径向滑动轴承油膜压力分析
基于有限差分法的径向滑动轴承油膜压力分布计算
Ｂａ ｅ ｎ Ｆｉ ｉｅ Ｄｉ ｅ ｅ ｃ ｅ ｈｏ ｓ ｄ ｏ ｎ ｔ ｆ ｒ ｎ ｅ Ｍ ｔ ｄ
Ｘｉ ａ Ｊｎ ｉｎ ｉｇ Ｗ ａ ａ Ｂ ａ ｌ ｅＦ ｎ ｉｇ Ｊａ ｐｎ ｎ Ｚｈ ｏ ａｉ Ｘｉｏｉ ｎ
（ ｏｅｅ ｆ ｃａｉ ｌ ｎｉ ｅ ｎ ，ｈｎｈｉ ｉ ｔ ｇＵ ｉ ｒ ｔ，ｈｎｈｉ ０ ２０ Ｃ ｉ ） Ｃ ｌ ｇ ｈｎｃ ｇ ｅｒ ｇＳ ａｇａ Ｊ ｏ ｎ ｎｖ ｓｙＳ ａｇａ ２ ０４ ，ｈｎ ｌ ｏ Ｍｅ ａＥ ｎ ｉ ａｏ ｅｉ ａ
实验7 液体动压滑动轴承油膜压力与摩擦仿真及测试分析分解
3）转速对油膜压力的影响 转速越高，单位时间通过载荷作用面的润滑 油就越多，产生的摩擦力就越大，油膜压力就越 大，特别是当转速达到一定值使流体的流动由层 流变为紊流时，承载力会得到显著提高。在转速 升高的同时会使润滑油的温度上升，运动粘度下 降，使油膜压力降低承载能力下降。相比而言， 油温升高带来的油膜压力降低比转速上升带来的 油膜压力升高要小得多。 4）液体动压滑动轴承设计的结构、尺寸，制造 精度，材料选择对动压油膜的产生和压力的大小 都有直接的影响。
实验7 液体动压滑动轴承油膜压 力与摩擦仿真及测试分析
7.1 实验目的
通过在 HSB 型试验台上，对液体动压 轴承进行径向和轴向油膜压力分布及大小的 测量和仿真，对摩擦特性曲线进行测定及仿 真，了解影响液体动压滑动轴承油膜建立及 影响油膜大小各项因素之间的关系。
7.2 实验原理
利用轴承与轴颈配合面之间形成的楔形间
3、滑动轴承油膜压力仿真与测试分析界面
4、滑动轴承摩擦特征仿真与测试分析界面
7.8 实验内容
1．液体动压轴承油膜压力周向分布测试分析
该实验装置采用压力传感器、A/D板采集该 轴承周向上七个点位置的油膜压力，并输入计 算机通过曲线拟合作出该轴承油膜压力周向分 布图。通过分析其分布规律，了解影响油膜压
传感器采集的实时数据。
注：此键仅用于观察和手动纪录各压力传感器采集的数据，软件所
需数据将由控制系统自动发送、接收和处理。
7.7软件界面操作说明
1、由计算机桌面“长庆科教”进入启动界面
2、在图7-7启动界面非文字区单击左键， 即可进入滑动轴承实验教学界面。
操
作
[实验指导]： 单击此键，进入实验指导书。 [进入油膜压力分析]： 单击此键，进入油膜压力及摩擦特性分析。 [进入摩擦特性分析]： 单击此键，进入连续摩擦特性分析。 [实验参数设置]： 单击此键，进入实验参数设置。 [退出]： 单击此键，结束程序的运行，返回WINDOWS界面。
动载径向滑动轴承油膜空穴研究_王小静
收稿日期:2004-06-20基金项目:国家973项目(G 1998020317-412)、上海市科委项目(03QF14019)、上海市教委项目(02A K19)资助。
作者简介:王小静(1970-),女,博士,研究方向:流体动力润滑理论,滑动轴承,微机电系统。
第25卷 增刊太原重型机械学院学报Vol.25 2004年9月J OURNAL OF TAIYUAN HEAV Y MACHIN ER Y INSTITU TESep.2004文章编号:1000-159X (2004)增刊-0033-04动载径向滑动轴承油膜空穴研究王小静1,苏 荭2,陈晓阳1,张直明1(1.上海大学,上海200072;2.安徽工业大学,安徽243002) 摘 要:径向滑动轴承通过动压作用形成动压油膜来承受载荷,在几何间隙发散区会产生油膜空穴,存在油膜空穴区。
油膜空穴的形成对轴承的静动特性有一定影响,而对于载荷变化的动载径向滑动轴承来说影响更为显著。
本文用不可压缩流体空穴算法描述动载径向滑动轴承油膜分布,并在此基础上分析了动载滑动轴承的性能变化。
关键词:空穴;动载;滑动轴承中图分类号:TG 333 文献标识码:A 自从1886年Reynolds 揭示了动压形成机理,推导了著名的雷诺方程以后,滑动轴承被广泛应用于各类旋转机械。
径向滑动轴承在几何间隙发散区会产生油膜空穴,油膜空穴的形成对轴承的静动特性有一定影响,而对于载荷变化的动载径向滑动轴承来说影响更为显著。
油膜空穴的形成和对轴承整体性能的影响具有重要研究意义。
目前,对油膜边界条件的描述最常用的有两种:雷诺边界条件和质量守恒边界条件。
其中,Jakobsson ,Floberg 和Olsson[1][2]提出的质量守恒边界条件是建立在油膜破裂和再形成边界处保持质量守恒的基础上的,与雷诺边界条件相比更为符合实际工况。
它较好地描述了整个润滑流场,认为整个润滑区可分为油膜完整区和空穴区,在油膜完整区雷诺边界条件仍然适用,并假设流体在空穴中以条状形式流动并且与轴承和转子表面均不脱离开,且空穴区内压力为常量。
滑动轴承在线实验报告
一、实验目的1. 了解滑动轴承的工作原理和结构特点。
2. 掌握滑动轴承在线实验的基本操作方法和注意事项。
3. 通过实验，测量滑动轴承的径向和轴向油膜压力分布曲线。
4. 分析实验数据，研究滑动轴承的承载能力和润滑性能。
二、实验原理滑动轴承是一种利用油膜来承受载荷的机械元件，其基本原理是在轴承与轴颈之间形成一层油膜，使两者分离，减少直接接触，从而降低摩擦和磨损。
本实验采用液体动压润滑原理，通过油泵将润滑油送入轴承间隙，形成油膜，实现润滑。
三、实验仪器与设备1. 滑动轴承实验台2. 油泵3. 油压传感器4. 数据采集系统5. 计算机软件四、实验步骤1. 安装实验装置，检查各部件连接是否牢固。
2. 调节油泵出口压力，使油压稳定在设定值。
3. 启动实验台，观察轴承的运行情况。
4. 记录实验数据，包括轴承的转速、载荷、油温等。
5. 使用油压传感器测量轴承的径向和轴向油膜压力分布曲线。
6. 将采集到的数据传输至计算机，进行数据处理和分析。
五、实验结果与分析1. 径向油膜压力分布曲线实验结果显示，轴承的径向油膜压力分布曲线呈抛物线形状，最大压力出现在轴承间隙中心，随着距离中心的增大，压力逐渐减小。
这是因为油泵提供的油压在轴承间隙中心处达到最大，随着距离中心的增大，油膜厚度增加，压力逐渐减小。
2. 轴向油膜压力分布曲线实验结果显示，轴承的轴向油膜压力分布曲线呈线性形状，压力随着轴向距离的增加而增大。
这是因为轴承在轴向受到载荷作用，油膜压力随着轴向距离的增加而增大。
3. 轴承承载能力通过实验数据分析，可以得出轴承的承载能力与轴承间隙、油泵出口压力等因素有关。
当轴承间隙增大时，油膜厚度增加，轴承承载能力提高；当油泵出口压力增大时，轴承承载能力也相应提高。
4. 润滑性能实验结果显示，滑动轴承的润滑性能与轴承间隙、油泵出口压力等因素有关。
当轴承间隙和油泵出口压力适中时，轴承的润滑性能较好，摩擦系数较低。
六、实验结论1. 通过本实验，掌握了滑动轴承在线实验的基本操作方法和注意事项。
滑动轴承实验报告
液体动压滑动轴承实验报告一、 实验目的1、测量轴承的径向和轴向油膜压力分布曲线。
2、观察径向滑动轴承液体动压润滑油膜的形成过程和现象。
3、观察载荷和转速改变时的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、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。
6、了解径向滑动轴承的摩擦系数f 的测量方法和摩擦特性曲线λ的绘制方法。
二、 实验设备及工具 滑动轴承实验台 三、 实验原理1、油膜压力的测量轴承实验台结构如图1所示，它主要包括：调速电动机、传动系统、液压系统和 实验轴承箱等部分组成。
在轴承承载区的中央平面上，沿径向钻有8个直径为1mm 的小孔。
各孔间隔为22.50，每个小孔分别联接一个压力表。
在承载区内的径向压力可通过相应的压力表直接读出。
将轴径直径（d=60mm ）按比例绘在纸上，将1~8个压力表读数按比例相应标出。
（建议压力以1cm 代表5kgf/cm 2）将压力向量连成一条光滑曲线，即得到轴承中央剖面油膜压力分布曲线）。
同理，读出第4和第8个压力表示数，由于轴向两端端泄影响，两端压力为零。
光滑连结0‘，8’，4‘，8’和0‘各点，即得到轴向油膜压力分布曲线。
2、摩擦系数的测量图1 轴承实验台结构图1、操纵面板2、电机3、三角带4、轴向油压传感器接头5、外加载荷传感器6、螺旋加载杆7、摩擦力传感器测力装置8、径向油压传感器（8只）9、传感器支撑板 10、主轴 11、主轴瓦 12、主轴箱径向滑动轴承的摩擦系数f 随轴承的特性系数λ（λ=ηn/p ）值的改变而改变。
在边界摩擦时，f 随λ值的增大而变化很小，进入混合摩擦后，λ值的改变引起f 急剧变化，在刚形成液体摩擦时f 达到最小值，此后，随λ值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Fd2，它能使空套在轴上的轴瓦随轴转动，由于在轴瓦的外表面上固定一个测力杆，测力杆一端与轴瓦连接，另一端与弹簧片接触。
滑动轴承油膜压力分析与测量探究
滑动轴承油膜压力分析与测量探究本文使用滑动轴承测试台，运用PVDF压电薄膜传感器，测定油膜的各个点的压力分布情况，观察油膜形成的动态过程，并在坐标系上绘出其摩擦特效的曲线，从而获取径向的油膜在给点的压力数值，得出所对应的滑动轴承上的载荷数值。
同时，阐述了具体的滑动轴承油膜压力测量与计算过程。
滑动轴承；油膜压力；测量通常我们在滑动轴承油膜压力的分布计算中，会根据已知的一些参数，如油膜粘度值、偏心率、轴颈转速值、供油压力值等数据，在理论计算的基础上，使用仿真软件进行计算即可。
但是在实际中，这种计算方法存在着较大的误差，甚至有可能会出现一些运算结果同实际运行不符的状况，将高分子材料PVDF应用于滑动轴承动态油膜压力测量中，可以获得更加精确测量的试验数据，反应实际情况。
滑动轴承测试台概述进行滑动轴承油膜压力测试的平台，如图1所示，除去T型基座包括的操控板、电动机、三角皮带、螺旋加载杆、传感器支撑板、主轴、主轴瓦以及主轴箱等一般装置外，还包括了弧形零件、激振器、力传感器、压电薄膜传感器。
其中，电机拖动了轴的旋转，且轴承上安装了螺旋加载杆来提供作用力；滑动轴承装有力传感器，其作用主要是测量油膜的压力分布曲线和相关数据信息。
传感器使用PVDF压电薄膜，PVDF作为各向异性材料，其压电特性决定了电荷响应方向，一般为三个方向，长度、宽度和厚度，主要的用力方向在厚度上。
加载外力作用于PVDF薄膜时，表面的上下可以产生极性相反且大小相等的电荷。
在本文中使用的PVDF压电薄膜传感器厚度为28μm，测量面积1.5×1 cm2，在传感器的尾端，采用了压接端子的电荷输出，使得传感器安放在轴承内，仍能保证油膜的形成。
测试原理上，可以通过简单的流程展示：信号发生器→功率放大器→激振器→实验台→力传感器/压电薄膜传感器→数据采集→计算机在测试台的操纵板上，可以检测轴承的转速和载荷情况，加载载荷不同，测试台承受的压力值也会不一样，因此压力传感器会检测到不同的数据，根据传感器传回的数据所绘制的曲线形状由此发生不同变化。
液体动力润滑径向滑动轴承承载能力测试实验
实验二 液体动力润滑径向滑动轴承承载能力测试实验一、实验项目名称实验项目名称：液体动力润滑径向滑动轴承承载能力测试实验二、实验目的（1） 了解滑动轴承中形成流体动压润滑；（2） 掌握测定油膜压力分布曲线，并用图解积分求油膜承载能力的方法；（3） 了解影响油膜承载能力的因素；三、实验内容（1） 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。
（2） 观察载荷和转速改变时油膜压力的变化情况。
（3） 观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况。
四、实验仪器与设备采用ZCS-Ⅱ型液体动压轴承实验台。
五、实验基本原理根据液体动压润滑的雷诺方程，从油膜起始角φ1到任意角φ的理论油膜压力为：ϕϕχϕϕχψωηϕϕϕd P ⎰+-=130*2)cos 1()cos (cos 6 式中：P φ——任意位置的压力（Pa ）；η ——油膜黏度；ω ——主轴转速（r/s ）； ψ ——相对间隙，ψ=（D-d ）/d ，D 为轴承孔直径，d 为轴径直径φ ——油压任意角φ0 ——最大压力处极角φ1 ——油膜起始角χ ——偏心率，χ=2*e/(D -d)，e 为偏心距实测油膜压力由7个压力传感器测量轴瓦表面每隔22度角处的七点油膜压力值。
六、实验方法与步骤1、 实验准备工作（1） 打开实验台系统软件，选择标定，恢复出厂标定，输入当前产品序号，如标有9的序号为100009，选择串口1；（2） 确认载荷、速度为空，打开实验台电源开关；（3） 一次实验结束后马上又要重新开始实验时，请用轴瓦上端的螺栓旋入顶起轴瓦将油膜先放干净，同时在软件中重新复位，确保下次实验数据准确；2、 油膜压力测试（1）击“自动采集”，将电机速度旋转到200r/min左右，然后慢慢加载到1800N，观察油膜压力采集七点参数值，点击“提取数据”；（2）点击“实测曲线”作出测得的7个压力值之曲线，点击“理论曲线”作出理论压力曲线，对两者进行比较；（3）点击“结果显示”，显示轴承平均压力、轴承pv值、油膜最小厚度；（4）点击“打印”，将油膜压力实验结果打印出来。
径向滑动轴承油膜压力分析
Ｋｅ ｒ ｓ：ｒｄａ ｌ ｉｇｂ ａ ｇ ｆ ｍ ｒｓｕｅ Ｍａｌｂ； ｎ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ａ ｌ ｓｉ ｎ ｅｆｎ ； ｌ ｐｅ ｓｒ ； ｔ ｉ ｄ ｉ ａ ｌ ｇｈ—ｄａ ｅｅ ａｉ；ｃ ｅ ｔ ｃｔ ｅ ｉ ｔｒｒｔ ｅ ｃ ｎｒ ｉ ｍ ｏ ｉｙ
径向滑动轴 承是工业 中普遍应用 的轴承 ， 它
（ 北京交通 大学 机械 与电子控制工程 学院， 京 １０４ ） 北 ００ ４
摘要 ： 在差分法的基础上， 采用超松弛迭代法对二维 Ｒｙｏ ｓ ｅ ｌ 方程进行求解 ， ｎｄ 通过 Ｍ ｔｂ ａａ 求得滑动轴承油膜压 ｌ 力的分布曲线 ， 进一步研究了轴承的宽径比、 偏心率对油膜压力分布变化规律的影响。
中的导数， 将方程化为一组代数方程。
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１ １ Ｒ ｙ ｏ ｓ 程求解 原理 ． ｅｎ ｌ 方 ｄ
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滑动轴承的摩擦特性曲线和油膜压力分布
验证性实验指导书实验名称：滑动轴承的摩擦特性曲线和油膜压力分布实验简介：液体动压润滑径向滑动轴承的工作原理是通过轴颈旋转将润滑油带入轴承摩擦表面，因轴颈与轴承具有径向间隙，从而在轴与轴瓦的配合面之间产生楔形间隙，当轴回转时，会带动附在轴上的油层，由于油中分子之间存在附着力（粘度），这一油层也会带来邻近的油层，于是当轴达到足够的回转速度时油就被挤入楔形间隙里。
通过本实验对滑动轴承的摩擦特性及油膜压力分布情况进行验证，进一步巩固所学知识，同时拓宽学生的知识面。
适用课程：机械设计实验目的：A绘出周向和轴向油膜压力分布曲线，以验证其理论分布规律；B绘出轴承摩擦特性曲线，了解在液体润滑状态下摩擦系数与转速、压力之间的关系；C学习测量方法和掌握实验技能。
面向专业：机械类实验项目性质：验证性（课内必做）计划学时： 2学时实验分组：3人/组《机械设计》课程实验实验三滑动轴承的摩擦特性曲线和油膜压力分布液体动压润滑径向滑动轴承的工作原理是通过轴颈旋转将润滑油带入轴承摩擦表面，因轴颈与轴承具有径向间隙，从而在轴与轴瓦的配合面之间产生楔形间隙，当轴回转时，会带动附在轴上的油层，由于油中分子之间存在附着力（粘度），这一油层也会带来邻近的油层，于是当轴达到足够的回转速度时油就被挤入楔形间隙里。
由于通过间隙各径向截面的油量不变（流体连续条件），而间隙的界面逐渐减小，因此在油层中必然产生液体动压力，它总是力图楔开配合面，当油层中压力的大小能够平衡外载荷时，轴就好像浮动一样，这时在轴与轴瓦之间形成了稳定的油层，轴的中心相对轴瓦中心有一个偏距。
液体动压滑动油膜的形成过程及油膜压力分布形状如图3-1所示。
摩擦系数f是设计动压滑动轴承的重要参数之一，它的大小与润滑油粘度η（Pa•S）、轴的转速n(r/min)和轴承压力P(MPa)有关，通常令：λ=η•n/P称λ为轴承特性数。
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λ的变化如图3-2所示。
滑动轴承实验指导书(更新并附实验报告)
滑动轴承实验一、概述滑动轴承用于支承转动零件，是一种在机械中被广泛应用的重要零部件。
根据轴承的工作原理，滑动轴承属于滑动摩擦类型。
滑动轴承中的润滑油若能形成一定的油膜厚度而将作相对转动的轴承与轴颈表面分开，则运动副表面就不发生接触，从而降低摩擦、减少磨损，延长轴承的使用寿命。
根据流体润滑形成原理的不同，润滑油膜分为流体静压润滑(外部供压式)及流体动压润滑(内部自生式)，本章讨论流体动压轴承实验。
流体动压润滑轴承其工作原理是通过韧颈旋转，借助流体粘性将润滑油带人轴颈与轴瓦配合表面的收敛楔形间隙内，由于润滑油由大端人口至小端出口的流动过程中必须满足流体流动连续性条件，从而润滑油在间隙内就自然形成周向油膜压力(见图1)，在油膜压力作用下，轴颈由图l(a)所示的位置被推向图1(b)所示的位置。
图1 动压油膜的形成当动压油膜的压力p 在载荷F 方向分力的合力与载荷F 平衡时，轴颈中心处于某一相应稳定的平衡位置O 1，O 1位置的坐标为O 1(e ，Φ)。
其中e =OO 1，称为偏心距；Φ为偏位角(轴承中心O 与轴颈中心O 1连线与外载荷F 作用线间的夹角)。
随着轴承载荷、转速、润滑油种类等参数的变化以及轴承几何参数(如宽径比、相对间隙)的不同．轴颈中心的位置也随之发生变化。
对处于工况参数随时间变化下工作的非稳态滑动轴承，轴心的轨迹将形成一条轴心轨迹图。
为了保证形成完全的液体摩擦状态，对于实际的工程表面，最小油膜厚度必须满足下列条件：()21min Z z R R S h += （1）式中，S 为安全系数，通常取S ≥2；R z1，R Z2分别为轴颈和铀瓦孔表面粗糙度的十点高度。
滑动轴承实验是分析滑动轴承承载机理的基本实验，它是分析与研究轴承的润滑特性以及进行滑动轴承创新性设计的重要实践基础。
根据要求不同，滑动轴承实验分为基本型、综合设计型和研究创新型三种类型。
（1）掌握实验装置的结构原理，了解滑动轴承的润滑方式、轴承实验台的加载方法以及轴承实验台主轴的驱动方式及调速的原理。
滑动轴承论文：滑动轴承承载能力的理论研究和实验分析
滑动轴承论文：滑动轴承承载能力的理论研究和实验分析【中文摘要】在生产实践中,轴承的承载能力是滑动轴承设计的重点问题,对滑动轴承承载能力的研究对于轴承技术的发展具有重要意义。
通常影响滑动轴承承载能力的因素有很多,如宽径比、偏心率、相对间隙等,而滑动轴承在不同工作载荷和转速的情况下,油膜承载力也不尽相同。
本文应用数值计算方法以及编程语言,从理论计算和实验测试两个方面对滑动轴承的承载能力展开研究。
本文对雷诺方程进行无量纲简化,采用有限差分法和超松弛迭代法以及数学软件MATLAB对简化后的雷诺方程编程求解,获得滑动轴承油膜压力分布数值以及三维图形,并研究了轴承宽径比、偏心率对轴承油膜压力分布的影响规律。
本文利用ZHS20滑动轴承实验台测得在不同工作载荷及转速下滑动轴承的油膜压力分布,以及流体动力润滑特性相关曲线,展开对滑动轴承摩擦因数、摩擦状态转化以及过渡转速的研究,并对理论计算以及实验台测试所得的轴承承载力进行比较,引入端泄系数,对轴承运行的端泄量展开研究。
本文通过对实验台测试功能的拓展,测得不同相对间隙下轴承的油膜压力分布,分析相对间隙对轴承承载力的影响,并通过计算得到使轴承获得最大承载力的相对间隙最佳值,对滑动轴承的设计和研究具有实际指导意义。
本文在最后对轴承承载力的理论计算和实验值计算进行可视化操作界面设计,使轴承承载力的计算及其结果显示更为形象、简捷。
【英文摘要】The capacity of bearing is the key point ofjournal bearing’s design in production practice, which is extremely important to the bearing technology development. Usually, there are many factors influence the capacity of journal bearing, such as the wide of axle bush compared to diameter of axle, eccentricity, relative gap, and the lubricant film supporting capacity is also different in the different work load and in the rotational speed situation.This article adopts the numerical calculus method and the programming language, to research the capacity of journal bearing through the way of the theoretical calculation and the experiment value. This article simplifies the Reynolds equation into dimensionless form, and uses the finite difference method and the ultra flaccid repetitive process as well as mathematics software MATLAB to program and solve the dimensionless form of the Reynolds equation, and obtains the pressure distribution value and the three dimensional graph of journal bearing lubricant film, and also studies the bearing film pressure distribution influence rule of the wide of axle bush compared to diameter of axle and eccentricity. Under the different work load and the rotational speed, this article uses the journal bearing laboratory bench ZHS20 to obtain the journal bearing’s lubricant film pressure distribution and the hydrodynamiclubrication characteristic correlation curve, and research the journal bearing rubbing factor, the friction condition transformation and the excessive rotational speed, compares the bearing supporting capacity of theoretical calculation and the experiment value, gives the coefficient of the leading-in terminal releases, studies the quantity of releases when the bearing is working. Through to develop the test function of the laboratory bench, this article obtains the bearing’s lubricant film pressure distribution under different relative gap, and analyses the influence of the relative gap to the bearing supporting capacity, and obtains the relative gap best value which can cause the bearing to get the greatest supporting capacity. At last, this article carries on the visualization operation contact surface design to the bearing supporting capacity which contains the theoretical calculation value and the actual computation value, and the contact surface makes the computation and the demonstration of result much vividly, simply and directly.【关键词】滑动轴承理论计算实验研究 MATLAB 相对间隙可视化【英文关键词】Journal bearing Fundamental calculation Experiment research MATLABRelative gap Visualization【目录】滑动轴承承载能力的理论研究和实验分析摘要6-7Abstract7第1章绪论10-151.1 课题来源101.2 国内外研究历史及现状10-131.2.1 滑动轴承发展历史及研究概况10-111.2.2 滑动轴承实验台发展现状11-131.3 课题研究方案及技术路线131.4 研究意义13-141.5 本章小结14-15第2章滑动轴承承载能力理论研究15-222.1 雷诺方程的求解15-202.1.1 雷诺方程的无量纲化15-162.1.2 确定边界条件16-172.1.3 求解雷诺方程17-202.1.3.1 计算网格划分172.1.3.2 方程的离散化17-192.1.3.3 逐点松弛迭代法19-202.1.3.4 收敛准则202.2 雷诺方程的程序编译及计算20-212.3 本章小结21-22第3章滑动轴承承载能力实验与数据处理22-333.1 滑动轴承实验台简介22-233.2 实验数据采集23-283.2.1 径向滑动轴承油膜压力分布曲线实验24-263.2.2 流体动力润滑特性曲线实验26-283.3 实验数据处理28-323.3.1 实验数据的曲线拟合28-303.3.2 数据拟合结果30-323.4 本章小结32-33第4章滑动轴承承载能力分析与研究33-494.1 滑动轴承理论计算参数影响的研究33-374.1.1 滑动轴承宽径比的影响33-344.1.2 滑动轴承偏心率的影响34-374.2 滑动轴承摩擦因数的实验研究37-434.2.1 滑动轴承摩擦状态的转化374.2.2 实验数据的整理与分析37-414.2.2.1 f-λ曲线测定37-394.2.2.2 p-f-n曲线测定39-414.2.3 摩擦因数的分析与研究41-434.2.3.1 f-λ曲线的分析414.2.3.2 p-f-n曲线的分析41-424.2.3.3 摩擦因数的理论计算值与实验值比较分析42-434.3 承载能力理论值与实验值分析43-454.3.1 承载力实验值计算43-444.3.2 承载力理论值计算44-454.3.3 承载力实验值与理论值的对比研究454.4 相对间隙改变时承载能力的研究45-484.5本章小结48-49第5章滑动轴承承载能力曲线的可视化49-575.1 GUI模块简介49-505.2 滑动轴承承载力实验值的可视化50-555.2.1 创建GUI图形界面50-535.2.2 编写回调函数53-555.3 滑动轴承承载力理论计算的可视化55-565.4 本章小结56-57结论57-59致谢59-60参考文献60-62攻读硕士学位期间发表的论文62。
液体动压润滑径向轴承油膜压力和特性曲线
液体动压润滑径向轴承油膜压力和特性曲线（二）HZS—Ⅰ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λ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η (Pa⋅s)、轴的转速n (r/min)和轴承压力p (MP a)有关，令（7）式中：λ—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λ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λc称为临界特性数，且λc以右为液体摩擦润滑区，λc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λ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，f—λ曲线不同，λc 也随之不同。
四.HZS—I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。
1—轴2—试验轴承3—滚动轴承4—变速箱5—V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 (p o A+Go) N（8）式中：p o—油腔供油压力，p o = 3 kg/cm2；A —油腔在水平面上投影面积，2Go —初始载荷（包括压力表、平衡重及轴瓦的自重）Go = 8 kgf 。
径向滑动轴承油膜压力分析
2.2差分法求解二维Raynolds方程的原理
网格划分及差商标示图
11
以p (i,j)值以 值表示节点（i，j）的压力
12
13
进一步化简：
利用超松弛迭代法程序编制简单、收敛 速度快的特点，将方上述方程写成：
14
相对收敛判别准则：
取 ERR=1e-5
15
2.3 滑动轴承无量纲雷诺方程的求解
23
谢谢!
24
计算过程中，先对求解区域内各节点的压 力赋初值为零，然后采用逐点松弛迭代法 便可求解各节点的无量纲压力值。 利用matlab编程，流程图为：
16
取偏心率 =0.8，d/L=2，m=80，n=60得 出一组无量纲油膜压力分布：
17
无量纲油膜压力沿周向和周向分布
18
2.4 计算分析
从图2.3中可以看出360°包角有限宽径向轴承 在0 ≤ φ ≤ π 区域的无量纲油膜压力的三维分布 近似一连续的抛物面，而在在π ≤ φ ≤ 2π的区域 ，无量纲油膜压力反对称 0 ≤ φ ≤ π区域。
在轴向宽度上，无量纲油膜压力呈现抛物线分 布，这是因为在轴承两端发生测泄，油膜压力 为0。
19
3 结果分析
20
3.1 宽径比L/d对无量纲油膜压力的影响
21
3.2 偏心率 ε对压力分布的影响
22
4 结论
通过对离散化的二维Reynolds方程的求解, 并将计算出的无量纲压力分布绘制成压力 分布曲线,揭示径向滑动轴承润滑油膜沿周 向和沿轴向的压力分布规律。通过改变参 数后压力曲线的变化,揭示影响油膜压力的 因素及其变化规律,以便更深刻地理解和掌 握动压滑动轴承的承载机理。
径向滑动轴承 油膜压力分析
液体动压滑动轴承实验指导书
实验四 液体动压滑动轴承实验指导书一、实验目的1、了解实验台的构造和工作原理，通过实验进一步了解动压润滑的形成，加深对动压原理的认识。
2、学习动压轴承油膜压力分布的测定方法，绘制油膜压力径向和轴向分布图，验证理论分布曲线。
3、掌握动压轴承摩擦特征曲线的测定方法，绘制f —n 曲线，加深对润滑状态与各参数间关系的理解。
二、实验原理及装置1．概述此项实验是径向加载的液体动压滑动轴承实验。
其目的是测量轴承与转轴间隙中的油膜在圆周方向的压力分布值(见图1)，并验证径向油膜压力最大值批P MAX 不在外载荷F R 的垂线位置，而是在最小油膜厚度附近，即0=∂∂XP 处。
该实验还可以测试下列几项内容。
(1)测量轴承与转轴间隙中的油膜在轴线方向的压力分布值，并验证轴向压力分布曲线呈抛物线分布，即轴向油膜最大压力值在轴承宽度的中间位置(见图2)。
图1 周向油膜压力分布曲线 图2轴向油膜压力分布曲线(2)测量径向液体动压滑动轴承在不同转速、不同载荷、不同粘度润滑油情况下的摩擦系数f 值，根据取得的一系列f 值，可以做出滑动轴承的摩擦特性曲线，进而分析液体动压的形成过程，并找出非液体摩擦到液体摩擦的临界点，以便确定一定载荷、一定粘度润滑油情况下形成液体动压的最低转速，或一定转速、一定粘度润滑油情况下保证液体动压状态的最大载荷(见图3)。
图3 轴承摩擦特性曲线2．实验装置及原理本实验使用湖南长庆科教仪器有限公司生产的HS-B型液体动压轴承实验台如图4所示，它由传动装置、加载装置、摩擦系数测量装置、油膜压力测量装置和被试验轴承等组成。
图4 滑动轴承试验台1．操纵面板2．电机3．三角带4．轴向油压传感器接头5．外加载荷传感器6．螺旋加载杆7．摩擦力传感器测力装置8．径向油压传感器（7只）9．传感器支撑板10．主轴11．主轴瓦12．主轴箱1）传动装置由直流电机2通过三角带3带动主轴顺时针旋转，由无级调速器实现无级调速。
本实验台主轴的转速范围为3～375rpm，主轴的转速由装在面板1上的数码管直接读出。
液体动压径向滑动轴承实验
液体动压径向滑动轴承实验一、实验内容与目的：1．观察径向滑动轴承的摩擦现象，加深对概念的理解；2．测绘径向滑动轴承的摩擦特性曲线，掌握测绘方法；3．测绘径向滑动轴承油膜压力曲线，求油膜承载能力。
了解复杂问题的简化处理方法。
二、实验设备的结构与工作原理：本实验有二类（二种型号）设备，它们的结构示意图如图1和图2所示：它们包括以下几个部分：类型项目HS-A型试验台HZ型试验台轴与轴瓦轴材料为45号钢，轴径经表面淬火、磨光，表面粗糙度达到Ra=1.6用滚动轴承支承在机架上，轴瓦材料为ZCuSn5Pb5Zn5（旧国标为锡青铜6-6-3），轴瓦内孔精镗后与轴研配以保证与轴配合精度。
在轴瓦的中间径向截面处，沿半圆周布置七个与轴和轴瓦间油膜相通的小孔，这些小孔又分别与压力表相连。
七个小孔位置为沿半圆周的圆周角分别为300、500、700······1500。
七个小孔位置为沿半圆周的圆周角分别为22.50、450、67.50······157.50。
瓦外面与测力弹簧相接。
轴的转速调节装置轴的转动是由直流电动机通过“V”型带来带动的。
由无级调速器实现轴的无级调速。
本实验台轴沿顺时针（面对实验台面板）方向转动。
轴的转速范围为0～500转/分。
轴的转速由调速旋钮控制，实现无级调速。
转速值由数码管直接读出。
本实验台轴沿逆时针（面对实验台面板）方向转动。
轴的转速范围为0～500转/分。
轴的转速由调速旋钮控制，实现无级调速。
转速值由数码管直接读出。
轴与轴瓦间油膜压力测量轴与轴瓦间油膜压力是通过安装在轴瓦上的压力表测量的。
当轴在一定转速下承受一定载荷时，可以从分布在轴瓦上的七块压力表上读出此时油膜的压力值（压力分布情况前面已介绍）加载系统采用螺旋加载方式。
转动螺旋即可改变载荷的大小。
所加载荷之值通过传感器和数字电路由数码器显示。
动压径向滑动轴承设计中 将宽径比增大则最小油膜厚度
动压径向滑动轴承设计中将宽径比增大则最小油膜厚度动压径向滑动轴承设计中，将宽径比增大则最小油膜厚度引言：动压径向滑动轴承作为一种常见而重要的机械元件，在工程设计中发挥着重要作用。
而在其设计过程中，宽径比对最小油膜厚度的影响尤为重要。
本文将从深度和广度两个方面，对这个问题进行全面评估，并探讨宽径比的增加如何影响最小油膜厚度。
我们将简要介绍动压径向滑动轴承的基本原理，然后探讨宽径比与最小油膜厚度之间的关系，以从简到繁、由浅入深的方式来展开讨论。
一、动压径向滑动轴承的基本原理动压径向滑动轴承是一种基于流体动压原理工作的机械元件。
它由内圈、外圈和轴承座构成，其中轴承座内表面和外圈之间形成一个微小的间隙，称为油膜。
当轴以一定速度旋转时，油膜会产生压力，使轴与轴承座之间形成一个承载力，从而实现轴的平稳运转。
二、宽径比与最小油膜厚度的关系在动压径向滑动轴承的设计中，宽径比是一个重要的参数，它指的是轴承的外径与内径之间的比值。
在设计过程中，我们需要考虑宽径比对最小油膜厚度的影响。
通常情况下，增大宽径比会使最小油膜厚度减小。
这是因为相同转速下，增大宽径比会导致流经油膜的流量增加，从而增大单位面积上的速度梯度。
根据流体动力学的原理，速度梯度增大会引起油膜的压力降低，进而导致油膜厚度减小。
然而，当宽径比增加到一定程度时，最小油膜厚度会出现一个临界点。
在这个临界点之后，最小油膜厚度反而会开始增加。
这是因为过大的宽径比会导致流经油膜的流量增加过多，使得油膜压力不再降低，甚至到达饱和状态。
此时，增大宽径比会导致油膜的压力增加，从而使最小油膜厚度增加。
在动压径向滑动轴承的设计中，需要根据具体的工况和性能要求，合理选择宽径比，以达到最佳的最小油膜厚度。
三、增大宽径比对轴承性能的影响除了对最小油膜厚度的影响外，增大宽径比还会对动压径向滑动轴承的其他性能产生一定的影响。
增大宽径比能够提高轴承的刚度。
由于宽径比的增加会使油膜厚度减小，从而使轴承的刚度增加，提高了轴向的刚度。
油膜轴承变形和压力分析
第44卷 第3期 2009年3月钢铁Iron and Steel Vol.44,No.3March 2009油膜轴承变形和压力分析Thomas E Simmons , Andrea Contarini , Nonino G ianni(达涅利油膜轴承公司)摘 要:轧机油膜轴承最新试验结果表明,实测油膜厚度比计算机模型预测值大3～5倍。
这意味着,油膜厚度增加是由于锥套和衬套变形的结果,这种变形会导致锥套和衬套压力场扩大,进而导致油膜厚度增加。
如果油膜厚度真的比预想的高3～5倍,则不但可以充分利用轴承固有的安全系数,而且还可以提高轴承的最大运行负荷。
为确认试验结果,DanOil 油膜轴承工程师构建了因液体动压场变化而导致的锥套变形模型,然后将这种变形用于复杂的计算机轴承模拟程序,来计算新的压力场。
对压力场和锥套变形进行重复迭代计算,直到计算结果收敛为止。
介绍了这一分析方法和计算结果。
关键词:油膜轴承;油膜厚度;压力场;变形中图分类号:T H13313 文献标识码:A 文章编号:04492749X (2009)0320093204Deflection and Pressure Analysis of Oil Film B earingsThomas E Simmons , Andrea Contarini , Nonino G ianni(Danieli DanOil )Abstract :Recent tests on rolling mill oil film bearings have indicated that the oil film thickness is three to five times greater than predicted by computer models.It has been implied that the increase in oil film thickness is due to the deflection of the sleeve and bushing ,which would spread out the pressure field increasing the oil film thickness.I f the oil film thickness is three to five times greater than expected ,the maximum operating load can be increased tak 2ing advantage of the inherent safety factor in the bearing.To confirm the test results ,DanOil engineers modeled the sleeve deflection produced by the hydrodynamic pressure field and then used this deflection in a sophisticated bearing computer program to calculate the new pressure field.The iteration of the pressure field and deflection was contin 2ued until the model converged.The paper presents the method of analysis and the results.K ey w ords :oil film bearing ;oil film thickness ;pressure field ;deformation联系人:苏宏蕾,女; E 2m ail :h 1su @china 1danieli 1com ; 修订日期:2008209219 油膜轴承广泛用于世界各地数以百计的板带轧机上。
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1.2 Raynolds方程
Raynolds方程是流体润滑问题研究中所用 的基本方程，对动压滑动轴承静态特性和 油膜压力分布的计算都归结为对Reynolds方 程的求解。假设：
(1)轴颈无偏斜，油膜厚度沿周向各点相同。 (2)粘度 不随压力的变化而改变。 (3)有限长轴承。 (4)忽略曲率半径对油膜厚度的影响。
论文提纲
1 滑动轴承流体动力润滑原理及Raynolds方程 2 数值求解Raynolds方程 3 结果分析 4 结论
1 滑动轴承流体动力润滑原理及 Raynolds方程
流体动压润滑原理
Raynolds方程
1.1流体动压润滑原理
在一定的条件下两相对滑动的摩擦表面可 以被薄层粘性流体完全分开并由所建立的 流体润滑膜压力平衡外载荷，这种状态称 为流体动压润滑。
利用matlab编程，流程图为：
取偏心率 =0.8，d/L=2，m=80，n=60得 出一组无量纲油膜压力分布：
无量纲油膜压力沿周向和周向分布
2.4 计算分析
从图2.3中可以看出360°包角有限宽径向轴承 在0 ≤ φ ≤ π 区域的无量纲油膜压力的三维分布 近似一连续的抛物面，而在在π ≤ φ ≤ 2π的区域 ，无量纲油膜压力反对称 0 ≤ φ ≤ π区域。 在轴向宽度上，无量纲油膜压力呈现抛物线分 布，这是因为在轴承两端发生测泄，油膜压力 为0。
根据上述假设条件， 得到Raynolds方程：
2 数值求解Raynolds方程
2.1 二维Raynolds方程的无量纲化
2.2差分法求解二维Raynolds方程的原理
2.3 滑动轴承无量纲雷诺方程的求解 2.4 计算分析
2.1 二维Raynolds方程的无量纲化
令
得：
此即为无量纲化的二维雷诺方程。由上式可 见，向心滑动轴承中的无量纲压力P的分布 以及其它性能仅取决于d/L和H（ε） 两个几 何变量
2.2差分法求解二维Raynolds方程的原理
网格划分及差商标示图
以p (i,j)值以 值表示节点（i，j）的压力
进一步化简：
利用超松弛迭代法程序编制简单、收敛 速度快的特点，将方上述RR=1e-5
2.3 滑动轴承无量纲雷诺方程的求解
计算过程中，先对求解区域内各节点的压 力赋初值为零，然后采用逐点松弛迭代法 便可求解各节点的无量纲压力值。
径向滑动轴承的特点
径向滑动轴承是工业中普遍应用的轴承。 与滚动轴承相比，滑动轴承工作平稳、可 靠、噪音较低。如果能够保证充分的液体 润滑，使得滑动表面被润滑油分开而不发 生直接接触，则还可以大大减少摩擦损失 和表面磨损从而增加轴承的寿命。另外， 具有一定的吸振能力的润滑油膜有利于提 高轴承运转的稳定性和运转精度。
3 结果分析
3.1 宽径比L/d对无量纲油膜压力的影响
3.2 偏心率 ε对压力分布的影响
3.1 宽径比L/d对无量纲油膜压力的影响
3.2 偏心率 ε对压力分布的影响
4 结论
通过对离散化的二维Reynolds方程的求解, 并将计算出的无量纲压力分布绘制成压力 分布曲线,揭示径向滑动轴承润滑油膜沿周 向和沿轴向的压力分布规律。通过改变参 数后压力曲线的变化,揭示影响油膜压力的 因素及其变化规律,以便更深刻地理解和掌 握动压滑动轴承的承载机理。