承载能力为：式中：F承载能力，即外加载荷 单位：NB 轴承宽度 单位：mmCp承载量系数，

8、见表1IJf图5径向滑动轴承的油压分布由公式（1-2 ）可推出:由公式（1-3）计算得承载量系数Cp后再查表可得到在不同转速、 不同外加载荷 下的偏心率情况。注：若所查的参数系数超出了表中所列的，可用插入值法进行推算。（2）实际测量压力如图2所示，启动电机，控制主轴转速，并施加一定工作载荷运转一定时间 轴承中形成压力油膜后图中代号 2, 3, 4, 5, 7, 8, 9七个压力传感器用于测量 轴瓦表面每隔22度角处的七点油膜压力值，并经A/D转换器送往PC微机中显示 压力值。在实验台配套软件中可以分别作出油膜实际压力分布曲线和理论分布曲线， 比较两者间的差异。3、摩擦特性实验（1）理论摩擦系数

9、理论摩擦系数公式:+0.55- * ；(1-4)摩擦系数轴承平均压力,单位：Pa 随轴承宽径比而变化的系数，对于当 B/d 1 时， =1;- _相对间隙=D -dB/d1 的轴承， = (d/B) 1.5 ;由公式（1-4）可知理论摩擦系数f的 大小与油膜粘度n、转速和平均压力p （也 即外加载荷F）有关。在使用同一种润滑油的 前提下，粘度n的变化与油膜温度有关，由于 不是在长时间工作的情况下，油膜温度变化不 大，因此在本实验系统中暂时不考虑粘度因 素。（2）测量摩擦系数如图2所示，在轴瓦中心引出一压力传 感器10，用以测量轴承工作时的摩擦力矩，进 而换算得摩擦系数值。对它们分析如图 6 :

10、刀 F* r = N*L(1)刀 F=f*FN式中：刀F 圆周上各切点摩擦力之和 刀F=F1+F2+F3+F4,+ r 圆周半径N 压力传感器测得的力L 力臂F 外加载荷力f 摩擦系数所以实测摩擦系数公式: N * L f=F * r(1-5)4、轴承实验中其他重要参数在轴承实验实验中还有一些比较重要的参数概念，以下分别作一一介绍 轴承的平均压力p （单位：MPap=d(1-6)F 外加载荷，NB 轴承宽度，mmd 轴径直径，mmp轴瓦材料许用压力，MPa，其值可查(2)轴承pv值(单位：MPa*m/S轴承的发热量与其单位面积上的摩擦功耗 fpv成正比(f是摩擦系数)，限 制pv值就是限制轴承

11、的温升。F + :* d * n F*nP v= * = 2C. 437 0.7231. 0331.48?1.796 2好Z. 333 二 TST N 冀48.533IS. C3LO工?1.3C. 529 0吒41, 1111. 591.9L2 2. 3TD缶舗 3.68 5.&:68.83113. &1 104.421. 50.61 0.8511.2481.7&32. 2. 63. 242 4. 26& 5. 9479”驱i9. es1佩嗣2Q1763 1 + O9lL4832. t)7二 4誌 2.9313.67： 4. T78 &闊inT09iii a #9六、思考题1为什么油膜压力曲线会随转速的改变而改变？2、 为什么摩擦系数会随转速的改变而改变？3、 哪些因素会引起滑动轴承摩擦系数测定的误差?七、实验报告专业班级 姓名指导老师 日期一实验目的二实验机构及测试原理图三实验步骤四数据和曲线1实验数据记录滑动轴承压力分舟载荷转速斥力表号 |123456L l8Frlnln2Fr2nln2滑功丹虞悴瘵系敌（转速网运.我荷变化）转速 t r/m in)摩擦烽莖乐数in ii/pI3J36