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。

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

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/cm2；

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）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

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/cm2。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p0=4 kgf/cm2（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p0 =3 kgf/cm2（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。

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︒、