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。本实验台轴瓦自重为40N，B—轴瓦的宽度，d—轴的直径。）

在边界摩擦时，f随λ的变大而变化很小，进入混合摩擦后，λ的改变引起f的急剧变化，在刚形成液体摩擦是f达到最小值，此后，随λ的增大油膜厚度也随之增大，因而f也有所增大。摩擦系数f之值为

f=(π2/30ψ)·（μn/p）+0.55ψξ

式中，ψ—相对间隙；

ξ—随轴承长径比而变化的系数，对于l/d<1的轴承，ξ=1.5；l/d≥1时，ξ=1。

相对间隙：ψ= (D-d)/d

计算如下：dn＝15000<50000 ，

D-d=0.0007d+0.008=0.05

ψ= (D-d)/d =0.05/60=0.0008

4）油膜压力测量装置

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传感器（测周向压力），在轴承轴向有效宽度B/4处也钻有一个小孔，并连接一只压力传感器（测轴向压力）。从而可绘出轴承的周向和轴向压力分布曲线。

5）实验台的主要参数及性能

试验轴瓦内径d=70mm

长度B=125mm

粗糙度 (旧标准 )

材料ZQSn6-6-3

加载范围0-1000N(0～100kg)

负载传感器精度0.01量程0～10mm

压力传感器精度2.5％量程0～0.6MPa

测力杆上测力点与轴承中心距离L=120mm

测力计标定值K=0.098N／△

电机功率 355W

调速范围：3～500rpm

试验台重量：52kg

三、实验内容及要求

1．在轴承载荷F=80kg和F=70kg时，分别测量轴承周向油膜压力和轴向油膜压力，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。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。

3．液体动压轴承油膜压力周向分布的仿真分析与位置模拟：采用与实验台配套的仿真软件，通过建模与数值仿真，得到液体动压轴承油膜压力周向分布的仿真曲线，以及轴承在不同载荷作用下的最小油膜厚度和偏位角。

四、实验方法与步骤

1、测取绘制径向油膜压力分布曲线与承载曲线图。

1)启动电机，将轴的转速调整到一定值(可取200rpm左右)，注意观察从轴开始运转至200rpm时灯泡亮度的变化情况，待灯泡完全熄灭，此时已处于完全液体润滑状态；

2)用加载装置分几次加载70kg左右(但且莫加载超过1000N即100kg)。

3)待各压力传感器的压力值稳定后，由左至右依次记录各压力传感器的压力值：

4)卸载、关机

5)根据测出的各压力传感器的压力值按一定比例绘制出油压分布曲线，此图的具体画法是：沿着圆周表面从左到右画出角度分别为30°、50°、70°、90°、110°、130°、150°分别得出油孔点l、2、3、4、5、6、7的位置。通过这些点与圆心O连线，在各连线的延长线上，将压力传感器(比例：0.1MP＝5mm)测出的压力值画出压力线l-l' 、2-2' 、3-3' ……7-7' 。将1'、2' ……7'各点连成光滑曲线，此曲线就是所测轴承的一个径向截面的油膜径向压力分布曲线。

为了确定轴承的承载量，用Pi 表示向量1-1'、2-2'、……7-7'的压力值。在投影直径0"-8"上先画出轴承表面上油孔位置的投影点1" 2"……7"，然后通过这些点画出上述相应的各点压力Pi ，即1"'、2"'、…7"'等点，（其长度1"-1"'＝l-l'，2"-2"'＝2-2'，等等）将各点平滑连接起来，所形成的曲线即为在载荷方向的压力分布。

在投影直径0"-8"上做一个矩形，采用方格纸，使其面积与曲线所包围的面积相等，那么，矩形的边长P平均乘以轴瓦宽度B再乘以轴的直径d便是该轴承油膜的承载量。但必须考虑端部泄漏造成的压力损失，故最后的油膜承载量为：q＝P平均·B·d·δ

P平均：径向单位平均压力

B：轴瓦宽度110mm

d：轴的直径60mm

δ：端泄系数，取0.7。

2.测量摩擦系数f与绘制摩擦特性曲线

1）启动电机，逐渐使电机升速，在转速达到250－300转时，旋动螺杆，逐渐加载到700N（70kg），稳定转速后减速。

2）依次记录转速250－2转，负载为70kg时的摩擦力。

3）卸载，减速，停机。

4）根据记录的转速和摩擦力的值计算整理f 值，按一定比例绘制摩擦特性曲线如图所示。

五、实验操作注意事项

开机前的准备：用汽油将主轴油箱清理干净，加入N68(40#)机油至圆形油标中线以上。

面板上调速旋钮逆时针旋到底（转速最低），夹在螺旋杆旋至于外加载荷传感器脱离接触。

通电后，旋转调速旋钮使主轴在100—200rpm运行。此时油膜指示灯应熄灭。稳定运行3—4分钟后，即可按实验指导书的要求操作。

注意事项：

1、由于主轴和轴瓦加工精度高，配合间隙小，使用的润滑油必须是经过

过滤的清洁机油，使用过程中严禁灰尘与金属屑进入油内。