液体动压润滑机理分析实验

实验一   液体动压润滑机理分析实验
一、实验目的
1、 了解动压油膜承载现象及其形成的必要条件，加深对形成流体动压条件的理解；
2、 测量轴承周向及轴向的油膜压力、绘制其油膜压力分布曲线；
3、 测量滑动轴承的摩擦系数、绘制轴承 特性曲线；
4、 掌握动压滑动轴承试验机的工作原理及其参数测试方法。
二、实验仪器
HS----B液体动压轴承实验台
三、实验台结构与实验原理
 
实验台主要结构（见图1）

图1 滑动轴承试验台外形图
1.操纵面板 2.电机 3.三角带 4.轴向油压传感器接头 5.外加载荷感器 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

1、实验台的传动装置
 该实验台由直流电动机通过三角带驱动主轴9沿顺时针(面对实验台面板)方向转动，由无级调速器实现无级调速。本实验台主轴的转速范围为3-500rpm，主轴的转速由数码管直接读出。
2、轴与轴瓦间的油膜压力测量装置
轴的材料为45号钢，经表面淬火、磨光，由流动轴承支承在箱体10上，轴的上半部浸泡在润滑油中，本实验台采用的润滑油的牌号为N68(即旧牌号的40号机械油)，该油在20℃时的动力粘度为0.34Pa•S。主轴瓦8的材料为铸锡铅青铜。牌号为ZCuSn5Pb5Zn5(即旧牌号ZQSn5-5-5)。在轴瓦的一个径向平面内沿圆周钻有7个小孔，每个小孔沿圆周相隔20°，每个小孔联接一个压力表7，用来测量该径向平面内相应点的油膜压力，由此可绘制出径向油膜压力分布曲线。沿轴瓦的一个轴向剖面装有两个压力表(即4号和8号压力表)。用来观察有限长滑动轴承沿轴的油膜压力情况。
3、加载装置
    油膜的径向压力分布曲线是在一定的载荷和一定的转速下绘制的。当载荷改变或轴的转速改变时所测出的压力值是不同的，所绘出的压力分布曲线的形状也是不同的。转速的改变方法如前所述。本实验台采用螺旋如载，转动螺旋即可改变载荷的大小，所加载荷之值通过传感器数字显示，直接在实验台的操纵板上读出(取中间值)。

4、磨擦系数f测量装置
径向滑动轴承的摩擦系数f
随轴承的特性系数 值
的改变而改变( —油的动力
粘度， —轴的转速， —压
力， ，W—轴上的载
荷，W=轴瓦自重+外加载荷。                图二
本机轴瓦自重为40N，B——轴瓦的宽度，d——轴的直径。本实验台B=125mm，d=70mm)如图1-4所示。     图2  f—λ线图
    在边界摩擦时，f随 的增大而变化很小，进入混合摩擦后， 的改变引起f的急剧变化，在刚形成液体摩擦时f达到最小值，此后，随 的增大油膜厚度亦随之增大，因而f亦有所增大。
     摩擦系数f之值可通过测量轴承的摩擦力矩而得到。轴转动时，轴对轴瓦产生周向摩擦力F，其摩擦力矩为Fd/2，它使轴瓦8翻转，其翻转力矩通过固定在弹簧片5上的百分表6测出弹簧片的变形量并经过以下计算就可得到磨擦系数f之值。
根据力矩平衡条件得： 。
L——测力杆的长度(本实验台L=120mm)，
Q——作用在A处的反力。
    设作用在轴上的外载荷为W，则：
 
    而 (K——测力计的刚度系数(N/格)，见该实验台出厂时检测表上的说明)
 
        ——百分表读数(百分表的读数一格数，每格为0.01mm)
    5、磨擦状态指标装置
指示装置的原理如图三所示。当轴不转动，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，但由于此时的油膜很薄，轴与轴瓦之间部分微观不平度的凸峰处仍在接触，故灯忽亮忽暗；当轴的转速达到一定值时，轴和轴瓦之间形成的压力油膜厚度完全遮盖两表面之间微观不平度的凸峰高度，油膜完成将轴与轴瓦隔开，灯泡就不亮了。

 

 

 

 
                        图三

四、软件界面操作说明：
1）封面（图四）

图4

在封面上非文字区单击左键，即可进入滑动轴承实验教学界面。

2）滑动轴承实验教学界面（图5）         图5

[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。
3）滑动轴承油膜压力仿真与测试分析界面（图6）

图6
[稳定测试]：    单击此键，单击此键，稳定测试。
[历史文档再现]：单击此键，进行历史文档再现。
[打印]：        单击此键，打印油膜压力的实测与仿真曲线。
[手动测试]：    单击此键，进入油膜压力手动分析实验界面。
[返回主界面]：  单击此键，返回主界面。
4）滑动轴承摩擦特征仿真与测试分析界面
 
图7

[稳定测试]：单击此键，开始稳定测试。
[历史文档]：单击此键，进入历史文档再现。
[手动测试]：单击此键，输入各参数值，即可进行摩擦特性的手动测试
[打印]：单击此键，打印摩擦特性连续实验的实测与仿真曲线。
[返回]：单击此键，返回滑动轴承实验教学界面。
五、实验步骤：
1. 在封面上非文字区单击左键，即可进入滑动轴承实验教学界面。
2. 在滑动轴承实验教学界面上单击[实验指导]键，单击[进入油膜压力分析]键，进入油膜压力分析。
3. 启动实验台的电动机。在做滑动轴承油膜压力仿真与测试实验时，均匀旋动调速按钮，待转速达到一定值后，加载到70KG左右后，测定滑动轴承各点的压力值。在做滑动轴承摩擦特征仿真与测试实验时，均匀旋动调速按钮，使转速在375-2转/分钟变化，载荷不变，测定滑动轴承所受的摩擦力矩。
4. 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[另存为]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。
5. 在滑动轴承摩擦特征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，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破例曲线图和实测曲线呼打印出来。
6. 如果实验结束，单击“退出”，返回Windows界面。
六、实验操作注意事项：
1．开机前的准备： 关掉实验台操作面板上的调速按钮，使电机停转。
2．使用的机油必须通过过滤才能使用，使用过程中严禁灰尘及金属屑混入油内。
3．由于主轴和轴瓦加工精度高，配合间隙小，润滑油进入轴和轴瓦间隙后，不易流失，在做摩擦系数测定时，油压表的压力不易回零。需人为把轴瓦抬起，使油流出。
4．所加负载不允许超过150kg，以免损坏负载传感器元件。
5．为防止主轴瓦在无油膜运转时烧坏，在面板上装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。
6、做摩擦特征曲线实验，应从较高转速（300转/分）降速往下做加载载荷在70~120㎏，选择一定值，并在整个过程中，保持这一定值至结束实验。当载荷超过80kg和转速小于10转/分时建议不要继续往下做实验，否则会缩短设备的使用寿命。
七、  实验报告及思考题
1．实验报告
1）本实验目的；
2）本实验设备及参数测试原理；
3）已知条件和实验数据记录；
4）绘制滑动轴承摩擦特性曲线；
5）绘制油膜压力分布曲线；
6）结果分析与探索。
2．思考题
1） 从实验中如何观察滑动轴承动压油膜的形成
2） 为什么摩擦系数会随转速的改变而改变？
3） 为什么油膜压力分布曲线会随转速的改变而改变？
4） 实验中哪些因素引起摩擦系数的测定误差？

更详细请查看：机械设计实验指导书