油膜向滑动轴承实验

时间：2022-02-19 百科知识版权反馈

【摘要】：12.1.1 实验目的观察径向滑动轴承液体动压润滑的形成过程和摩擦状态。“油膜压力”数码管:显示径向、轴向油膜压力传感器采集的实时数据。根据上述4点的示值以及位于中间截面上中间传感器A4的示值，即可绘制出轴向油膜压力分布曲线。

12.1.1 实验目的

(1) 观察径向滑动轴承液体动压润滑的形成过程和摩擦状态。

(2) 测定和绘制径向滑动轴承径向油膜压力分布曲线和轴向油膜压力分布曲线。

(3) 了解径向滑动轴承的摩擦系数f的测定方法和摩擦特性曲线的绘制方法。

(4) 观察载荷和转速改变时油膜压力的变化情况。

12.1.2 实验设备

液体动压润滑径向滑动轴承实验台的外观如图12- 1所示。该设备主要由直流电动机1，V带传动2，外加载荷传感器3，螺旋加载杆4，摩擦力传感器5，径向压力传感器6(7只)，轴向压力传感器7(1只)，半轴瓦8，主轴9，机座10以及控制系统——操控面板11等组成。

图12- 1 液体动压润滑径向滑动轴承实验台

(a) 实验台外观;(b) 实验台主要结构

1—直流电动机;2—V带传动;3—外加载荷传感器;4—螺旋加载杆;5—摩擦力传感器;

6—径向压力传感器(7只);7—轴向压力传感器(1只);8—半轴瓦;

9—主轴;10—机座;11—操控面板

实验台操控面板如图12- 2所示。

图12- 2 实验台操控面板

“测点号”数码管:显示径向、轴向油膜压力传感器的顺序号，其中1～7号表示7只径向油膜压力传感器序号，8号为轴向油膜压力传感器的序号。

“油膜压力(k Pa)”数码管:显示径向、轴向油膜压力传感器采集的实时数据。

“转速(r/min)”数码管:显示主轴光电测速传感器采集的实时数据。

“轴瓦摩擦力(N)”数码管:显示摩擦力传感器采集的实时数据。

“外加载荷(N)”数码管:显示外加载荷传感器采集的实时数据。

“油温(℃)”数码管:显示润滑油油温传感器采集的实时数据。

“调速”旋钮:用于调整主轴的转速。

“油膜指示”灯:用于指示轴瓦与轴颈间的油膜状态。无油膜时，油膜指示灯亮;正常工作时，油膜指示灯灭。如果轴瓦和轴之间无油膜，则很可能烧坏轴瓦。

“电源”开关:此按钮为带自锁的电源按钮。

“测点选择”按钮:按此按钮，在“测点号”数码管中就会依次显示各压力传感器的序号，同时在“油膜压力(k Pa)”数码管、“轴瓦摩擦力(N)”数码管中会依次显示相对应的采集数值。

液体动压润滑径向滑动轴承实验台的主要技术参数为:

直流电动机:功率355W，调速范围800～1500r/min;

实验轴瓦:内径D=60mm，有效宽度B=110mm，表面粗糙度Ra=1.6μm，材料ZCu Sn5Pb5Zn5;

主轴:直径d=60mm，材料45号钢，表面淬火，表面粗糙度Ra=0.8μm，调速范围3～375r/min;

外加载荷传感器:型号BHR-4，量程0～2000N，精度0.03%;

摩擦力传感器:型号BLR-12C，量程0～50N，精度0.03%;

压力传感器:型号ZQ-Y4，量程0～0.6MPa，精度0.1%;

温度传感器:量程-40～85℃，精度0.5%;

测力点距轴承中心距离(摩擦力力臂):L=120mm。

12.1.3 实验原理

在图12- 1所示的径向滑动轴承实验台中，主轴由两个高度精密的单列深沟球轴承支承，其上方装有精密加工制造的半轴瓦，直流电动机和主轴之间用V带进行传动。主轴工作时顺时针转动，由装在机座下方的柜式箱体内的调速器实现主轴的无级变速，其转速大小由装在操纵面板上的“转速(r/min)”数码管直接显示。半轴瓦的外圆上方有加载装置，通过螺旋加载杆即可对轴瓦加载，加载大小由外加载荷传感器通过操纵面板上的“外加载荷(N)”数码管直接显示。半轴瓦上装有测力杆，通过测力杆装置可由摩擦力传感器读出摩擦力值，并在操纵面板上的“轴瓦摩擦力(N)”数码管上显示。

1) 油膜形成(摩擦状态)指示装置

在图12- 2所示的实验台操控面板上，设有一个“油膜指示”灯，其电路原理如图12- 3所示。指示灯通过半轴和半轴瓦连成一个回路，当主轴不转动时，主轴和半轴瓦直接接触，“油膜指示”灯电路接通，指示灯很亮;当主轴低速转动时，润滑油进入主轴和半轴瓦之间形成很薄的油膜，主轴和半轴瓦之间部分微观不平度的凸峰部分仍在接触，故指示灯忽亮忽暗;当主轴达到一定转速时，主轴和半轴瓦之间形成的压力油膜厚度完全遮盖了两表面之间的微观不平度高峰，油膜完全将主轴和半轴瓦隔开，指示灯熄灭。根据油膜指示灯的接通状况，可以观察液体动压润滑的形成过程和摩擦状态。

图12- 3 油膜指示灯电路原理图

2) 动压油膜压力的测量

为了测量主轴与轴瓦之间润滑油膜的压力，在轴瓦宽度方向1/2处横截面上，以中间对称均匀钻有7个小孔，每个小孔沿圆周相隔20°，每个小孔连接一个压力传感器，如图12- 4所示的A1～A7，用以测量该截面内相应点油膜压力，由此可绘制出径向油膜压力分布曲线。在轴瓦宽度方向1/4处横截面上的半圆周中间沿径向钻1个小孔，用以连接压力传感器A8。由于轴承的轴向油膜压力分布呈对称抛物线规律，故沿轴承宽度方向1/4和3/4处的油膜压力相同(同为传感器A8的示值)，且沿轴线轴承两端因泄漏油膜压力应为零。根据上述4点的示值以及位于中间截面上中间传感器A4的示值，即可绘制出轴向油膜压力分布曲线。

图12- 4 压力传感器表分布

3) 摩擦系数f的测定

摩擦系数f值可通过测量轴承的摩擦力矩而得到。当主轴转动时，轴对轴承产生周向摩擦力F，如图12- 5所示，其摩擦力矩T=F×d/2。由于轴承是悬浮式安装，该力矩可使轴承随轴翻转。因此，在轴承径向方向装有一个测力杆，该测力杆另一端装有一个摩擦力传感器。当轴承欲随轴翻转时，测力杆被摩擦力传感器测量头顶住，使轴承不能随轴翻转，保持径向平衡位置。设测力杆上A点为摩擦力传感器的测力点，该点的作用力为Q;测力杆上测力点A点与轴承中心的距离为L，则作用于轴承的摩擦平衡力矩为M=LQ。根据力矩平衡条件得

图12- 5 摩擦力计算受力分析

F×d/2=LQ

又根据摩擦力F=f W，将力矩平衡条件公式代入摩擦力计算公式得摩擦因素

式中 W——轴承所受外载荷(N);

d——轴承直径(mm);

Q——作用于A点的作用力(N);

L——测力杆上测力点A点与轴承中心的距离(摩擦力力臂)(mm)。

12.1.4 实验曲线的绘制

1) 滑动轴承径向油膜压力分布曲线和承载量曲线

根据测出的压力传感器的压力值，按一定的比例在方格纸上绘出油膜压力分布曲线。如图12- 6所示，以轴承内径d为直径作一圆，以Y轴为中心，在圆周上向左、向右每隔20°各取一点，共得7点，即7只径向压力传感器所接油孔的位置1，2，3，4，5，6，7。通过这些点与圆心相连，在各连线的延长线上画出压力线1—1′，2—2′，3—3′，4—4′，5—5′，6—6′，7—7′，其大小与对应的压力传感器所测的压力值成正比(比如0.1MPa=5mm)，用曲线板将1′，2′，3′，4′，5′，6′，7′各点连成一光滑曲线，即得位于轴承中间截面的油膜压力分布曲线。此曲线起末两点0和8由曲线光滑连接定出。

将位于圆周上的0，1，2，…7，8各点投影到水平直线OX′上(图12- 6下面)，分别为0″，1″， 2″，…，7″，8″，并在相应点的垂线上标出对应的压力值，将其端点0′，1′，2′，…，7′，8″连成一光滑曲线，便得该轴承的承载量曲线。将0′—3′—8′所围成的面积用面积仪求出，或近似地用数格法计算曲线所围的面积，然后以0″—8″线为底边作矩形0″AB8″，使其面积与曲线所围面积相等，则对应的Pm即为轴承中间截面上的平均压力。

2) 滑动轴承轴向油膜压力分布曲线

作一水平线段，取其长度为轴承有效宽度B=110mm，在中点的垂线上按一定的比例标出该点的压力值4′(传感器A4的压力值)，如图12- 7所示，在距两端B/4处分别作垂线，并在垂线上标出压力值8′(传感器A8的压力值)，轴承两端压力均为0。将0，8′，4′，8′，0连成一光滑曲线，即得轴承轴向油膜压力分布曲线。同样，可用前述方法求得其平均压力Pm。

图12- 6 轴承径向油膜压力分布曲线和承载曲线

3) 滑动轴承摩擦特性曲线

径向滑动轴承的摩擦系数f随轴承的特性系数λ值的改变而改变。轴承的特性系数

图12- 7 轴承轴向油膜压力分布曲线

式中 n——主轴的转速(r/min);

η——润滑油动力黏度(Pa·s);

根据实测记录数据计算摩擦系数f及轴承的特性系数λ，按一定的比例在方格纸上绘出轴承摩擦特性曲线如图12- 8所示。

12 8 轴承摩擦特性曲线

12.1.5 实验步骤

(1) 接通电源前，先将操控面板上电动机“调速”旋钮逆时针轻旋到底，即将电动机转速置于零的位置，以免开机时电动机突然起动;然后将螺旋加载杆与外加载荷传感器脱离接触，以免因带载起动造成轴瓦磨损。

(2) 接通实验台电源(单相220V)，打开电源开关，将“外加载荷(N)”数码管调整为零。

(3) 起动电动机，将轴的转速逐渐调整到400r/min，注意观察油膜指示灯亮度的变化情况，待油膜指示灯完全熄灭。