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1、实验实验7 7 液体动压滑动轴承液体动压滑动轴承油膜压油膜压力与摩擦力与摩擦仿真及测试分析仿真及测试分析 7.1 7.1 实验目的实验目的 通过在通过在 HSHS B B 型试验台上，对液体动型试验台上，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。及影响油膜大小各项因素之间的关系。7.2 7.2 实验原理实验原理 利用轴承与轴颈配合面之间形成的楔形间利用轴承与轴颈配合面之
2、间形成的楔形间隙使轴颈在回转时产生泵油作用，将润滑油挤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。把这种轴承称为液体动压滑动轴承。7.3 7.3 动压油膜的形成动压油膜的形成 在一定条件下在一定条件下,当各种参数协调时液体动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压油膜形成。此时液体动压力能使轴中心与轴瓦中心有
3、一偏距轴瓦中心有一偏距e e，最小油膜厚度最小油膜厚度h hminmin，在在轴颈与轴承中心的连线上，我们把外载荷作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用线与轴颈和轴承中心连线所形成的夹角称为偏位角为偏位角。（见下页。（见下页 ）液体动压润滑油膜形成过程及油膜压力分布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动压油膜形成 由于实验台的外载荷是加在轴瓦上，故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。动压油膜形成如上图示。7.4 7.4 动压油膜建立的判断动压油膜建立的判断 液体动压润滑是否建立，可通过在液体动压润滑是否建立，可通过在H
4、S-BHS-B试验试验台上做摩擦特征曲线，简称台上做摩擦特征曲线，简称f fu u 曲线来判断。曲线来判断。摩擦特征曲线图摩擦特征曲线图 固体摩擦区固体摩擦区液体摩擦区液体摩擦区摩擦特征曲线图中：摩擦特征曲线图中：f f 轴颈与轴承之间的摩擦系数轴颈与轴承之间的摩擦系数 0 0 轴承特性系数轴承特性系数A A 临界点（非液体润滑向液体润滑转变）临界点（非液体润滑向液体润滑转变）临界特性系数临界特性系数固体摩擦区固体摩擦区液体摩擦区液体摩擦区7.4 7.4 动压油膜建立的判断动压油膜建立的判断轴承的特性系数轴承的特性系数（入）可由下式计算（入）可由下式计算F F 外载荷（外载荷（N N）d d
5、轴颈直径（轴颈直径（mmmm）B B 轴承有效工作长度（轴承有效工作长度（mmmm）S S=d d B B 有效工作面积（有效工作面积（mmmm）式中：式中：润滑油动力粘度（润滑油动力粘度（Pa.sPa.s）n n 主轴转速主轴转速 (R/min)R/min)P P 轴承的比压（压强）（轴承的比压（压强）（N/mmN/mm2 2）7.5 7.5 油膜压力测量、分析油膜压力测量、分析1.1.动压润滑压力油膜动压润滑压力油膜径向滑动轴承油径向滑动轴承油径向滑动轴承油径向滑动轴承油膜压力分布曲线膜压力分布曲线膜压力分布曲线膜压力分布曲线轴向压力油膜示意图轴向压力油膜示意图径径向向压压力力油油膜膜示示
6、意意平平均均压压力力示示意意图图2 2油膜压力分析油膜压力分析 实验中，通过改变试验台的转速会引起实验中，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。力大小的因素进行讨论。1 1）润滑油运动粘度的影响）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润滑油对油膜压力的影响主要决取
7、于它的运动粘度。动粘度。不同品种的润滑油运动粘度不同，同一品种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。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。润滑油运动粘度可查手册或用粘度计测量。2 2）润滑油温度的影响）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
8、度值加大，运载力就下降。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提高。一般在设计液体动压滑动轴承时油的温度要控制在度要控制在7070左右，最高不超过左右，最高不超过100100。在。在我们这个实验中，由于设备运转时间短，油温我们这个实验中，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，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将油的温度视为实验台设置的温度3030。3 3）转速对油膜压力的影响）转速对油膜压力的影响 转速越高，单位时间通过
9、载荷作用面的润滑转速越高，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，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。油膜压力升高要小得多
10、。4 4）液体动压滑动轴承设计的结构、尺寸，制造）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。都有直接的影响。7.6 7.6 HSHSB B滑动轴承试验台介绍滑动轴承试验台介绍11操纵面板22电机3三角带4轴向油压传感器346578910、11125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主轴箱操纵面板说明操纵面板说明 I 数码管数码管数码管数码管5 5 5 5：摩擦力传感器采集的实时数据摩擦力传感器采集的实时数据数码管数码管数
11、码管数码管1 1 1 1：油压传感器顺序号：油压传感器顺序号：1-7 1-7 号为号为7 7只径向传感器序号只径向传感器序号 8 8 号为轴向传感器序号号为轴向传感器序号数码管数码管数码管数码管3 3 3 3：径向、轴向油膜压力传感器采集的实时数据径向、轴向油膜压力传感器采集的实时数据数码管数码管数码管数码管4 4 4 4：主轴转速传感器采集的实时数据主轴转速传感器采集的实时数据数数数数 码码码码 管管管管 6 6：外加载荷传感器采集的实时数据。外加载荷传感器采集的实时数据。油膜指示灯油膜指示灯油膜指示灯油膜指示灯7 7：用于指示轴瓦与轴向油膜状态。用于指示轴瓦与轴向油膜状态。调速旋钮调速旋钮
12、调速旋钮调速旋钮8 8：用于调整主轴转速。用于调整主轴转速。电源开关电源开关电源开关电源开关9 9：此按钮为带自锁的电源按钮。此按钮为带自锁的电源按钮。触摸开关触摸开关触摸开关触摸开关2 2：按动此键可显示按动此键可显示1-81-8号压力传感器顺号和相应的压力号压力传感器顺号和相应的压力传感器采集的实时数据。传感器采集的实时数据。操纵面板说明操纵面板说明 II注注注注：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。需数据将由控制系统自动发送、接收和处理。7.77.7软件界面操作说明软件界面操作
13、说明 1 1、由计算机桌面、由计算机桌面“长庆科教长庆科教”进入启动界面进入启动界面2 2、在图、在图7-77-7启动界面非文字区单击左键，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即可进入滑动轴承实验教学界面。实验指导实验指导实验指导实验指导 ：单击此键，进入实验指导书。单击此键，进入实验指导书。进入油膜压力分析进入油膜压力分析进入油膜压力分析进入油膜压力分析 ：单击此键，进入油膜压力及摩擦特性分析。单击此键，进入油膜压力及摩擦特性分析。进入摩擦特性分析进入摩擦特性分析进入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。单击此键，进入连续摩擦特性分析。实验参数设置
14、实验参数设置实验参数设置实验参数设置 ：单击此键，进入实验参数设置。单击此键，进入实验参数设置。退出退出退出退出 ：单击此键，结束程序的运行，返回单击此键，结束程序的运行，返回WINDOWSWINDOWS界面。界面。操操 作作 3 3、滑动轴承油膜压力仿真与测试分析界面、滑动轴承油膜压力仿真与测试分析界面4 4、滑动轴承摩擦特征仿真与测试分析界面、滑动轴承摩擦特征仿真与测试分析界面7.7.8 8 实验内容实验内容1 1液体动压轴承油膜压力周向分布测试分析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、该实验装置采用压力传感器、A/DA/D板采集该板采集该轴承周向上七个点位置的油
15、膜压力，并输入计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，了解影响油膜压布图。通过分析其分布规律，了解影响油膜压力分布的因素力分布的因素。2 2液体动压轴承油膜压力周向分布的仿真分析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曲线，与实测曲线进行比较分析。该实验装置通过压力传感器和该实验装置通过压力传感器和A/DA/D
16、板采集板采集和转换轴承的摩擦力矩，轴承的工作载荷并输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摩擦系数的因素。3 3液体压轴承摩擦特征曲线的测定液体压轴承摩擦特征曲线的测定3 3液体压轴承摩擦特征曲线的测定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该实验装置通过压力传感器和A/DA/D板采集和转换轴承的摩擦力矩，轴承的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。特征曲线，了解影响摩擦系数的因素。7.
17、9 7.9 实验步骤实验步骤1.1.开机前先旋松加载手柄，调速旋钮回零。开机前先旋松加载手柄，调速旋钮回零。2.2.启动实验台的电动机。开机后匀速升高转速，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。避免冲击载荷损坏设备。3.3.所加载荷不允许超过所加载荷不允许超过100100kgkg，避免载荷过大避免载荷过大损坏设备。损坏设备。4.4.为防止主轴瓦在无油膜运转时损坏，在面板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。熄灭，严禁在指示灯亮时主轴高速运转。5.5.测试实验要
18、求测试实验要求 作滑动轴承油膜压力仿真与测试实验时，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加载。在滑动轴承油膜压力仿真与测试分析界面上，单击面上，单击 稳定测试稳定测试 键，稳定采集滑动轴承键，稳定采集滑动轴承各测试数据。各测试数据。测试完后，将给出实测仿真八个压力传感测试完后，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，器位置点的压力值。实测仿真曲线自动绘出，同时弹出同时弹出
19、 另存另存 对话框，提示保存。单击对话框，提示保存。单击 打打印印 键，弹出打印对话框，选择后将滑动轴承键，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。油膜压力仿真曲线图和实测曲线图打印出来。6.6.加载加载 作摩擦特征曲线实验，加载载荷在作摩擦特征曲线实验，加载载荷在707080 80 kgkg间选择一定值，从较高转速间选择一定值，从较高转速(300(300转转/分分)分分5 5次减速次减速往下做，其中第四次减速后应观察到油膜报警指往下做，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闪烁，最后一次减速后应观察到油膜报警指示灯完全
20、亮。示灯完全亮。(测试数据采集完后测试数据采集完后,立即升高转速立即升高转速使油膜报警指示灯息掉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、仿真曲测试完后，绘制滑动轴承摩擦特征实测、仿真曲线图，单击线图，单击 打印打印 键，弹出打印对话框，选择后，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将滑动轴承摩擦特性仿真曲线图和实测曲线图打印出来。印出来。思考题思考题1.1.动压滑动轴承的油膜压力大小与实验动压滑动轴承的油膜压力大小与实验 中中那些因素有关？那些因素有关？2.2.加载载荷对最小油膜厚度有何影响？加载载荷对最小油膜厚度有何影响？3.3.f f曲线中曲线中A A点及点及0 0点的意义。点的意义。第一次第一次0 0=？第二次第二次0 0=？。？。改变加载载荷改变加载载荷和电机转速和电机转速对对0 0的影响？的影响？4.4.润滑油温度如有变化将会对动压滑动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？轴承的油膜压力的变化产生什么影响？