实验三 动压滑动轴承实验

实验三动压滑动轴承实验
一、实验目的
1.验证动压滑动轴承油膜压力分布规律，了解影响油膜压力分布规律的因素，并根据油膜压力分布曲线确定端泄影响系数K b；
2.测定动压滑动轴承的摩擦特征曲线，并考察影响摩擦系数的因素。

二、实验设备及仪器
1.HZS-1型动压滑动轴承试验台
图1 HZS-1型动压滑动轴承实验台
图1为试验台总体布置，图中件号1为试验的轴承箱，通过联轴器与变速箱7相联，6为液压箱，装于底座9的内部，12为调速电动机，通过三角带与变速箱输入轴相联，8为调速电机控制旋钮，5为加载油腔压力表，由減压阀4控制油腔压力，2为轴承供油压力表，由减压阀控制其压力，油泵电机开关为10，主电机开关为11，试验台的总开关在其正面下方。

图2为试验轴承箱，件号31为主轴，由一对D级滚动轴承支承，32为试验轴承，空套在主轴上，轴承内径d=60mm，有效宽度=60mm。

在轴承中间横剖面上，沿周向开7个测压孔，在120°范围内的均匀分布，测压表21～27通过管路分别与测压孔相联。

距轴承中间剖面L/4(15mm)处，轴承上端有一个测压孔，表头28与其相联，件号33为加载盖板，固定在箱体上，加载油腔在水平面上的投影面积为60cm2在轴承外圆左侧装有测杆35，环34装在测杆上以供测量摩擦力矩用，环34与轴承中心的距离为150mm，轴承外圆上装有两个平衡锤36，用以在轴承安装前做静平衡。

图2 实验轴承箱
箱体左侧装有一个重锤式拉力计如图3所示，测量摩擦力矩时，将拉力计上的吊钩与环34联接，即可测得摩擦力矩。

测杆通过环34作用在拉力计上的力F，由重锤予以平衡，其
数值可由
α
sin
1
R
WL
F=
求得。

式中R为圆盘半径，W为重锤之重量，L1为重锤重心到轴
心之距离，α为圆盘之转角，圆盘转角α通过齿轮放大，可使表头指针转角放大10倍，表头刻度即为F的实际值，单位为克。

JZT型调速电动机的可靠调速范围为120～1200转/分，为了扩大调速范围，试验台传动系统中有一个两级变速箱，当手柄向右倾斜，主轴与电机转速相同；当手柄向右倾斜，主轴为电机转速的1/6。

因此主轴的可靠调速范围为20～1200转/分。

图3 重锤式拉力计工作原理图
2.测速仪表及温度计
三、实验步骤
1.
测定动压滑动轴承的油膜压力分布，确定轴承端泄影响系数K b
⑴测试方法：开启油泵，调节溢流阀及减压手柄，使加载油腔压力及及轴承供油压力均在1Kgf/ cm2以下；将变速手柄放在低速档上；调节控制器旋钮，使转速指针在最低速位置；将轴承左侧的测杆用卡板锁住；启动主电机，然后调节控制器旋钮，使指针读数在100～200mim-1，再将变速手柄旋到高速档，使主轴转速达到1000 mim-1，调节溢流阀，将加载油压调到P0=4kgf/ cm2，此时轴承载荷W=P0×60+8kgf（轴承自重为8kgf），运转几分钟，待各压力表指针稳定后，自左至右依次记录七个周向压力表及轴向压力表的读数；与此同时用温度计测量出口油温。

⑵做周向油膜压力分布曲线
按照图4所示做一圆，取其直径为轴承内径d，先在圆周上定出七个压力表所接油孔位置，通过这些点沿半径延长方向以一定比例尺量出所测量的相应压力表读数值，用曲线板将各压力向量的末端联成一光滑曲线，这就是轴承中间剖面的周向油膜压力分布曲线。

图4 周向油膜压力分布曲线图5
轴向油膜压力分布曲线
由油膜周向压力分布曲线，可求得轴承中间剖面上的平均压强。

如图4所示，将圆周上1、2、3…7各点投影到另一水平直线上，在相应点的垂线上画出对应的压力值，将其端点1′、
2′、3′…7′联成一光滑曲线，求出曲线所围的面积，然后取P m ，使其所围矩形面积与所求得的面积相等，此P m 值即为轴承中间剖面上的平均压强。

⑶做油膜轴向压力分布曲线
做一水平线取其长度为轴承有效宽度（B=60mm ）。

在中点垂线上按一定比例画出该点的压力P 4，端点为4′在距中点两边各距B/4（即15mm ）处，沿垂线方向画出压力P 8，轴承水平轴线两端的压力均为0，将0，8′、4′、8′、0五点联成一光滑曲线，此曲线即为轴承油膜轴向压力分布曲线如图5，用前述方法可求出其平均压强Pa 。

⑷确定端泄时油膜轴向压力分布的影响系数K b
由周向压力分布曲线求K b1值；
K b1=Bd P W
m
式中：W —轴承承载量，可按实际载荷计（kgf ）
P m — 轴承中间剖面上的平均压强（kgf/m 2）
B — 轴承有效宽度（cm ）
d — 轴承内径（cm ）
由轴向压力分布曲线求K b2值：K b2= 4
P P a 式中：Pa — 前面所求得轴向平均压强（kgf/m 2）
P 4 — 轴承中间剖面中点的油膜压强（kgf/m 2）
比较K b1和K b2看其是否相符？是否符合抛物线分布规律。

2. 轴承摩擦特性曲线的测定
将轴承加载至Pa=4 kgf/m 2（即W=248Kgf ），再将主轴调至1000 mim -1，然后转动拉力
计表盘，使指针归零，解脱测杆卡板，把吊钩挂在测力杆的吊环上。

待指针稳定后，记录其数值。

然后依次将主轴转速到800，600，200，80，60，40，10，5，2，记录各转速时的拉
力计读数。

改变轴承载荷，使P 0=2 kgf/m 2，取W =128Kgf ，重复记录各转速时拉力计读数。

然后列表计算各转速时之摩擦系数f ，轴承特征值λ，计算公式如下：
摩擦系数
W F Wd FL d W L F f 522==⨯⨯=
式中：F — 拉力计读数（克）
W — 轴承载荷（克）
L — 测杆之力臂（l=150mm ）
d — 轴承内径（d=60mm ）
轴承特征值
P n ⨯=
ηλ
式中：η— 润滑油的动力粘度（Pa •s ），根据所测出口油温，及室温求出平均温度t m ，再从（机械设计）教材67页的粘度和温度曲线，查出20#或10#
机械油在轴承工作区的运动粘度，然后再转换成动力粘度；
n — 主轴转速（mim -1）；
P — 主轴之平均压强（N/mm 2或MPa ） P=B d W
⨯
四、 实验注意事项
1. 启动主电机时，必须先开动油泵，然后再由低速启动电机，逐渐加大转速，不可把变速手柄放在高速档（右侧）启动，以免动力矩过大。

2. 为了保持拉力计的精度，只有在测轴承摩擦力矩时，才允许解脱测力杆卡板。

3. 在混合摩擦区工作时间尽量短，以避免轴承磨损。

4. 轴承供油压力必须保持在1kgf/m 2左右，以便消除静压对实验数据的影响，同时保护
硅胶进油管不致损坏。

5. 测出口油时务必注意水银玻璃温度计不可碰撞金属物体。

微机对滑动轴承实验数据的采集和处理系统
——计算机辅助滑动轴承实验
一、 系统组成
概图：
1. 实验台：现有滑动轴承实验台HZS-1型。

2. 传感器：通过三通接口与原实验台的压力表相并联，其输出电压与油压成正比；
1kg 压力≈10mv 左右
3. 放大器：8路单级自补偿运算放大器，芯片为7650。

4. A/D 转换：12位、16通道，将放大器输出的模拟电压信号转化为数字信号。

5. 计算机：PC ，386机以上。

6. 输出结果：屏幕显示并可接打印机，打印出实验结果报告。

二、 软件系统组成
1. 程序流程框图：（见图6）
2. 软件简要说明：
所有文件全部复制在两张盘内，即1号盘或2号盘。

1号盘内装有全部的运行文件及打印图形驱动程序，2号盘内装有一个BASICA ·EXE 文件。

软件将在213E 中文操作系统的前提上自动执行。

三、 系统的操作方法
1.启动实验台，将主轴转速调至800～1000rpm，压力调节到2～4kg，测量出口温度值。

将计算机测量系统联接好。

2.检查A/D板：
①将自检程序盘放入A驱动器，在“A＞”下运行BASIC。

②运行ADDA13文件，进入菜单项。

③选“2”即可观察通道的工作状态，即：当输入悬空时，显示模拟量为9V，数字量为4095。

3.油膜压力的测量
①打开放大器电源，将1号盘放入A驱动器中，2号盘放入B 驱动器中。

②在“C＞”下，启动213E，键入AUTO并回车，进入213E下的中文操作系统。

③由“C＞”转入“A＞”下，键入批处理文件名ZCSY，程序会自动执行。

用户只需根据自己的需要进行菜单选择并在屏幕提示下进行操作，键入压力测量对应的标示字母。

计算机将对压力进行数据采集（8个压力值）。

造表并计算，绘制周向及轴向压力分布曲线。

④执行完数据采集后，将数据处理的结果以数据文件的形式存入磁盘。

4.摩擦特性曲线的计算
在主菜单选择提示下，选择摩擦特性曲线计算对应标示字母。

由键盘键入测量摩擦特性实验数据，由计算机计算出实验结果，并显示f— 图形，并回到主菜单。

5.当需要实验结果报告时，调主菜单中“打印输出”，即可连续打印任意多份实验报告。

四、实验注意事项
1.实验开始或过程中请勿随意动插在计算机主机箱里的A/D转换板，以免损坏其中的某些芯片。

2.实验前应测试并消除计算机中的病毒。

图6 程序流程框图。