實驗7 液體動壓滑動軸承油膜壓力與摩擦仿真及測試分析

1、實驗實驗7 7 液體動壓滑動軸承油膜壓液體動壓滑動軸承油膜壓力與摩擦仿真及測試分析力與摩擦仿真及測試分析 7.1 7.1 實驗目的實驗目的 通過在通過在 HSHS B B 型試驗臺上，對液體動壓型試驗臺上，對液體動壓軸承進行徑向和軸向油膜壓力分布及大小的軸承進行徑向和軸向油膜壓力分布及大小的測量和仿真，對摩擦特性曲線進行測定及仿測量和仿真，對摩擦特性曲線進行測定及仿真，了解影響液體動壓滑動軸承油膜建立及真，了解影響液體動壓滑動軸承油膜建立及影響油膜大小各項因素之間的關系。影響油膜大小各項因素之間的關系。7.2 7.2 實驗原理實驗原理 利用軸承與軸頸配合面之間形成的楔形間利用軸承與軸頸配合面之

2、間形成的楔形間隙使軸頸在回轉時產生泵油作用，將潤滑油擠隙使軸頸在回轉時產生泵油作用，將潤滑油擠入摩擦面表面之間，建立起壓力油膜，將兩個入摩擦面表面之間，建立起壓力油膜，將兩個摩擦面分離開來，形成液體摩擦支承外載荷從摩擦面分離開來，形成液體摩擦支承外載荷從而避免兩個摩擦表面的直接接觸和磨損，我們而避免兩個摩擦表面的直接接觸和磨損，我們把這種軸承稱為液體動壓滑動軸承。把這種軸承稱為液體動壓滑動軸承。7.3 7.3 動壓油膜的形成動壓油膜的形成 在一定條件下在一定條件下, ,當各種參數協(xié)調時液體動當各種參數協(xié)調時液體動壓油膜形成。此時液體動壓力能使軸中心與壓油膜形成。此時液體動壓力能使軸中心與軸瓦中

3、心有一偏距軸瓦中心有一偏距e e，最小油膜厚度最小油膜厚度h hminmin，在，在軸頸與軸承中心的連線上，我們把外載荷作軸頸與軸承中心的連線上，我們把外載荷作用線與軸頸和軸承中心連線所形成的夾角稱用線與軸頸和軸承中心連線所形成的夾角稱為偏位角為偏位角 。（見下頁。（見下頁 ）液體動壓潤滑油膜形成過程及油膜壓力分布液體動壓潤滑油膜形成過程及油膜壓力分布動壓油膜形成動壓油膜形成 由于實驗臺的外載荷是加在軸瓦上，故由于實驗臺的外載荷是加在軸瓦上，故動壓油膜形成如上圖示。動壓油膜形成如上圖示。7.4 7.4 動壓油膜建立的判斷動壓油膜建立的判斷 液體動壓潤滑是否建立，可通過在液體動壓潤滑是否建立，可

4、通過在HS-BHS-B試驗試驗臺上做摩擦特征曲線，簡稱臺上做摩擦特征曲線，簡稱fufu 曲線來判斷。曲線來判斷。摩擦特征曲線圖摩擦特征曲線圖 固體摩擦區(qū)固體摩擦區(qū)液體摩擦區(qū)液體摩擦區(qū)摩擦特征曲線圖中：摩擦特征曲線圖中：f f 軸頸與軸承之間的摩擦系數軸頸與軸承之間的摩擦系數 0 0 軸承特性系數軸承特性系數A A 臨界點（非液體潤滑向液體潤滑轉變）臨界點（非液體潤滑向液體潤滑轉變） 臨界特性系數臨界特性系數固體摩擦區(qū)固體摩擦區(qū)液體摩擦區(qū)液體摩擦區(qū)7.4 7.4 動壓油膜建立的判斷動壓油膜建立的判斷軸承的特性系數軸承的特性系數 （入）可由下式計算（入）可由下式計算FSnpndBFP F F 外載

5、荷（外載荷（N N）d d 軸頸直徑（軸頸直徑（mmmm）B B 軸承有效工作長度（軸承有效工作長度（mmmm）S S = = d d B B 有效工作面積（有效工作面積（mmmm）式中：式中： 潤滑油動力粘度（潤滑油動力粘度（Pa.sPa.s） n n 主軸轉速主軸轉速 (R/min)(R/min) P P 軸承的比壓（壓強）（軸承的比壓（壓強）（N/mmN/mm2 2）7.5 7.5 油膜壓力測量、分析油膜壓力測量、分析1. 1. 動壓潤滑壓力油膜動壓潤滑壓力油膜軸向壓力油膜示意圖軸向壓力油膜示意圖徑向壓力油膜示意徑向壓力油膜示意平均壓力示意圖平均壓力示意圖2 2油膜壓力分析油膜壓力分析

6、實驗中，通過改變試驗臺的轉速會引起實驗中，通過改變試驗臺的轉速會引起壓力油膜壓力值的改變，改變外載荷的大小壓力油膜壓力值的改變，改變外載荷的大小會引起壓力油膜壓力值的改變，在這個試驗會引起壓力油膜壓力值的改變，在這個試驗中我們只能改變這兩個參數來影響油膜壓力中我們只能改變這兩個參數來影響油膜壓力值的大小。下面就實際工作中能影響油膜壓值的大小。下面就實際工作中能影響油膜壓力大小的因素進行討論。力大小的因素進行討論。1 1）潤滑油運動粘度的影響）潤滑油運動粘度的影響 潤滑油對油膜壓力的影響主要決取于它的運潤滑油對油膜壓力的影響主要決取于它的運動粘度。動粘度。 不同品種的潤滑油運動粘度不同，同一品種

7、不同品種的潤滑油運動粘度不同，同一品種但牌號不同潤滑油運動粘度不同、粘度越高、產但牌號不同潤滑油運動粘度不同、粘度越高、產生的油膜壓力越大。生的油膜壓力越大。 潤滑油運動粘度可查手冊或用粘度計測量。潤滑油運動粘度可查手冊或用粘度計測量。2 2）潤滑油溫度的影響）潤滑油溫度的影響 潤滑油的油溫高低決定了運動粘度的變化潤滑油的油溫高低決定了運動粘度的變化趨勢，油溫升高，油的粘度值降低，運動時產趨勢，油溫升高，油的粘度值降低，運動時產生的摩擦阻力下降，產生的摩擦力就降低，承生的摩擦阻力下降，產生的摩擦力就降低，承載力就下降。油溫降低、油的粘度值加大，運載力就下降。油溫降低、油的粘度值加大，運動時產生

8、的摩擦阻力增加，相應的承載力就會動時產生的摩擦阻力增加，相應的承載力就會提高。一般在設計液體動壓滑動軸承時油的溫提高。一般在設計液體動壓滑動軸承時油的溫度要控制在度要控制在7070左右，最高不超過左右，最高不超過100100。在。在我們這個實驗中，由于設備運轉時間短，油溫我們這個實驗中，由于設備運轉時間短，油溫的變化很小，對油膜壓力值的影響可忽略不計，的變化很小，對油膜壓力值的影響可忽略不計，將油的溫度視為實驗臺設置的溫度將油的溫度視為實驗臺設置的溫度3030。3 3）轉速對油膜壓力的影響）轉速對油膜壓力的影響 轉速越高，單位時間通過載荷作用面的潤滑轉速越高，單位時間通過載荷作用面的潤滑油就越

9、多，產生的摩擦力就越大，油膜壓力就越油就越多，產生的摩擦力就越大，油膜壓力就越大，特別是當轉速達到一定值使流體的流動由層大，特別是當轉速達到一定值使流體的流動由層流變?yōu)槲闪鲿r，承載力會得到顯著提高。在轉速流變?yōu)槲闪鲿r，承載力會得到顯著提高。在轉速升高的同時會使?jié)櫥偷臏囟壬仙?，運動粘度下升高的同時會使?jié)櫥偷臏囟壬仙?，運動粘度下降，使油膜壓力降低承載能力下降。相比而言，降，使油膜壓力降低承載能力下降。相比而言，油溫升高帶來的油膜壓力降低比轉速上升帶來的油溫升高帶來的油膜壓力降低比轉速上升帶來的油膜壓力升高要小得多。油膜壓力升高要小得多。4 4）液體動壓滑動軸承設計的結構、尺寸，制造）液體動壓滑

10、動軸承設計的結構、尺寸，制造精度，材料選擇對動壓油膜的產生和壓力的大小精度，材料選擇對動壓油膜的產生和壓力的大小都有直接的影響。都有直接的影響。7.6 HSB7.6 HSB滑動軸承試驗臺介紹滑動軸承試驗臺介紹11操縱面板22電機3三角帶4軸向油壓傳感器346578910、11125外加載荷傳感器6螺旋加載桿7 摩擦力傳感器測力裝置8徑向油壓傳感器（7只）9 傳感器支撐板10主軸 11主軸瓦12主軸箱 摩擦力傳感器采集的實時數據摩擦力傳感器采集的實時數據油壓傳感器順序號：油壓傳感器順序號：1-7 1-7 號為號為7 7只徑向傳感器序號只徑向傳感器序號 8 8 號為軸向傳感器序號號為軸向傳感器序號

11、徑向、軸向油膜壓力傳感器采集的實時數據徑向、軸向油膜壓力傳感器采集的實時數據主軸轉速傳感器采集的實時數據主軸轉速傳感器采集的實時數據 外加載荷傳感器采集的實時數據。外加載荷傳感器采集的實時數據。用于指示軸瓦與軸向油膜狀態(tài)。用于指示軸瓦與軸向油膜狀態(tài)。 用于調整主軸轉速。用于調整主軸轉速。 此按鈕為帶自鎖的電源按鈕。此按鈕為帶自鎖的電源按鈕。 按動此鍵可顯示按動此鍵可顯示1-81-8號壓力傳感器順號和相應的壓力號壓力傳感器順號和相應的壓力傳感器采集的實時數據。傳感器采集的實時數據。此鍵僅用于觀察和手動紀錄各壓力傳感器采集的數據，軟件所此鍵僅用于觀察和手動紀錄各壓力傳感器采集的數據，軟件所需數據將

12、由控制系統(tǒng)自動發(fā)送、接收和處理。需數據將由控制系統(tǒng)自動發(fā)送、接收和處理。7.77.7軟件界面操作說明軟件界面操作說明 1 1、由計算機桌面、由計算機桌面“長慶科教長慶科教”進入啟動界面進入啟動界面2 2、在圖、在圖7-77-7啟動界面非文字區(qū)單擊左鍵，啟動界面非文字區(qū)單擊左鍵，即可進入滑動軸承實驗教學界面。即可進入滑動軸承實驗教學界面。單擊此鍵，進入實驗指導書。單擊此鍵，進入實驗指導書。單擊此鍵，進入油膜壓力及摩擦特性分析。單擊此鍵，進入油膜壓力及摩擦特性分析。單擊此鍵，進入連續(xù)摩擦特性分析。單擊此鍵，進入連續(xù)摩擦特性分析。單擊此鍵，進入實驗參數設置。單擊此鍵，進入實驗參數設置。單擊此鍵，結束

13、程序的運行，返回單擊此鍵，結束程序的運行，返回WINDOWSWINDOWS界面。界面。操操 作作 3 3、滑動軸承油膜壓力仿真與測試分析界面、滑動軸承油膜壓力仿真與測試分析界面4 4、滑動軸承摩擦特征仿真與測試分析界面、滑動軸承摩擦特征仿真與測試分析界面7.8 7.8 實驗內容實驗內容1 1液體動壓軸承油膜壓力周向分布測試分析液體動壓軸承油膜壓力周向分布測試分析 該實驗裝置采用壓力傳感器、該實驗裝置采用壓力傳感器、A/DA/D板采集該板采集該軸承周向上七個點位置的油膜壓力，并輸入計軸承周向上七個點位置的油膜壓力，并輸入計算機通過曲線擬合作出該軸承油膜壓力周向分算機通過曲線擬合作出該軸承油膜壓力

14、周向分布圖。通過分析其分布規(guī)律，了解影響油膜壓布圖。通過分析其分布規(guī)律，了解影響油膜壓力分布的因素力分布的因素。 2 2液體動壓軸承油膜壓力周向分布的仿真分析液體動壓軸承油膜壓力周向分布的仿真分析 該實驗裝置配置的計算機軟件通過數據模該實驗裝置配置的計算機軟件通過數據模擬作出液體動壓軸承油膜壓力周向分布的仿真擬作出液體動壓軸承油膜壓力周向分布的仿真曲線，與實測曲線進行比較分析。曲線，與實測曲線進行比較分析。 該實驗裝置通過壓力傳感器和該實驗裝置通過壓力傳感器和A/DA/D板采集板采集和轉換軸承的摩擦力矩，軸承的工作載荷并輸和轉換軸承的摩擦力矩，軸承的工作載荷并輸入計算機得出摩擦系數的特征曲線，

15、了解影響入計算機得出摩擦系數的特征曲線，了解影響摩擦系數的因素摩擦系數的因素。3 3液體壓軸承摩擦特征曲線的測定液體壓軸承摩擦特征曲線的測定3 3液體壓軸承摩擦特征曲線的測定液體壓軸承摩擦特征曲線的測定 該實驗裝置通過壓力傳感器和該實驗裝置通過壓力傳感器和A/DA/D板采集和轉換軸承的摩擦力矩，軸承的板采集和轉換軸承的摩擦力矩，軸承的工作載荷并輸入計算機得出摩擦系數的工作載荷并輸入計算機得出摩擦系數的特征曲線，了解影響摩擦系數的因素。特征曲線，了解影響摩擦系數的因素。7.9 7.9 實驗步驟實驗步驟1.1.開機前先旋松加載手柄，調速旋鈕回零。開機前先旋松加載手柄，調速旋鈕回零。2.2.啟動實驗

16、臺的電動機。開機后勻速升高轉啟動實驗臺的電動機。開機后勻速升高轉速，避免沖擊載荷損壞設備。速，避免沖擊載荷損壞設備。3.3.所加載荷不允許超過所加載荷不允許超過100kg100kg，避免載荷過大，避免載荷過大損壞設備。損壞設備。4.4.為防止主軸瓦在無油膜運轉時損壞，在面為防止主軸瓦在無油膜運轉時損壞，在面板上有無油膜報警指示燈，正常工作時指板上有無油膜報警指示燈，正常工作時指示燈熄滅，嚴禁在指示燈亮時主軸高速運示燈熄滅，嚴禁在指示燈亮時主軸高速運轉。轉。5. 5. 測試實驗要求測試實驗要求 作滑動軸承油膜壓力仿真與測試實驗時，作滑動軸承油膜壓力仿真與測試實驗時，按照實驗報告要求均勻旋動調速按

17、鈕，將轉速按照實驗報告要求均勻旋動調速按鈕，將轉速升到一定值后，通過加載手柄對滑動軸承進行升到一定值后，通過加載手柄對滑動軸承進行加載。在滑動軸承油膜壓力仿真與測試分析界加載。在滑動軸承油膜壓力仿真與測試分析界面上，單擊面上，單擊 穩(wěn)定測試穩(wěn)定測試 鍵，穩(wěn)定采集滑動軸承鍵，穩(wěn)定采集滑動軸承各測試數據。各測試數據。 測試完后，將給出實測仿真八個壓力傳感測試完后，將給出實測仿真八個壓力傳感器位置點的壓力值。實測仿真曲線自動繪出，器位置點的壓力值。實測仿真曲線自動繪出，同時彈出同時彈出 對話框，提示保存。單擊對話框，提示保存。單擊 打打印印 鍵，彈出打印對話框，選擇后將滑動軸承鍵，彈出打印對話框，選

18、擇后將滑動軸承油膜壓力仿真曲線圖和實測曲線圖打印出來。油膜壓力仿真曲線圖和實測曲線圖打印出來。6. 6. 加載加載 作摩擦特征曲線實驗，加載載荷在作摩擦特征曲線實驗，加載載荷在707080 80 kgkg間選擇一定值，從較高轉速間選擇一定值，從較高轉速(300(300轉轉/ /分分) )分分5 5次減速次減速往下做，其中第四次減速后應觀察到油膜報警指往下做，其中第四次減速后應觀察到油膜報警指示燈閃爍，最后一次減速后應觀察到油膜報警指示燈閃爍，最后一次減速后應觀察到油膜報警指示燈完全亮。示燈完全亮。( (測試數據采集完后測試數據采集完后, ,立即升高轉速立即升高轉速使油膜報警指示燈息掉使油膜報警指示燈息掉) ) 測試完后，繪制滑動軸承摩擦特征實測、仿真曲測試完后，繪制滑動軸承摩擦特征實測、仿真曲線圖，單擊線圖，單擊 鍵，彈出打印對話框，選擇后，鍵，彈出打印對話框，選擇后，將滑動軸承摩擦特性仿真曲線圖和實測曲線圖打將滑動軸承摩擦