(情绪管理)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。

λη=

n p

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/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 ⨯=2

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

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 L

d 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