(情绪管理)液体动压润滑径向轴承油膜压力和特性曲线
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。
液体动压轴承实验2
液体动压轴承实验一、实验目的了解轴承油膜承载现象及其参数对轴承性能的影响，掌握油压及摩擦系数测试方法，加深对液体动压润滑原理的认识。
二、实验要求1、测定并绘出轴承油膜压力周向分布曲线及轴向分布曲线，并求出轴承的承载量。
2、计算实测端泄对轴承压力分布的影响系数k 值。
看其是否符合油膜压力沿抛物线分布规律。
3、测定轴承单位压力、滑动速度、润滑油粘度与摩擦系数之间的关系，绘制出轴承摩擦特性曲线。
三、试验台简介液体动压轴承试验台可用来进行油膜压力分布及轴承摩擦特性曲线的测定。
加载方法采用静压油垫。
调速方式采用 JZT 型调速电机，并配以变速箱，可实现 20～580r/min 无级变速，主轴转速可根据控制器表盘转速读数直接得出。
1、试验台主要技术参数（1）试验轴承参数轴颈直径d = 60mm。
轴颈有效长度l = 120mm直径间隙 0.07表面粗糙度1.6 ∇轴承材料ZQSn6-6-3（铸锡青铜）轴承自重G=80N（包括压力表及平衡锤等）（2）加载范围 3000N（3）加载油腔水平投影面积 188.5cm2（4）测力杆上测力点与轴承中心偏移距离 17mm（5）转速范围20～5800r/min（6）主电机功率0.375KW2、试验台总体布置图1 为试验台总体布置，图中 1 为试验轴承箱，由联轴器与变速箱 7 相联，6为液压箱，装于底座 9 内部，12 为调速电机，8 为调速电机控制器，5 为加载油腔压力表，2 为轴承供油压力表。
油泵电机开关为 10，主电机开关为 11，总开关位于试验台正面。
图 1 试验台总体布置图1-实验轴承箱 2-轴承供油压力表 3-减压阀 4-溢流阀 5-加载油腔压力表 6-液压箱7-变速箱8-调速电机控制器9-底座10-油泵电机开关11-主电机开关12-调速电机13-三角带传动装置3、试验轴承箱图 2 为试验轴承箱，图中 2 为主轴，由两只 P5 级滚动轴承支承。
6 为试验轴承，空套在主轴上，轴承内径d = 60mm，有效长度l= 120mm，在中间横断面，即有效长度 1/2 处的断面上沿周向开有七个测压孔，在 120º范围内均匀分布，距中间断面 1/4 处，即距周向测压孔15mm 处在铅直方向还开有另一个测压孔（即轴向测压孔），图中 1 表示七只压力表分别与七个周向测压孔相联，8 为一只与轴向测压孔相联的压力表，3 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188.5cm2．轴承外圆左侧装有测杆4、环5装在测杆端部，其与轴承中心距离为 78 mm。
液体动力润滑径向滑动轴承设计计算
液体动力润滑径向滑动轴承设计计算流体动力润滑的楔效应承载机理已在第四章作过简要说明，本章将讨论流体动力润滑理论的基本方程（即雷诺方程）及其在液体动力润滑径向滑动轴承设计计算中的应用。
（一）流体动力润滑的基本方程流体动力润滑理论的基本方程是流体膜压力分布的微分方程。
它是从粘性流体动力学的基本方程出发，作了一些假设条件后得出的。
假设条件：流体为牛顿流体；流体膜中流体的流动是层流；忽略压力对流体粘度的影响；略去惯性力及重力的影响；认为流体不可压缩；流体膜中的压力沿膜厚方向不变。
图12－12中，两平板被润滑油隔开，设板A 沿x 轴方向以速度v 移动；另一板B 为静止。
再假定油在两平板间沿 z 轴方向没有流动(可视此运动副在z 轴方向的尺寸为无限大)。
现从层流运动的油膜中取一微单元体进行分析。
作用在此微单元体右面和左面的压力分别为p 及p p dx x ∂⎛⎞+⎜∂⎝⎠⎟，作用在单元体上、下两面的切应力分别为τ及dy y ττ⎛⎞∂+⎜⎟∂⎝⎠。
根据x 方向的平衡条件,得：整理后得根据牛顿流体摩擦定律,得，代入上式得 该式表示了压力沿x 轴方向的变化与速度沿y 轴方向的变化关系。
下面进一步介绍流体动力润滑理论的基本方程。
1．油层的速度分布将上式改写成（a）对y 积分后得（c）根据边界条件决定积分常数C1及C2:当y=0时,v= V；y=h(h为相应于所取单元体处的油膜厚度)时,v=0,则得：代入（c）式后,即得 （d）由上可见,v由两部分组成：式中前一项表示速度呈线性分布，这是直接由剪切流引起的；后一项表示速度呈抛物线分布，这是由油流沿x方向的变化所产生的压力流所引起的。
2、润滑油流量当无侧漏时,润滑油在单位时间内流经任意截面上单位宽度面积的流量为：将式(d)代入式(e)并积分后,得（f）设在 p=p max处的油膜厚度为h0(即时当润滑油连续流动时,各截面的流量相等,由此得 ：整理后得该式为一维雷诺方程。
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。
液压传动轴承实验
实验三液体动压轴承实验一、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、实验原理液体动压滑动轴承的工作原理是通过轴颈的旋转将润滑油带入摩擦表面，由于油的粘性（粘度）作用，当达到足够高的旋转速度时油就被挤入轴与轴瓦配合面间的楔形间隙内而形成流体动压效应，在承载区内的油层中产生压力，当压力的大小能平衡外载荷时，轴与轴瓦之间形成了稳定的油膜，这时轴的中心对轴瓦中心处于偏心位置，轴与轴瓦间的摩擦是处于完全液体摩擦润滑状态，其油膜形成过程及油膜压力分布如图1所示。
图1 建立液体动压润滑的过程及油膜压力分布图2、实验装置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2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2 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。
2）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也是不同的。
转速的改变方法如前所述。
本实验台采用螺旋加载，转动螺杆即可改变载荷的大小，所以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。
3）摩擦系数测量装置径向滑动轴承的摩擦系数f随轴承的特性系数λ=μn/p值的改变而改变（μ—油的动力粘度，n—轴的转速，P—压力，P=W/Bd，W—轴上的载荷，W=轴瓦自重＋外加载荷。
液体动压滑动轴承实验指导书
液体动压滑动轴承实验指导书一、实验目的1.了解滑动轴承润滑及承载机理。
2.学习动压轴承油膜压力分布的测定方法，绘制周向油膜压力分布曲线。
3.观察载荷和转速改变时，径向滑动轴承油膜压力的分布情况。
二、实验原理及装置本实验使用湖南长庆科教仪器有限公司生产的HS-A型液体动压轴承实验台如图1所示，它由操纵面板、传动装置、加载装置、油膜压力测量装置和被试验轴承等组成。
在轴承上半部中间即轴承有效宽度B/2处的剖面上，沿圆周1200内钻有七个均匀分布的小孔，每个小孔联接一个压力表，在轴承轴向有效宽度B/4处也钻有一个小孔，并连接一只压力表。
从而可绘出轴承的周向和轴向压力分布曲线，(见图2)。
图2 周向油膜压力分布曲线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也是不同的。
本实验台采用螺旋加载，转动螺杆即可改变载荷的大小。
所加载荷之值通过传感器，在实验台的操纵面板中的外加载荷显示窗数码管直接读出。
转速由主轴转速调速旋钮4控制直流调速电源进行无级调速。
主轴转速又由装在主轴后部的光电测速传感器采集，最后由操纵面板中的主轴转速显示窗数码管直接读出。
另外，操纵面板上还有无油膜指示灯。
当轴不转动时，可看到灯泡很亮；低速转动时，轴将润滑油带入轴和轴瓦之间收敛性间隙内，但由于油膜很薄，轴与轴瓦见部分微观不平度的峰高仍在接触，故灯忽亮忽灭；当转速达到一定值时，压力油膜完全遮盖凸峰高度，即油膜完全将轴与轴瓦隔开，灯泡就不亮了。
三、实验步骤：1．开机前检查箱体油液是否超过油标1/2处；外加载螺杆是否脱开传感器；主轴调速旋钮是否在零位；百分表是否固定，表针是否能复位；轴瓦能否摆动自如；各个压力表指针是否为零。
2．按下电源开关，无油膜指示灯亮。
3．启动电机，缓慢旋转主轴调速按钮，主轴缓慢增速，无油膜指示灯熄灭，表示轴与轴瓦已经处于完全液体润滑状态。
4．缓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。
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。
润滑液体动压油膜润滑性能分析
润滑液体动压油膜润滑性能分析润滑是机械设备正常运转的关键因素之一，而润滑液体动压油膜润滑是一种常见的润滑方式。
本文将分析润滑液体动压油膜润滑的性能，并探讨其对机械设备运行的影响。
首先，我们来了解动压油膜润滑的原理。
当机械设备运行时，由于接触面的不完全光滑，会出现相互的摩擦和磨损。
而润滑液体动压油膜是在两个接触面之间形成一层薄膜，从而减少摩擦和磨损。
润滑液体动压油膜的形成主要是通过润滑油的高粘度和机械设备的运动产生的涡流来实现的。
其次，我们来分析润滑液体动压油膜的性能。
润滑液体动压油膜的性能直接影响到机械设备的运行效果以及使用寿命。
首先是液体的粘度。
粘度越高，润滑液体形成的油膜越稳定，摩擦和磨损也越小。
然而，过高的粘度可能会导致摩擦力增加，从而降低机械设备的效率。
其次是液体的温度。
对于机械设备运行过程中液体温度的变化会对润滑效果产生直接影响。
过高的温度可能会使润滑油失去原有的粘度，降低润滑效果。
最后是液体的清洁程度。
过多的杂质会影响到油膜的形成，导致润滑效果下降，甚至造成机械设备的故障。
针对润滑液体动压油膜润滑性能，我们可以采取一些措施来优化。
首先是选择合适的润滑油。
根据机械设备的工作条件和要求，选择具有适当粘度和清洁度的润滑油。
其次是控制润滑油的温度。
合理的温度范围有助于保持润滑油的粘度，提高润滑效果。
此外，定期更换和维护润滑系统也是保持润滑效果的关键。
清洗润滑系统中的杂质，更换老化的润滑油，确保润滑系统的正常运行。
润滑液体动压油膜的性能分析不仅适用于机械设备，还可以扩展到其他领域。
例如，汽车引擎的润滑系统以及工业设备的润滑系统都可以应用这个原理。
对于高速运转的设备，润滑液体动压油膜的优化尤为重要，可以最大程度地减少机械磨损和能量损失。
总结来说，润滑液体动压油膜的性能分析是机械设备运行优化的重要一环。
通过选择合适的润滑油、控制温度以及定期维护润滑系统，可以最大程度地减少机械磨损，提高设备的使用寿命和效率。
ZCS液体动压轴承实验指导书M
液体动压轴承实验一、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。
1、观察滑动轴承的动压油膜形成过程与现象。
2、通过实验，绘出滑动轴承的特性曲线。
3、了解摩擦系数、转速等数据的测量方法。
4、通过实验数据处理，绘制出滑动轴承径向油膜压力分布曲线与承载量曲线。
二、实验系统组成（一）实验系统组成图1 滑动轴承实验系统框图轴承实验系统框图如图1所示，它由以下设备组成：1、ZCS—I液体动压轴承实验台——轴承实验台的机械结构2、油压表——共7个，用于测量轴瓦上径向油膜压力分布值3、工作载荷传感器——为应变力传感器、测量外加载荷值4、摩擦力矩传感器——为应变力传感器、测量在油膜粘力作用下轴与轴瓦间产生的磨擦力矩5、转速传感器——为霍尔磁电式传感器、测量主轴转速6、XC—I液体动压轴承实验仪——以单片微机为主体、完成对工作载荷传感器，磨擦力矩传感器及转速传感器信号采集，处理并将处理结果由LED数码管显示出来。
（二）轴承实验台结构特点实验台结构如图2所示该试验台主轴7由两高精度的单列向心球轴承支承。
直流电机1通过三角带2传动主轴7 ,主轴顺时针转动.主轴上装有精密加工的轴瓦5由装在底座上的无级调速器12实现主轴的无级变速，轴的转速由装在实验台上的霍尔转速传感器测出并显示。
主轴瓦5外圆被加载装置（末画）压住，旋转加载杆即可方便地对轴瓦加载，加载力大小由工作载荷传感器6测出，由测试仪面板上显示。
主轴瓦上还装有测力杆L，在主轴回转过程中，主轴与主轴瓦之间的磨擦力矩由磨擦力矩传感器测出，并在测试仪面板上显示，由此算出磨擦系数。
主轴瓦前端装有7只测径向压力的油压表4，油的进口在轴瓦的1/2处。
由油压表可读出轴与轴瓦之间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。
1 2 345图2 实验台结构示意图1、直流电机2、三角带3、磨擦力矩传感器4、油压表5、轴 瓦6、工作载荷传感器7、主 轴 9、油 槽 10、底 座 12、调速旋钮(三)液体动压轴承实验仪图3 轴承实验仪正面图XC-I 液体动压轴承实验仪摩擦力矩（Nm ）转速（r/m ） 工作载荷（N ） 清零电源1、转速显示2、工作载荷显示3、摩擦力矩显示4、摩擦力矩清零5、电源开关图 4 轴承实验仪背面图1、电源座2、摩擦力矩传感器输入接口3、工作载荷传感器输入接口4、转速传感器输入接口5、工作载荷传感器清零按钮如图所示，实验仪操作部分主要集中在仪器正面的面板上，在实验仪的后面板上设有磨擦力矩输入接口，载荷力输入接口，转速传感器输入接口等。
液体动压滑动轴承油膜压力分布和摩擦特性曲线
机械设计基础（Ⅲ）实验报告 班级姓名液体动压滑动轴承油膜压力分布和摩擦特性曲线 学号一、 概述液体动压滑动轴承的工作原理是通过轴颈的旋转将润滑油带入摩擦表面，由于油的粘性（粘度）作用，当达到足够高的旋转速度时油就被挤入轴与轴瓦配合面间的楔形间隙内而形成流体动压效应，在承载区内的油层中产生压力，当压力的大小能平衡外载荷时，轴与轴瓦之间形成了稳定的油膜，这时轴的中心对轴瓦中心处于偏心位置，轴与轴瓦间的摩擦是处于完全液体摩擦润滑状态，其油膜形成过程及油膜压力分布如图6-1所示。
图6-1 建立液体动压润滑的过程及油膜压力分布图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)和轴承压强p(Mpa)有关，令pnηλ=式中，λ——轴承摩擦特性系数。
图6-2 轴承摩擦特性曲线观察滑动轴承形成液体摩擦润滑过程中摩擦系数变化的情况，f-λ关系曲线如图6-2所示，曲线上有摩擦系数最低点，相应于这点的轴承摩擦特性系数λkp称为临界特性数。
在λkp以右，轴承建立液体摩擦润滑，在λkp以左，轴承为非液体摩擦润滑，滑动表面之间有金属接触，因此摩擦系数f 随λ减小而急剧增大，不同的轴颈和轴承材料、加工情况、轴承相对间隙等，λkp也随之不同。
本实验的目的是：了解轴承油膜承载现象及其参数对轴承性能的影响；掌握油膜压力、摩擦系数的测试及数据处理方法。
二、 实验要求1、在轴承载荷F=188kgf 时，测定轴承周向油膜压力和轴向油膜压力，用坐标纸绘制出周向和轴向油膜压力分布曲线，并求出轴承的实际承载量。
在轴承载荷F=128kgf 时，测定轴承周向油膜压力和轴向油膜压力，用计算机进行数据处理，得出周向和轴向油膜压力分布曲线及轴承的承载量。
2、测定轴承压力、轴转速、润滑油粘度与摩擦系数之间的关系，用计算机进行数据处理，得出轴承f-λ曲线。
三、 实验设备及原理本实验使用 HZS-1型液体动压轴承实验台，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和轴等所组成。
水润滑轴承弹流动压润滑和摩擦特性数值计算分析
１ ３ 原 方 程 的缺 陷方 程 ．
应 用多重 网格法求解 非线性 问题 ， 只有 在最 高 层 才能对 离散 的原方程 进行松 弛迭代 ， 而在 以下 的 各 层 网格都 是对方程 的缺 陷方 程进行松 弛迭代 的 。 雷诺 方程 的缺 陷方 程 为
［， ， １一（ Ｊ ¨¨） ｉ＋ ￡ｌ Ｐ ， ￡ ｊ １ ＋ ． Ｐ， Ｊ
以控 制 流程 的走 向 ， 参 数 ）用 以控 制 循 环 的方 而 ， 式 。ｅｒ 和 ｅｒ 自定 义 计 算 的精 度 容 许 误 差 。 ｒ ｒ 为
每一 层 均使用 Ｇａ ｓ—ｅｄ ｌ 弛 。 ｕ ｓ ｉｅ 松 Ｓ
图 ３ 实 际轴 承 液 膜 厚 度 分 布
从 图 ２ ３可 以看 出 ： 、
６ ９
第 ５ 期
船
海
工
程
第４ Ｏ卷
±
ＥＲ Ｒ
只有 在最 高层 ， 右端 项 ｇ 一 ｋ ２
，
其余 层 的右
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ＥＲＴ Ｒ
（） ７
端 向量也 是 由上
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层传 递下 来 ， 有
ｌ ｌ 利 用上 式一 的量 纲 一 的量 群 对 雷诺 方 程 、 厚 膜
ｇ ｝ ∑∑（ 卜一— △ （ ｐ） Ｉ ＋
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ｒ ） ７一Ｆ（ ，） ￡． ２Ｐｉ１ 一 Ｊ ～［ｒ１， 一， ／Ｊ （ｒ１ ＋ｅ ／ｊＰ ） ｌ ． ， ／ △ 。 ￡ Ｊ 汁１， ，＋￡ Ｊ ２） ＋ ｌＰ ， （ Ｘ） 十 ２ ］
膜 明显变 薄 。
分析 轴承 的 润滑 和摩 擦 性 能 ， 计算 轴 承 在 不
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。
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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。
λη=n p2. 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/cm 2 ；A — 油腔在水平面上投影面积，2 Go — 初始载荷（包括压力表、平衡重及轴瓦的自重）Go = 8 kgf 。
3. 摩擦系数测量装置摩擦系数是通过测量轴承摩擦力矩而得到的。
如图8-8 所示：在轴承6上联出一水平测力杆2，当轴5旋转后，作用在轴承6上的摩擦力矩，通过测力杆2上的测力计1，测出杆端的Q 力，由平衡得：（9）fF d QL ⨯=21—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 传动装置示意图则有： （10） 式中：L — 测力杆力臂长度 (mm)；d — 轴颈直径 (mm)； Q — 测力杆端的平衡力； Q = 0.0098Qo N ；Qo — 重锤式拉力计读数 (gf)。
4. 油膜压力测量装置(如图8-9所示)在轴瓦上半部承载区、轴瓦宽度的中间剖面上，沿圆周方向均布钻有7个小孔，每个小孔联接一只压力表（即联接1~7表），当轴承形成动压油膜时，就可以通过压力表测得周向压力分布曲线。
在轴瓦轴向有效宽度B 的1/4处钻有一个小孔，供联接压力表用（即联接表8），这样根据轴向压力分布的对称原理，可测得轴向压力分布曲线。
图8-9是轴瓦小孔分布的位置。
五. 轴承性能参数轴颈直径d = 60 mm 轴瓦宽度B = 60 mm轴瓦材料为青铜，配合表面粗糙度 Ra6.3 μm 轴颈材料为45钢，配合表面粗糙度Ra3.2 μm 相对间隙 ψ — （1-1.5）‰润滑油牌号及供油方式 N15机械油循环供油 油的粘度 η = 0.024 Pa ⋅s初始载荷 Go = 78 N （8kgf ） 测力杆力臂长度 L = 150 mm 加载范围 F = 0~3000 N调速范围 n = 20~1200 r/min 电动机型号JZT12-4电动机功率 0.8 kW六. 实验方法及步骤 1. 油膜压力分布的测定图8-9 轴瓦小孔分布示意图f Ld Q F=⨯2先用卡板3（见图8-8）卡住测力杆2，以免测力计损坏。
旋动油泵开关13（见图8-10）启动油泵。
调节溢流阀5和减压阀3，使供油压力表2指示值为 0.5 kgf/cm 2。
将变速箱8的手柄放在低速档（左斜位置），转动调速旋钮11旋至最低速，开启主电机开关14和转速控制开关12，指示红灯亮。
转动调速旋钮11，使转速读数100~200 r/min 之间，再将变速手柄扳到高速档（右斜位置），逐渐升速到600 r/min （800 r/min ），调节溢流阀5，使加载油腔压力表指示值为 p 0=4 kgf/cm 2（轴承载荷F=2432 N ），运转几分钟待稳定后，依次自左至右记录七只压力表及轴向压力表的读数。
重新调节加载油腔压力p 0 =3 kgf/cm 2（F=1844 N ），待稳定后记录压力表的值于实验报告表图8-1中。
2. 摩擦系数 ƒ 及特性系数 λ 的测定特性系数λ的获得主要是测定η、p 及n 各项参数。
粘度 η 主要根据轴承平均工作温度t m 来决定。
轴承压力p 可根据轴承载荷确定。
转速可从（图8-10）转速表10上测得。
实验时，使加载油腔压力p 0 = 4 kgf/cm 2 时保持不变，将卡板7（见图8-8）打开，使测力杆3可以自由转动，依次将主轴转速调至600、500、400、300、200、100、50r/min ，记录各转速时的测力计读数于表2中。
由经验得出轴承的平均工作油温t m 为：t m = 9.32+0.85t 1 0C （11） 根据轴承平均油温可查得粘度 η = 0.024(Pa ⋅S)。
改变轴承载荷，使加载油腔压力p 0 = 2 kgf/cm 2，重复上速过程,将所测得之ƒ—λ曲线与第一次试验相比较（两次试验曲线应基本重合）以证明 ƒ 仅与 λ 有关。
测试完毕，应注意先卸载、降速再停机。
七. 数据处理 1. 绘制轴承周向油膜压力分布曲线与承载量曲线。
1—试验轴承箱 2—供油压力表 3—减压阀 4—加载油腔压力表 5—液流阀 6—油箱 7—总开关 8—变速箱 9—V 带传动 10—转速表 11—转速调节旋纽 12—转速控制开关 13—油泵开关 14—主电机开关 15 调速电动机 图8-10 HZS —I 型试验总体外观图当形成压力油膜后，压力表稳定在某一位置时，表中读数即表示轴承该点之周向油膜压力。
由左向右即为1、2、~7号压力表，然后依次将各压力表的压力值记录在表1中。
根据测出的压力大小按一定的比例绘制周向油膜压分布曲线，如图8-11所示。
具体画法是：以轴径d作一个圆，取中线为0—0水平线，沿着上半圆从左向右画出角度为30︒、50︒、70︒、90︒、110︒、130︒、150︒等分，得出油孔点1、2、3、4、5、6、7位置。
通过这些点与圆心连成径向线，在它们延长线上，将压力表测出的压力值按比例（比例：0.1MP a =1cm）画出压力向量1—1'、2—2'、…7—7'。
将1' 、2'….7 '各点连成光滑曲线，这就是位于轴承中部截面的油膜周向压力分布曲线。
如图8-11所示。
为了确定轴承承载量，可以用作图法确定轴承中间剖面上的平均单位压力P m值。
作图如下：将图8-11上部圆周上各点0、1、2、……7、8投影到0'—0'水平直线上（见图8-11下部）得到0、1、2、……7、8点，在相应点的垂线上标出对应压力值在垂直方向的分量，从而在垂线上得到0、1"、2"、3"……7"、8点,将各点连成光滑曲线即为承载量曲线。
用数方格方法求出此曲线所围的面积，与在纵向上取P m值使其与0—8所围的矩形面积相等，此P m值经原比例换算后既为轴承中间剖面上的平均单位压力。
轴承处在液体摩擦工作状态时，轴承内油膜的承载量可用下式求出：P = k⨯ P m⨯B⨯d （12）式中：k为轴瓦在宽度方向的端泄对油膜压力的影响系数。
一般认为轴向油压近似呈二次抛物线规律分布，k=2/3 。
将求得的载荷P与实际载荷F 加以分析比较。
2.绘制轴承轴向油膜压力分布曲线通过压力表8可测出轴向B/4处的压力p8，用坐标纸绘制轴向油膜压力分布曲线，画一条水平线取长度0—0为B = 60mm，在中点4的垂线上按前述比例尺标出该点的压力值为4—4'= p4（端点为p4），在距两端B/4 =15 mm处（即8点）沿垂线方向各标出压力值8—8'= p8，轴承两端压力为零，0、8'、4'、8'、0五点可连成一光滑曲线如图8-12所示。
如果轴向油膜压力符合抛物线分布规律，根据计算，则有p8 =3/4 p max，其中p max= p4，将实测的p8与此值进行分析比较。
图8-12轴向油膜压力分布曲线3.绘制轴承摩擦特性曲线滑动轴承的摩擦系数是润滑油粘度η，轴的转速n、轴承压力p的函数，λ值称为滑动轴承的特性系数。
其最小值是液体摩擦和非液体摩擦的临界点。
其特性系数λ由式（7）表示。
记算出不同压力及转速下的摩擦系数，在坐标纸上以λ为横坐标，f为纵坐标绘制f—λ曲线，如图8-2所示。
f由式（10）计算。
八.计算机辅助实验及数据处理①在该轴瓦的上半部沿周向、轴向承载区测试压力部位安装压力传感器，设计一套测试系统，通过A/D转换，编制有关程序，实现了计算机对油膜压力实验数据的采集（对于摩擦特性曲线实验，采用“人机对话”方式输入实验数据）。
然后，利用计算机进行计算和数据处理，直接在屏幕上显示，由打印机打印输出实验结果、实验数据表格、绘制油膜压力分布和摩擦特性曲线。
实验装置的系统框图如图8-13所示。
图8-13计算机辅助实验框图实验前首先检查试验台压力传感器及各设备联接是否正确，然后进行实验，按规定要求调整主轴转速并加载，待油膜压力稳定后操作机算机。
计算机操作步骤如下：1．直接双击桌面滑动轴承图标。
2．点击读取压力，然后返回主菜单。
3．在轴系加载栏填入你所加的载荷（机器面板上的载荷数）。
4．在主轴转速栏填入你调的转速数。
5．点击显示压力6．在显示的桌面上点击计算压力数据7．在显示的桌面上点击计算压力分布图。
8．返回主菜单，进入实验报告输出。
九．实验报告液体动压润滑径向轴承油膜压力和特性曲线实验报告(一)实验目的(二) 轴承简图及主要参数(1) 主要参数型号轴颈直径 d = mm轴承宽度 B = mm测力杆力臂长度L = mm轴瓦材料轴径材料润滑油牌号润滑油粘度η = Pa⋅s初始载荷(或轴瓦、压力计与自重) Go = N(2) 轴承简图(三) 实验结果(4)f—λ摩擦特性曲线图（用两张16开坐标纸绘出附于报告后面）。