液体动压径向滑动轴承实验

液体动压径向滑动轴承实验一、实验内容与目的：1．观察径向滑动轴承的摩擦现象，加深对概念的理解；2．测绘径向滑动轴承的摩擦特性曲线，掌握测绘方法；3．测绘径向滑动轴承油膜压力曲线，求油膜承载能力。了解复杂问题的简化处理方法。二、实验设备的结构与工作原理：本实验有二类（二种型号）设备，它们的结构示意图如图1和图2所示：它们包括以下几个部分：类型项目HS-A型试验台HZ型试验台轴与轴瓦轴材料为45号钢，轴径经表面淬火、磨光，表面粗糙度达到Ra=1.6用滚动轴承支承在机架上，轴瓦材料为ZCuSn5Pb5Zn5（旧国标为锡青铜6-6-3），轴瓦内孔精镗后与轴研配以保证与轴配合精度。在轴瓦的中间径向截面处，沿半圆周布置七个与轴和轴瓦间油膜相通的小孔，这些小孔又分别与压力表相连。七个小孔位置为沿半圆周的圆周角分别为300、500、700······1500。七个小孔位置为沿半圆周的圆周角分别为22.50、450、67.50······157.50。瓦外面与测力弹簧相接。轴的转速调节装置轴的转动是由直流电动机通过“V”型带来带动的。由无级调速器实现轴的无级调速。本实验台轴沿顺时针（面对实验台面板）方向转动。轴的转速范围为0～500转/分。轴的转速由调速旋钮控制，实现无级调速。转速值由数码管直接读出。本实验台轴沿逆时针（面对实验台面板）方向转动。轴的转速范围为0～500转/分。轴的转速由调速旋钮控制，实现无级调速。转速值由数码管直接读出。轴与轴瓦间油膜压力测量轴与轴瓦间油膜压力是通过安装在轴瓦上的压力表测量的。当轴在一定转速下承受一定载荷时，可以从分布在轴瓦上的七块压力表上读出此时油膜的压力值（压力分布情况前面已介绍）加载系统采用螺旋加载方式。转动螺旋即可改变载荷的大小。所加载荷之值通过传感器和数字电路由数码器显示。操纵板上还有一个压力初始调零装置，用来校正压力显示。初始载荷包括轴瓦及安装在轴瓦之上各物体重量总和，其值为1430.W公斤。油膜所承受载荷为10WWP；其中1W为操纵面板上数码器的压力指示值，本实验台的加载范围为0～100公斤。采用砝码加载方式。加减砝码盘上的砝码可以改变加在轴瓦上载荷的大小。加载系统由图2中10-20号部件所组成。由图上可以看出这是一个放大机构，其放大比75i。砝码每块重为101W牛顿。初始载荷包括轴瓦和安装在轴瓦上的各物体重量总和，其值为5000W牛顿。油膜所承受之载荷为10wijwp；其中j为所加砝码的个数。本实验台加载范围为7-8块砝码。摩擦系数测量径向滑动轴承的摩擦系数f随轴承的特性系数,(0Pn其中——油的动力粘度=0.34PaS；n——轴的转速；0P——比压，P0=BdP,P——油膜所承受的载荷；B——轴瓦宽度；d——轴径）值的变化而改装置变。其变化规律为图3所示。干摩擦边界润滑混合润滑弹性流体动力润滑流体动力润滑fλ图3摩擦因数——轴承特性系数曲线从图3上可以看出，在混合润滑时，f随很小改变都会引起f的急剧变化，这种变化也是非线性的。在刚形成液体摩擦时f达到最小值，此后，随着的增大，油膜厚度亦随之增大，f也随之增大。摩擦系数f之值可通过测量轴承的摩擦力矩而得到。当轴转动时，轴对轴瓦产生同向摩擦力F，其摩擦力矩为Fd/2，它使轴瓦翻转，其翻转力矩可通过固定在弹簧片上的百分表（图一中部件9，图二中部件2）测出弹簧片的变形量△（测量中用百分表格数表示），并经过以下计算就可得到摩擦系数f的值：根据力矩平衡条件及：F·d/2=L·QdLQF2其中：L——测力杆的长度；Q——作用在支点处的反力。又因为PFfKQ[K——弹簧片刚度系数；△——百分表读（格数）]所以PdLDf2其中WWP0；W——外加载荷0W——初始载荷此试验台参数为：d=70mmB=125mm（轴瓦有效长度）百分表量程0～10mm，精度0.01；此试验台参数为：d=70mmB=70mm（轴瓦有效长度）百分表量程0～10mm，精度0.01；弹簧片刚度系数：K=0.196N/格L=120mm（测力杆长度）弹簧片刚度系数：K=0.03N/格L=400mm（测力杆长度）油膜承载力我们用实验数据通过数学处理方法来求油膜的承载力。从理论上我们知道液体动压径向滑动轴承油膜的承载能力可由下式求得：dBKPPm(P——油膜承载能力，K——轴承沿轴向压强分布不均匀系数；mP——轴承中间截面垂直方向平均压强；B——轴瓦有效长度；d——轴直径)。公式32K，只要求得mP值则油膜承载能力就求出来了。求mP的方法如下：1．绘2绘油膜压力分布曲线：根据实验中所测得的油膜压强（具体测量方法后边叙述）以一定的比例在坐标纸上绘出油膜压力分布曲线如图四上半部分。绘制方法如下：将半圆周分成8份，按油压表实际位置定出七块压力表的位置1、2······7。由圆8心O过1、2······7诸点引射线，沿径向画出向量1-1'’、2-2'’······7-7'’，使其数值等于相应各点的压力值（比例自选），用曲线板将1'’、2'’·······7'’诸点连成圆滑曲线，该曲线就是轴承中间截面处油膜压力分布曲线（因为压力表所接油孔即在轴瓦中间截面处）。如图四上半部分。2．绘制油膜压力垂直分量分布曲线将图四上半部分力中的0、1、2、······8各点在水平轴上的投影点定为0、1······8（水平轴比例与图四上半部分相同），如图四下半部分在垂直方向上过1、2、······7诸点画出压力向量11、22······77在垂直方向的投影值，将1、2······7诸点连成圆滑曲线，则此曲线即为油膜压力垂直分量分布曲线，如图四下半部分。3．求平均压强mP用数格法计算出油膜压力垂直分量分布曲线与水平轴所围面积数值，以0～8线为底边作一矩形，使其面积与曲线所围面积相等，则此矩形之高即为轴瓦中间截面处垂直方向的平均压强mP。4．求油膜承载能力：如图五所示，将mP与轴承有效长度B轴；直径d相乘即可得到不考虑端泄的有限宽轴承的油膜承载能力。实际上滑动轴承有端泄，在轴瓦两端处压力为零。如果轴与轴瓦沿轴向间隙相等，则其比压沿轴向呈抛物线分布。油膜可以证明，抛物面与轴直径截面所围体积与以mP值为高的长方体承载力的体积之比32K。所以，轴承的油膜承载能力就为dBKPPm。如果我们测量是精确的；那么我们计算结果P值应与轴承所加负载P相同。摩擦状态观察摩擦状态指示装置的原理是用一个与轴和轴瓦相连的直流电路上的灯泡来指示的。当轴不转动时，可看到灯泡很亮，当轴在很低的转速下转动时，轴将润滑油带入轴和轴瓦之间收敛性间隙内，但由于此时的油膜厚度很薄，轴与轴瓦之间部分微观不平的凸峰处仍在接触，故灯忽亮忽暗；当轴的转速达到一定值时，轴与轴瓦之间形成的压力油膜厚度完全分开两表面之间微观不平的凸峰，油膜守全将轴与轴瓦隔开，灯泡就不亮了。这个指示装置还有一个作用就是当指示灯亮时不能加载，以免出现油温过高烧瓦等现象。三、实验操作注意事项：1．注意安全，操作一定要在教师讲解完之后进行。2．加、减载荷时动作一定要轻，以免损坏机器的刀口或压力传感器。3．停机前必须先卸载后降速，最后切断电源。四、实验方法与步骤：一）操作前检查：1．调速旋钮是否逆时针旋到底；2．将百分表调零；3．查看油标，检查润滑油油位是否到位；4．使加载系统处于未加载状态；二）实验操作（在做完以上准备工作后）：1．观察润滑现象：接通电源，将调速旋钮右旋将使在一定转速（300转/分左右）下旋转，再回调至200转/分左右，然后再慢慢的调到转速为零。注意观察各种摩擦状态。2．摩擦系数测量：①接通电源，旋转调速旋钮使轴在一定转速（300转/分）下旋转。②用加、减载荷方法记录在不同载荷情况下百分表读数；然后再在一固定载荷（HS-A型加到40kg;HZ型加三块砝码）下，用加、减转速方法记录百分表读数。这样就得到摩擦系数各点值。3．油膜承载压力测量：①调节调速旋钮，将轴转速达到各试验机的最高转速（500转/分以内）；②加载使轴承受一定载荷（HS-A型100kg;HZ型六块砝码），待压力表值稳定后记录各块压力表的值。③卸下子下载荷，左旋调速旋钮到轴停转后关电源，实验操作结束。五、实验报告要求：用学校统一实验报告封面。实验报告的内容包括以下五部分：1、实验目的：2、实验内容和实验设备：3、实验测量数据：摩擦因素曲线数据表载荷（Kg或块）转速（rpm）△（百分表读数）△（百分表读数）△（百分表读数）平均值油膜承载力数据表载荷（Kg）转速（rpm）压力表读数表1表2表3表4表5表6表74、摩擦系数-轴承特性系数曲线；5、油膜承载力计算：