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
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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
2）润滑油温度的影响
润滑油的油温高低决定了运动粘度的变化 趋势，油温升高，油的粘度值降低，运动时产 生的摩擦阻力下降，产生的摩擦力就降低，承 载力就下降。油温降低、油的粘度值加大，运 动时产生的摩擦阻力增加，相应的承载力就会 提高。一般在设计液体动压滑动轴承时油的温 度要控制在70℃左右，最高不超过100℃。在 我们这个实验中，由于设备运转时间短，油温 的变化很小，对油膜压力值的影响可忽略不计， 将油的温度视为实验台设置的温度30℃。
固体摩擦区 液体摩擦区
摩擦特征曲线图
7.4 动压油膜建立的判断
固体摩擦区 液体摩擦区
摩擦特征曲线图中： f — 轴颈与轴承之间的摩擦系数 0 — 轴承特性系数 A — 临界点（非液体润滑向液体润滑转变） — 临界特性系数
轴承的特性系数（入）可由下式计算
n
p
n S
Fபைடு நூலகம்
式中： — 润滑油动力粘度（Pa.s） n — 主轴转速 (R/min) P — 轴承的比压（压强）（N/mm2）
3．液体压轴承摩擦特征曲线的测定
该实验装置通过压力传感器和A/D
板采集和转换轴承的摩擦力矩，轴承的
工作载荷并输入计算机得出摩擦系数的
特征曲线，了解影响摩擦系数的因素。
7.9 实验步骤
1.开机前先旋松加载手柄，调速旋钮回零。 2.启动实验台的电动机。开机后匀速升高转 速，避免冲击载荷损坏设备。
3.所加载荷不允许超过100kg，避免载荷过大 损坏设备。
7.6
HS–B滑动轴承试验台介绍
4 3 6 7 5 8 9 10、11 12
1．操纵面板 2．电机 3．三角带
2
1
4．轴向油压传感器 5．外加载荷传感器
6．螺旋加载杆 8．径向油压传感器（7只） 10．主轴 11．主轴瓦
7． 摩擦力传感器测力装置 9． 传感器支撑板 12．主轴箱
操纵面板说明 I
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。
F P dB
F d B S
— 外载荷（N） — 轴颈直径（mm） — 轴承有效工作长度（mm） = d × B —有效工作面积（mm）
7.5 油膜压力测量、分析
1. 动压润滑压力油膜
径 向 压 力 油 膜 示 意 平 均 压 力 示 意 图
轴向压力油膜示意图
径向滑动轴承油 膜压力分布曲线
2．油膜压力分析
4.为防止主轴瓦在无油膜运转时损坏，在面 板上有无油膜报警指示灯，正常工作时指示 灯熄灭，严禁在指示灯亮时主轴高速运转。
5. 测试实验要求
作滑动轴承油膜压力仿真与测试实验时， 按照实验报告要求均匀旋动调速按钮，将转速 升到一定值后，通过加载手柄对滑动轴承进行 加载。在滑动轴承油膜压力仿真与测试分析界 面上，单击[稳定测试]键，稳定采集滑动轴承 各测试数据。 测试完后，将给出实测仿真八个压力传感 器位置点的压力值。实测仿真曲线自动绘出， 同时弹出[另存]对话框，提示保存。单击[打 印]键，弹出打印对话框，选择后将滑动轴承 油膜压力仿真曲线图和实测曲线图打印出来。
隙使轴颈在回转时产生泵油作用，将润滑油挤 入摩擦面表面之间，建立起压力油膜，将两个 摩擦面分离开来，形成液体摩擦支承外载荷从 而避免两个摩擦表面的直接接触和磨损，我们 把这种轴承称为液体动压滑动轴承。
7.3 动压油膜的形成
在一定条件下,当各种参数协调时液体动
压油膜形成。此时液体动压力能使轴中心与
轴瓦中心有一偏距e，最小油膜厚度hmin，在
力分布的因素。
2．液体动压轴承油膜压力周向分布的仿真分析
该实验装置配置的计算机软件通过数据模 拟作出液体动压轴承油膜压力周向分布的仿真 曲线，与实测曲线进行比较分析。
3．液体压轴承摩擦特征曲线的测定 该实验装置通过压力传感器和A/D板采集 和转换轴承的摩擦力矩，轴承的工作载荷并输 入计算机得出摩擦系数的特征曲线，了解影响 摩擦系数的因素。
轴颈与轴承中心的连线上，我们把外载荷作 用线与轴颈和轴承中心连线所形成的夹角称 为偏位角。（见下页 ）
液体动压润滑油膜形成过程及油膜压力分布
动压油膜形成
由于实验台的外载荷是加在轴瓦上，故 动压油膜形成如上图示。
7.4 动压油膜建立的判断
液体动压润滑是否建立，可通过在HS-B试验 台上做摩擦特征曲线，简称f–u 曲线来判断。
数码管1：油压传感器顺序号： 1-7 号为7只径向传感器序号 8 号为轴向传感器序号 数码管3：径向、轴向油膜压力传感器采集的实时数据 数码管4：主轴转速传感器采集的实时数据 数码管5：摩擦力传感器采集的实时数据
操纵面板说明 II
数 码 管 6： 外加载荷传感器采集的实时数据。 油膜指示灯7：用于指示轴瓦与轴向油膜状态。 调速旋钮8： 用于调整主轴转速。 电源开关9： 此按钮为带自锁的电源按钮。 触摸开关2： 按动此键可显示1-8号压力传感器顺号和相应的压力
思考题
1. 动压滑动轴承的油膜压力大小与实验 中那些因素有关？ 2. 加载载荷对最小油膜厚度有何影响？ 3. f—μ 曲线中A点及μ 0点的意义。 第一次μ 0=？第二次μ 0= ？。 改变加载载荷和电机转速对μ 0的影响？ 4. 润滑油温度如有变化将会对动压滑动 轴承的油膜压力的变化产生什么影响？
6. 加载
作摩擦特征曲线实验，加载载荷在70～80 kg 间选择一定值，从较高转速(300转/分)分5次减速 往下做，其中第四次减速后应观察到油膜报警指 示灯闪烁，最后一次减速后应观察到油膜报警指 示灯完全亮。(测试数据采集完后,立即升高转速 使油膜报警指示灯息掉) 测试完后，绘制滑动轴承摩擦特征实测、仿真曲 线图，单击[打印]键，弹出打印对话框，选择后， 将滑动轴承摩擦特性仿真曲线图和实测曲线图打 印出来。
实验中，通过改变试验台的转速会引起
压力油膜压力值的改变，改变外载荷的大小 会引起压力油膜压力值的改变，在这个试验 中我们只能改变这两个参数来影响油膜压力 值的大小。下面就实际工作中能影响油膜压 力大小的因素进行讨论。
1）润滑油运动粘度的影响 润滑油对油膜压力的影响主要决取于它的运 动粘度。 不同品种的润滑油运动粘度不同，同一品种 但牌号不同润滑油运动粘度不同、粘度越高、产 生的油膜压力越大。 润滑油运动粘度可查手册或用粘度计测量。
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。
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
2）润滑油温度的影响
润滑油的油温高低决定了运动粘度的变化 趋势，油温升高，油的粘度值降低，运动时产 生的摩擦阻力下降，产生的摩擦力就降低，承 载力就下降。油温降低、油的粘度值加大，运 动时产生的摩擦阻力增加，相应的承载力就会 提高。一般在设计液体动压滑动轴承时油的温 度要控制在70℃左右，最高不超过100℃。在 我们这个实验中，由于设备运转时间短，油温 的变化很小，对油膜压力值的影响可忽略不计， 将油的温度视为实验台设置的温度30℃。
固体摩擦区 液体摩擦区
摩擦特征曲线图
7.4 动压油膜建立的判断
固体摩擦区 液体摩擦区
摩擦特征曲线图中： f — 轴颈与轴承之间的摩擦系数 0 — 轴承特性系数 A — 临界点（非液体润滑向液体润滑转变） — 临界特性系数
轴承的特性系数（入）可由下式计算
n
p
n S
Fபைடு நூலகம்
式中： — 润滑油动力粘度（Pa.s） n — 主轴转速 (R/min) P — 轴承的比压（压强）（N/mm2）
3．液体压轴承摩擦特征曲线的测定
该实验装置通过压力传感器和A/D
板采集和转换轴承的摩擦力矩，轴承的
工作载荷并输入计算机得出摩擦系数的
特征曲线，了解影响摩擦系数的因素。
7.9 实验步骤
1.开机前先旋松加载手柄，调速旋钮回零。 2.启动实验台的电动机。开机后匀速升高转 速，避免冲击载荷损坏设备。
3.所加载荷不允许超过100kg，避免载荷过大 损坏设备。
7.6
HS–B滑动轴承试验台介绍
4 3 6 7 5 8 9 10、11 12
1．操纵面板 2．电机 3．三角带
2
1
4．轴向油压传感器 5．外加载荷传感器
6．螺旋加载杆 8．径向油压传感器（7只） 10．主轴 11．主轴瓦
7． 摩擦力传感器测力装置 9． 传感器支撑板 12．主轴箱
操纵面板说明 I
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。
F P dB
F d B S
— 外载荷（N） — 轴颈直径（mm） — 轴承有效工作长度（mm） = d × B —有效工作面积（mm）
7.5 油膜压力测量、分析
1. 动压润滑压力油膜
径 向 压 力 油 膜 示 意 平 均 压 力 示 意 图
轴向压力油膜示意图
径向滑动轴承油 膜压力分布曲线
2．油膜压力分析
4.为防止主轴瓦在无油膜运转时损坏，在面 板上有无油膜报警指示灯，正常工作时指示 灯熄灭，严禁在指示灯亮时主轴高速运转。
5. 测试实验要求
作滑动轴承油膜压力仿真与测试实验时， 按照实验报告要求均匀旋动调速按钮，将转速 升到一定值后，通过加载手柄对滑动轴承进行 加载。在滑动轴承油膜压力仿真与测试分析界 面上，单击[稳定测试]键，稳定采集滑动轴承 各测试数据。 测试完后，将给出实测仿真八个压力传感 器位置点的压力值。实测仿真曲线自动绘出， 同时弹出[另存]对话框，提示保存。单击[打 印]键，弹出打印对话框，选择后将滑动轴承 油膜压力仿真曲线图和实测曲线图打印出来。
隙使轴颈在回转时产生泵油作用，将润滑油挤 入摩擦面表面之间，建立起压力油膜，将两个 摩擦面分离开来，形成液体摩擦支承外载荷从 而避免两个摩擦表面的直接接触和磨损，我们 把这种轴承称为液体动压滑动轴承。
7.3 动压油膜的形成
在一定条件下,当各种参数协调时液体动
压油膜形成。此时液体动压力能使轴中心与
轴瓦中心有一偏距e，最小油膜厚度hmin，在
力分布的因素。
2．液体动压轴承油膜压力周向分布的仿真分析
该实验装置配置的计算机软件通过数据模 拟作出液体动压轴承油膜压力周向分布的仿真 曲线，与实测曲线进行比较分析。
3．液体压轴承摩擦特征曲线的测定 该实验装置通过压力传感器和A/D板采集 和转换轴承的摩擦力矩，轴承的工作载荷并输 入计算机得出摩擦系数的特征曲线，了解影响 摩擦系数的因素。
轴颈与轴承中心的连线上，我们把外载荷作 用线与轴颈和轴承中心连线所形成的夹角称 为偏位角。（见下页 ）
液体动压润滑油膜形成过程及油膜压力分布
动压油膜形成
由于实验台的外载荷是加在轴瓦上，故 动压油膜形成如上图示。
7.4 动压油膜建立的判断
液体动压润滑是否建立，可通过在HS-B试验 台上做摩擦特征曲线，简称f–u 曲线来判断。
数码管1：油压传感器顺序号： 1-7 号为7只径向传感器序号 8 号为轴向传感器序号 数码管3：径向、轴向油膜压力传感器采集的实时数据 数码管4：主轴转速传感器采集的实时数据 数码管5：摩擦力传感器采集的实时数据
操纵面板说明 II
数 码 管 6： 外加载荷传感器采集的实时数据。 油膜指示灯7：用于指示轴瓦与轴向油膜状态。 调速旋钮8： 用于调整主轴转速。 电源开关9： 此按钮为带自锁的电源按钮。 触摸开关2： 按动此键可显示1-8号压力传感器顺号和相应的压力
思考题
1. 动压滑动轴承的油膜压力大小与实验 中那些因素有关？ 2. 加载载荷对最小油膜厚度有何影响？ 3. f—μ 曲线中A点及μ 0点的意义。 第一次μ 0=？第二次μ 0= ？。 改变加载载荷和电机转速对μ 0的影响？ 4. 润滑油温度如有变化将会对动压滑动 轴承的油膜压力的变化产生什么影响？
6. 加载
作摩擦特征曲线实验，加载载荷在70～80 kg 间选择一定值，从较高转速(300转/分)分5次减速 往下做，其中第四次减速后应观察到油膜报警指 示灯闪烁，最后一次减速后应观察到油膜报警指 示灯完全亮。(测试数据采集完后,立即升高转速 使油膜报警指示灯息掉) 测试完后，绘制滑动轴承摩擦特征实测、仿真曲 线图，单击[打印]键，弹出打印对话框，选择后， 将滑动轴承摩擦特性仿真曲线图和实测曲线图打 印出来。
实验中，通过改变试验台的转速会引起
压力油膜压力值的改变，改变外载荷的大小 会引起压力油膜压力值的改变，在这个试验 中我们只能改变这两个参数来影响油膜压力 值的大小。下面就实际工作中能影响油膜压 力大小的因素进行讨论。
1）润滑油运动粘度的影响 润滑油对油膜压力的影响主要决取于它的运 动粘度。 不同品种的润滑油运动粘度不同，同一品种 但牌号不同润滑油运动粘度不同、粘度越高、产 生的油膜压力越大。 润滑油运动粘度可查手册或用粘度计测量。
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。