液體動壓潤滑機理分析實驗

實驗一?? 液體動壓潤滑機理分析實驗
一、實驗目的
1、?了解動壓油膜承載現象及其形成的必要條件，加深對形成流體動壓條件的理解；
2、?測量軸承周向及軸向的油膜壓力、繪制其油膜壓力分布曲線；
3、?測量滑動軸承的摩擦系數、繪制軸承特性曲線；
4、?掌握動壓滑動軸承試驗機的工作原理及其參數測試方法。
二、實驗儀器
HS----B液體動壓軸承實驗臺
三、實驗臺結構與實驗原理
?
實驗臺主要結構（見圖1）

圖1 滑動軸承試驗臺外形圖
1.操縱面板 2.電機 3.三角帶 4.軸向油壓傳感器接頭 5.外加載荷感器 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

1、實驗臺的傳動裝置
?該實驗臺由直流電動機通過三角帶驅動主軸9沿順時針(面對實驗臺面板)方向轉動，由無級調速器實現無級調速。本實驗臺主軸的轉速范圍為3-500rpm，主軸的轉速由數碼管直接讀出。
2、軸與軸瓦間的油膜壓力測量裝置
軸的材料為45號鋼，經表面淬火、磨光，由流動軸承支承在箱體10上，軸的上半部浸泡在潤滑油中，本實驗臺采用的潤滑油的牌號為N68(即舊牌號的40號機械油)，該油在20℃時的動力粘度為0.34Pa?S。主軸瓦8的材料為鑄錫鉛青銅。牌號為ZCuSn5Pb5Zn5(即舊牌號ZQSn5-5-5)。在軸瓦的一個徑向平面內沿圓周鉆有7個小孔，每個小孔沿圓周相隔20°，每個小孔聯接一個壓力表7，用來測量該徑向平面內相應點的油膜壓力，由此可繪制出徑向油膜壓力分布曲線。沿軸瓦的一個軸向剖面裝有兩個壓力表(即4號和8號壓力表)。用來觀察有限長滑動軸承沿軸的油膜壓力情況。
3、加載裝置
??? 油膜的徑向壓力分布曲線是在一定的載荷和一定的轉速下繪制的。當載荷改變或軸的轉速改變時所測出的壓力值是不同的，所繪出的壓力分布曲線的形狀也是不同的。轉速的改變方法如前所述。本實驗臺采用螺旋如載，轉動螺旋即可改變載荷的大小，所加載荷之值通過傳感器數字顯示，直接在實驗臺的操縱板上讀出(取中間值)。

4、磨擦系數f測量裝置
徑向滑動軸承的摩擦系數f
隨軸承的特性系數值
的改變而改變( —油的動力
粘度， —軸的轉速， —壓
力，，W—軸上的載
荷，W=軸瓦自重+外加載荷。??????????????? 圖二
本機軸瓦自重為40N，B——軸瓦的寬度，d——軸的直徑。本實驗臺B=125mm，d=70mm)如圖1-4所示。???? 圖2? f—λ線圖
??? 在邊界摩擦時，f隨的增大而變化很小，進入混合摩擦后，的改變引起f的急劇變化，在剛形成液體摩擦時f達到最小值，此后，隨的增大油膜厚度亦隨之增大，因而f亦有所增大。
???? 摩擦系數f之值可通過測量軸承的摩擦力矩而得到。軸轉動時，軸對軸瓦產生周向摩擦力F，其摩擦力矩為Fd/2，它使軸瓦8翻轉，其翻轉力矩通過固定在彈簧片5上的百分表6測出彈簧片的變形量并經過以下計算就可得到磨擦系數f之值。
根據力矩平衡條件得：。
L——測力桿的長度(本實驗臺L=120mm)，
Q——作用在A處的反力。
??? 設作用在軸上的外載荷為W，則：
?
??? 而 (K——測力計的剛度系數(N/格)，見該實驗臺出廠時檢測表上的說明)
?
??????? ——百分表讀數(百分表的讀數一格數，每格為0.01mm)
??? 5、磨擦狀態指標裝置
指示裝置的原理如圖三所示。當軸不轉動，可看到燈泡很亮；當軸在很低的轉速下轉動時，軸將潤滑油帶入軸和軸瓦之間收斂性間隙內，但由于此時的油膜很薄，軸與軸瓦之間部分微觀不平度的凸峰處仍在接觸，故燈忽亮忽暗；當軸的轉速達到一定值時，軸和軸瓦之間形成的壓力油膜厚度完全遮蓋兩表面之間微觀不平度的凸峰高度，油膜完成將軸與軸瓦隔開，燈泡就不亮了。

?
??????????????????????? 圖三

四、軟件界面操作說明：
1）封面（圖四）

圖4

在封面上非文字區單擊左鍵，即可進入滑動軸承實驗教學界面。

2）滑動軸承實驗教學界面（圖5）???????? 圖5

[實驗指導]：??????? 單擊此鍵，進入實驗指導書。
[進入油膜壓力分析]：單擊此鍵，進入油膜壓力及摩擦特性分析。
[進入摩擦特性分析]：單擊此鍵，進入連續摩擦特性分析。
[實驗參數設置]：??? 單擊此鍵，進入實驗參數設置。
[退出]：??????????? 單擊此鍵，結束程序的運行，返回WINDOWS界面。
3）滑動軸承油膜壓力仿真與測試分析界面（圖6）

圖6
[穩定測試]：??? 單擊此鍵，單擊此鍵，穩定測試。
[歷史文檔再現]：單擊此鍵，進行歷史文檔再現。
[打印]：??????? 單擊此鍵，打印油膜壓力的實測與仿真曲線。
[手動測試]：??? 單擊此鍵，進入油膜壓力手動分析實驗界面。
[返回主界面]：? 單擊此鍵，返回主界面。
4）滑動軸承摩擦特征仿真與測試分析界面
?
圖7

[穩定測試]：單擊此鍵，開始穩定測試。
[歷史文檔]：單擊此鍵，進入歷史文檔再現。
[手動測試]：單擊此鍵，輸入各參數值，即可進行摩擦特性的手動測試
[打印]：單擊此鍵，打印摩擦特性連續實驗的實測與仿真曲線。
[返回]：單擊此鍵，返回滑動軸承實驗教學界面。
五、實驗步驟：
1.?在封面上非文字區單擊左鍵，即可進入滑動軸承實驗教學界面。
2.?在滑動軸承實驗教學界面上單擊[實驗指導]鍵，單擊[進入油膜壓力分析]鍵，進入油膜壓力分析。
3.?啟動實驗臺的電動機。在做滑動軸承油膜壓力仿真與測試實驗時，均勻旋動調速按鈕，待轉速達到一定值后，加載到70KG左右后，測定滑動軸承各點的壓力值。在做滑動軸承摩擦特征仿真與測試實驗時，均勻旋動調速按鈕，使轉速在375-2轉/分鐘變化，載荷不變，測定滑動軸承所受的摩擦力矩。
4.?在滑動軸承油膜壓力仿真與測試分析界面上，單擊[穩定測試]鍵，穩定采集滑動軸承各測試數據。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，同時彈出[另存為]對話框，提示保存。單擊[打印]鍵，彈出打印對話框，選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。
5.?在滑動軸承摩擦特征仿真與測試分析界面上，單擊[穩定測試]鍵，穩定采集滑動軸承各測試數據。測試完后，繪制滑動軸承摩擦特征實測仿真曲線圖，單擊[打印]鍵，彈出打印對話框，選擇后，將滑動軸承摩擦特性仿破例曲線圖和實測曲線呼打印出來。
6.?如果實驗結束，單擊“退出”，返回Windows界面。
六、實驗操作注意事項：
1．開機前的準備：關掉實驗臺操作面板上的調速按鈕，使電機停轉。
2．使用的機油必須通過過濾才能使用，使用過程中嚴禁灰塵及金屬屑混入油內。
3．由于主軸和軸瓦加工精度高，配合間隙小，潤滑油進入軸和軸瓦間隙后，不易流失，在做摩擦系數測定時，油壓表的壓力不易回零。需人為把軸瓦抬起，使油流出。
4．所加負載不允許超過150kg，以免損壞負載傳感器元件。
5．為防止主軸瓦在無油膜運轉時燒壞，在面板上裝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轉。
6、做摩擦特征曲線實驗，應從較高轉速（300轉/分）降速往下做加載載荷在70~120㎏，選擇一定值，并在整個過程中，保持這一定值至結束實驗。當載荷超過80kg和轉速小于10轉/分時建議不要繼續往下做實驗，否則會縮短設備的使用壽命。
七、? 實驗報告及思考題
1．實驗報告
1）本實驗目的；
2）本實驗設備及參數測試原理；
3）已知條件和實驗數據記錄；
4）繪制滑動軸承摩擦特性曲線；
5）繪制油膜壓力分布曲線；
6）結果分析與探索。
2．思考題
1）從實驗中如何觀察滑動軸承動壓油膜的形成
2）為什么摩擦系數會隨轉速的改變而改變？
3）為什么油膜壓力分布曲線會隨轉速的改變而改變？
4）實驗中哪些因素引起摩擦系數的測定誤差？