实验四 液体动压滑动轴承实验

此项实验是径向加载的液体动压滑动轴承实验。实验可以测试动压滑动轴承的轴向、周向油膜压力分布曲线，摩擦特性曲线。

一、实验目的

1、熟悉动压滑动轴承油膜压力分布规律，了解影响油膜压力分布规律的因素，并根据油膜压力分布曲线确定轴承端泄影响系数Kb；

2、测定动压滑动轴承的摩擦特征曲线，并考察影响摩擦系数的因素。

二、实验台结构及原理

图1 HZS-1型动压滑动轴承实验台示意图

1、液体动压滑动轴承实验台的传动装置

图1为实验台总体布置，实验台的总开关在其正面下方。图2为实验轴承箱，件号9为主轴，由一对D级滚动轴承支撑。JZT型调速器电动机的可靠调速范围为120～1200转/分，为了扩大调速范围，实验台传动系统中有一个两级变速箱，当手柄向右倾斜，主轴与电机转速相同；当手柄向左倾斜，主轴为电机转速的1/6。因此主轴的可靠调速范围为20～1200转/分。 2、油膜压力测量装置

12为实验轴承，空套在主轴上，轴承内径d＝60mm，有效宽度B＝60mm。在轴承

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中间横剖面上，沿轴向开7个测压孔，在1200 范围内均匀分布，测压表1–7通过管路分别与测压孔相联。距轴承中间剖面L/4（即15mm）处，轴承上端有一个测压孔，表头8与其相联。

图2 实验轴承箱

1-7周向压力指示表 8-轴向压力指示表 9-轴 10-测力计 11-测力杆 12-实验轴承 13-平衡锤 14-加载油腔盖

3、实验轴承加载及轴承供油装置

采用液压加载方式：在机座内有一液压系统，液压油经油泵、压力控制阀及管路分别给轴承和加载油腔供油。件号14为加载盖板，固定在箱体上，加载油腔在水平面上的投影面积为60cm2 ，随着液压油压力的增加，轴承的载荷也相应的增加。 4、摩擦力矩的测量装置

在轴承外圆左侧装有测杆11，吊环装在测杆上以供测量摩擦力矩用，测力计10通过吊环与测力杆相连接，测点与轴承中心的距离为150mm，轴承外圆上装有两个平衡锤13，用以在轴承安装之前做静平衡。如图3所示：测量摩擦力矩时，将拉力计上的吊钩与环F连接，即可测得

摩擦力矩。测杆通过吊环作用在拉力计上的力F，有重锤予以平衡，其F数值可由公式(4-1) 求得。

图3 重锤拉力计工作原理图 1-圆盘；2-传动放大齿轮；3-重锤 14

F?WL1sin? ( 4—1) R式中R为圆盘半径，W为重锤之重量，L1 为?通过齿轮放大，可使表头指针转角放大10倍，表头刻度即为F的实际值，单位为克。

三、实验方法及步骤

1、测定动压滑动轴承的油膜压力分布，确定轴承端泄影响系数Kb 。

图4 周向油膜压力分布曲线 图5 轴向油膜压力分布曲线

（1）测试方法

开启油泵，调节溢流阀及减压手柄，使加载油腔压力及轴承供油压力均在1kgf/cm2 以下；将变速手柄放在低速档上；调节控制器按钮，使转速指针在最低速位置；将轴承左侧的测杆用卡板锁住；启动主电机，然后调节控制器旋钮，使指针读数在100～200r/min，再将变速手柄旋到高速档，使主轴转速达到1000r/min，调节溢流阀，将加载油压调到P0＝4kgf/cm2 ，此时轴承载荷 W?P0?60?8kgf（轴承自重8kgf）。运转几分钟，待各压力表指针稳定后，自左至右一次记录七个周向压力表及轴向压力表的读数；与此同时用温度计测量出口油温。 （2）周向油膜压力分布曲线

按照图4所示做一圆，取其直径为轴承内径d，现在圆周上定出七个压力表所接油孔位置，通过这些点沿半径延长方向以一定的比例尺量出所测量的相应压力表的读数值，用曲线板将各压力向量的末端联成一光滑曲线，这就是轴承中间剖面的周向油膜压力分布曲线。

由油膜周向压力分布曲线，可求得轴承中间剖面上的平均压强，如图4、5所示，将圆周上1、2、32227各点投影到另一水平直线上，在相应点的垂线上画出对应的压

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力值，将其端点1’、2’、3’2227’联成一光滑曲线，求出曲线的面积，然后取出Pm，使其所围面积与所求得面积相等，此Pm值即为轴承中间剖面上的平均压强。 （3）做油膜轴向压力分布曲线

做一水平线取其长度为轴承有效宽度（B=60mm）,在中点垂线上按一定比例尺画出该点的压力P4 ，端点为4’。在距中点两边各B/4（即15mm）处，沿垂线方向画出压力P8，轴承水平轴线两端的压力均为0，将0、8’、4’、8’、0 五点联成一光滑曲线，此曲线即为轴承油膜轴向压力分布曲线如图5，用前述方法可求出其平均压强Pa。 （4）确定端泄时轴向压力分布的影响系数Kb 由周向压力分布曲线求Kb1的值；

Kb1?W (4—2) PmBd式中：W—轴承承载量，可按实际载荷计（kgf） Pm——轴承中间剖面上的平均压强（kgf/cm2） B——轴承有效宽度（cm） d——轴承内径（cm）

由轴向压力分布曲线求出Kb2值：

Kb2?Pa (4－3) P4图6 轴承摩擦特性曲线

式中：Pa——前面所求得轴向平均压强（kgf/cm2 ）；

P4 ——轴承中间剖面中点的油膜压强（kgf/cm2 ），比较Kb1 与Kb2 看其是否相符，

是否符合抛物线分布规律。

2、轴承摩擦特性曲线的测定

测试原理参见图3，轴承摩擦特性理论曲线见图6。将轴承加载至P0 = 4 Kgf/cm2 （即W＝248kgf），再将主轴调至1000r/min ，然后转动拉力计表盘，使指针归零，解脱测杆卡板，把吊钩挂在测力杆的吊环上，待指针稳定后，记录其数值。然后依次将主轴转速调速到800，600，200，80，40，10，5，2，记录各转速时的拉力计读数，改变轴承载荷，使P0＝2 kgf/cm2 取W＝128kgf，重复记录各转速时拉力计的读数。然后列表计算各转速时的摩擦系数f，轴承特征值λ，计算公式如下：

摩擦系数：

F?L2?F?L5?F (4－4) f???dWdWW?2式中：F —拉力计读数（克）； W —轴承载荷（克）；

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L —测杆之力臂（L＝150mm）； d —轴承内径（d＝60mm）。

??n轴承特征值： ?? (4－5)

P式中：η—润滑油动力粘度（Pa2s），根据所测出口油温，及室温求出平均温度tm，可根据教材或图8的粘度—温度曲线，查出相应机械油轴承工作区的运动粘度，然后再转换成动力粘度。

n —主轴转速(min-1)； P —主轴之平均压强（N/mm2或MPa），P＝W/d3B。

四、实验机主要参数

实验轴承：直径：d=60mm；有效长度：L = 60mm；材料：铜合金ZQSn6-6-3；

表面粗糙度Ra 6.3；自重80N（包括压力表及平衡锤等）；

加载范围 0 —300N；转速范围 10—1200r/min； 轴承静压油垫受力面积 60cm2；

10号润滑油温度曲线及温度—粘度变化曲线如图7、8。

图7 进油温度与平均温度关系曲线 图8 温度与黏度曲线

五、实验注意事项

1、启动电机时，必须先开动油泵，然后再由低速启动电机，逐渐加大转速，不可把变速手柄放在高速档（右侧）启动，以免扭曲动力过大。

2、为了保证拉力计的精度，只有测轴向摩擦力矩时，才允许解脱测力杆卡板。 3、在混合摩擦区工作时间尽量短，以避免轴承磨损．

4、轴承供油压力必须保持在1kgf /cm2 左右，以便消除静压对实验数据的影响，同时保护硅胶进油管不致损坏。

5、测出口油时务必注意水银玻璃温度计不可碰撞金属物体。

六、实验预习思考题

见实验预习报告四。

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