液體動壓軸承特性

 實驗?zāi)康?/span>

1.    測出并繪制動壓軸承油膜壓力的周向分布曲線及軸向分布曲線，以驗證其理論分布規(guī)律，并考察影響油膜壓力分布的因素；

2.    計算實測“端泄”對軸承軸向壓力分布的影響系數(shù)K值，看是否符合油膜壓力沿軸向拋物線分布的規(guī)律；

3.    測定并繪制液體動壓軸承摩擦特性曲線，并考察影響摩擦系數(shù)的因素。

12.2  實驗設(shè)備和工具

1.    滑動軸承試驗臺；

2.    重錘式拉力計；

1.    數(shù)據(jù)處理及分析軟件；

2.    計算機、打印機。

12.3  實驗原理和方法

    液體動壓軸承是利用軸頸本身在回轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的泵油作用，將潤滑油帶入摩擦表面之間，建立起壓力油膜，將兩個摩擦表面分離開來，形成液體摩擦，從而避免兩個摩擦表面的直接接觸和磨損。液體摩擦的特性決定于所使用的潤滑油的粘度，而與兩個摩擦表面的材料無關(guān)。液體潤滑是一種較理想的潤滑狀態(tài)。

    根據(jù)雷諾方程可知油壓的變化與潤滑油的粘度、表面滑動速度及油膜厚度的變化有關(guān)。全部油膜壓力的合力就是油膜的承載能力。在正常工作情況下，此承載力與外載荷相平衡。承載能力隨粘度的增加而增大，并與軸頸的滑動速度成正比；軸承的壓力分布如圖12.1所示，在 段，油壓將隨x的增加而增大；而在 段，油壓將隨x的增加而減小。表明油膜呈收斂型油楔，而這正是油膜能夠支承外載荷的條件。

        圖12.1 軸承的壓力分布圖                圖12.2 軸承特性值 與摩擦系數(shù)f的關(guān)系

    對于有限寬軸承，由于端泄的原因，使軸承兩端壓力為零，這將對軸承的承載能力有很大影響。端泄對油膜壓力的軸向分布的影響系數(shù)K可由下式求得

式中：F為承載量(N)； 為軸承中間截面上的平均單位壓力(MPa)；l為軸承的有效長度(mm)；d為軸承孔的直徑(mm)。

    此外，軸承特性值 也是滑動軸承的重要參數(shù)之一，有下式給出

式中： 為潤滑油的動力粘度 ，其值可由有關(guān)線圖查得，亦可用粘度計實測；n為軸的轉(zhuǎn)速(r/min)；p為軸承比壓(N/mm2)， 。

    值與軸承摩擦系數(shù)f有如圖12.2所示的關(guān)系。圖中 為臨界值（最小許用值）。當(dāng) 時，軸承處于液體潤滑狀態(tài)。各類機械設(shè)備的 值可參閱有關(guān)書籍中的表列數(shù)據(jù)。在設(shè)計中為了安全，常取 。

    軸承試驗臺的總體結(jié)構(gòu)如圖12.3所示。圖中1為試驗軸承箱，由聯(lián)軸器與變速箱7相聯(lián)接。液壓箱6裝在試驗臺底座9的內(nèi)部。調(diào)速電機控制器12可改變調(diào)速電機的輸出轉(zhuǎn)速，速度范圍為120~1200r/min。軸承供油壓力用減壓閥3調(diào)節(jié)，并由壓力表2指示。加載油腔壓力用溢流閥4控制，并由壓力表5指示。10為油泵電機開關(guān)，11為主電機開關(guān)。總開關(guān)在試驗臺的正面（圖12.3左側(cè)）。

        圖12.3 軸承試驗臺的總體結(jié)構(gòu)                圖12.4 試驗軸承箱的結(jié)構(gòu)

    試驗軸承箱的結(jié)構(gòu)如圖12.4所示，其中1為試驗軸承，它空套在主軸2上。試驗軸承內(nèi)徑 ，有效長度 。主軸由滾動軸承及支座3支承。在被試軸承的中間橫截面上，即有效長度的1/2處，沿周向在 內(nèi)開有7個測壓孔，7只壓力表（圖12.4之7）分別與7個測壓孔相接通。距中間橫截面1/4處開有1個測壓孔，壓力表8與此測壓孔相接通。此壓力表讀數(shù)與上述7只壓力表中的第4只壓力表讀數(shù)均用于表示被測試軸承的軸向壓力分布。固定于箱體上的蓋板4上有加載油腔，其在水平面上的投影面積為 。軸承外圓左側(cè)裝有測量桿5，通過裝于其端部的環(huán)6來測量摩擦力矩，環(huán)6與軸承中心相距150mm。軸承的下方有兩個平衡錘9，用于軸承安裝前的靜平衡。

    箱體左側(cè)安裝了一只重錘式拉力計，其結(jié)構(gòu)如圖12.5所示。工作時吊鉤1受力后，帶動圓盤2與大齒輪6作回轉(zhuǎn)，使小齒輪4及指針5轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的角度數(shù)即表示拉力大小，由指針在表的刻度盤3上指示讀數(shù)，重錘7與大齒輪同軸轉(zhuǎn)動，從而改變力矩，與外加拉力矩相平衡。

    主軸轉(zhuǎn)速的變化除調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速外，還可改變變速箱速比。當(dāng)手柄倒向左方時，速比25/60的齒輪對工作，連同帶傳動速比(1:2.5)，得主軸轉(zhuǎn)速為電機轉(zhuǎn)速的1/6；當(dāng)手柄倒向右方時，速比60/25的齒輪對工作，主軸轉(zhuǎn)速與電機轉(zhuǎn)速相同。因此，主軸轉(zhuǎn)速范圍是20~1200r/min。

12.4  實驗步驟和要求

    1. 油膜壓力分布的測定

(1)       開啟油泵電機，使油泵工作。

(2)       調(diào)節(jié)溢流閥，使加載油腔壓力在0.1Mpa(相當(dāng)于1kgf/cm²)以下。

(3)       調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速在最低速，并將變速手柄置于低速檔。然后開啟主電機，調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速，使指針讀數(shù)在100~200r/min之間。再將變速手柄置于高速檔，調(diào)節(jié)主軸轉(zhuǎn)速到800r/min左右。

(4)       施加載荷。調(diào)節(jié)溢流閥使加載油壓達到 ，即載荷

               （80N為軸承自重）

(5)       在8只壓力表示值達到穩(wěn)定后，依次記錄其讀數(shù)。第1只到第7只壓力表的讀數(shù)用于作油膜的周向壓力分布圖；第4只和第8只壓力表的讀數(shù)用于作油膜的軸向壓力分布圖，分別示例如圖12.6(a)及(b)。在圖(a)中，圖上方各射線 的長短表示各向壓力的大小；圖下方表示從各向壓力求得的平均壓力 值。求平均壓力的方法是：將1~7各點位置投影到一水平線上，記為 ，將 的長度分別移到此水平線垂直方向上，即圖中的 ，將 依次連成光滑曲線。曲線與水平線圍成的面積（用坐標(biāo)紙數(shù)小方格的方法或用求積儀求得）除以00線長，即得 。圖(b)中兩個點 可以看成對于中間剖面對稱，均用第8只壓力表的讀數(shù)。中間壓力用第4只壓力表的讀數(shù)。軸承兩端壓力均為零，5個端點連成光滑曲線。

        圖12.5 重錘式拉力計                  圖12.6 壓力分布圖及平均壓力的求法

(6)       將數(shù)據(jù)輸入計算機，打印出軸承油膜沿周向7各點的壓力及平均壓力，作出油膜壓力周向分布曲線；輸入第4只和第8只壓力表讀數(shù)，打印出軸承油膜沿軸向各點的壓力，作出油膜壓力軸向分布曲線，與理論的拋物線分布規(guī)律作比較。

(7)       計算端泄對油膜壓力軸向分布的影響系數(shù)K。按油膜壓力軸向分布的規(guī)律，K值應(yīng)近似等于0.7。可將實測值與此值作比較分布。

    2.  摩擦特性曲線的測定

(1)       調(diào)節(jié)加載壓力至 ，即 。

(2)       調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速至800r/min。

(3)       移開測力桿的限位吊鉤，將拉力計吊鉤接于測力桿端部的吊環(huán)上。讀出拉力計讀數(shù)并記錄。

(4)       依次調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速至600、400、300、200、100、50及20r/min，每一種轉(zhuǎn)速下均在拉力計上讀出相應(yīng)的讀數(shù)，并記錄。

(5)       測定加載油腔的回油溫度作為進油溫度t_進的數(shù)值。

(6)       將數(shù)據(jù)輸入計算機，計算出各種轉(zhuǎn)速下的軸承特性值 和摩擦系數(shù) ，打印數(shù)值并繪制軸承的摩擦特性曲線。

(7)       改變載荷，將加載油腔壓力調(diào)節(jié)到0.2Mpa，重復(fù)上述第(2)~(6)步，比較并分析兩次 曲線的重合情況（由于 僅與 有關(guān)，在不同載荷下的 曲線應(yīng)該一致）。

(8)       卸去載荷，斷電關(guān)機。

12.5  思考題與實驗報告

1. 思考題

(1)    為什么油膜壓力分布曲線會隨轉(zhuǎn)速的改變而改變？

(2)    為什么摩擦系數(shù)會隨轉(zhuǎn)速的改變而改變？

(3)    哪些因素會引起摩擦系數(shù)的測定誤差？

2. 實驗報告基本內(nèi)容

(1) 填寫完成下表內(nèi)容

實驗12：液體動壓軸承特性實驗報告