滑动轴承特性测试及分析实验

作者：bearingpower        发表时间：2010-12-12

滑动轴承特性测试及分析实验（一）实验目的1.观察滑动轴承的动压油膜形成过程与现象。2.通过实验，给出滑动轴承的特性曲线。3.了解摩擦系数，转速等数据的测量方法。4.通过实验数据处理，绘出滑动轴承径向油膜压力分布曲线与承载量曲线。（二）实验台结构及工作原理实验台结构如图1所示，它由底座1，箱体2，轴3，轴瓦4，压力表5，加载砝码6，加载杠杆7、8，测力百分表9，测矩杠杆14，测力弹簧片10，控制面板11， V型传动带12，直流电机13等组成。轴瓦4与测矩杠杆14联成一体，压在轴上，直流电机13通过V型传动带12驱动轴3旋转，箱体内装有足够的润滑油，轴将润滑油带到轴与轴瓦之间。当轴不转时，轴与轴瓦之间是直接接触的，开始启动时，当轴转速很低，轴与轴瓦之间处于半干摩擦状态，当轴的转速达到足够高时，在轴与轴瓦之间形成动压油膜，将它们完全隔开。当轴旋转时，由于摩擦力矩的作用，在测矩杠杆14与测力弹簧片10的触点处产生作用力Q，其大小可由测力表（百分表）测出： (N)式中：K－弹簧片刚度系数　　　　（N/格）　 △--测力表读数　　　　（格，1格＝0.01mm）设轴与轴瓦之间的摩擦力为F，根据力矩平衡条件，可得： 式中：d－轴的直径（60mm） L－测力杠杆的力臂长（160mm）（轴中心至测矩杠杆触头一端的距离） 而作用于轴瓦上的载荷W是由砝码通过加载杠杆系统7、8加上去的，它还包括加载系统和轴瓦的自重，故有：W＝iG+G0　　　　　　　　　　　＝42.627G＋342　　（N）式中：G－砝码6的重力　　　　　（N）　　 G0 －轴瓦、压力计等自重力，为342N　　 i-加载系统杠杆比，为42.627因此轴与轴瓦之间的摩擦系数f可用下式计算：　　 而单位压力q可用下式计算：　　　　 (MPa)式中：B－轴瓦宽度（mm）在轴瓦宽度的中间，沿圆周均布钻有7个直径为Φ1mm的小孔（图2），每个小孔联接一个压力表。当轴的转速达到一定的数值，在杠杆系统上加适当的砝码重量，轴与轴瓦间就会形成压油膜，呈液体摩擦状态。此时，从压力表上就可看到滑动轴承沿圆周各点的径向油膜压力，记录下各压力表上显示的压力值，选定一定比例尺，便可绘制出径向油膜压力分布曲线（图5a）.（三）实验台有关数据1、轴瓦：材料－ZQAL　　9－4　　　　表面粗糙度－ 　　　　　宽度－B＝75mm2、轴：材料－45　　　　表面粗糙度－　　　　直径－d=60mm3、电动机：型号－130SZ02额定功率－p＝355W额定转速－n=1500rpmV带传动：型号－O型　　　　　　　　　内周长－L＝1120mm　　　　　　　　　根数－Z＝2　　　　　　　　　中心距－a=350mm 传动比－－I＝3.175润滑油：牌号——45号机油　　　　粘度——η=0.34(Pa.S)6.加力杠杆比：42.6277.测矩杠杆力臂长——L＝160mm测力弹簧片刚度系数——k=0.0753或0.0751 N/格（四）实验操作步骤1.准备工作1）检查实验台，使各个机件处于完好状态；2）检查实验台地线是否接好3）在箱体油池中注入足够的经过过滤的45号机油；4）去掉加载砝码6；5）在弹簧片端部安装百分表，使其触头与底座接触有一定予压值；6）为保证图3所示电路中轴与轴瓦之间除通过直接接触外，其它部分是绝缘的，轴瓦不得与轴座相接触。2.实验内容与实验方法 1)观察动压油膜的形成过程与现象动压油膜形成过程中的现象，我们可以通过观察油膜形成过程的电路系统来观察，电路系统如图3所示。　　当主轴没有转动时，轴与轴瓦是接触的，接通开关K，有较大的电流流过灯泡，可以看到灯光很亮。当主轴在很低的转速下慢慢转动时，主轴把油带入轴与轴瓦之间，形成部分润滑油膜，由于油为绝缘体，使金属接触面积减小，使电路中的电流减小，因而灯光亮度变暗。当主轴转速再提高时，轴与轴瓦之间形成了很薄的压力油膜，将轴与轴瓦分开，灯泡就不亮了。这时我们就得知动压油膜已经形成。 2)求出滑动轴承在刚启动时的摩擦力矩与摩擦系数实验时，可以用手缓慢地转动V型带轮（这时要求不加砝码，载荷只是杠杆系统的自重G0，或也可慢慢启动电动机，当轴刚有转动趋势的时候，读出并记下百分表的最大格数。为了保证数据的准确性，需要重复做三次，将测得的数据记录在表1中，根据记录的数据，代入（1）、（2）式子，求出启动时的摩擦力矩和摩擦系数，最后求得一个平均值。 3)绘制滑动轴承的特性曲线滑动轴承的ηn/q,f特性曲线如图4所示，参数η为油的粘度，它是受压力和温度影响的，但由于本实验进行的时间短，压力也不大（在5Mpa=50大气压以下）温度变化也不大，因此把油的粘度近似地看做一个常数。根据查表可得45号机械油在室温（20ºC）时的动力粘度＝0.34pa.而n为转速，是个变量，可实际测得，q为平均单位载荷（也称比压）可用下式计算： （Mpa）式中：W为载荷；d为主轴的直径；B为轴瓦宽度；f为摩擦系数。从特性曲线可以看出，摩擦系数f的大小是和转速有关的，主轴刚启动时，轴与轴瓦为半干摩擦，此时摩擦系数是很大的。随着转速的增加，压力油膜使轴与轴瓦的接触面积不断减小，摩擦系数明显下降，当达到临界a0后为液体摩擦区，即为滑动轴承的正常工作区域。实验时，我们用改变转速n(即改变ηn/q),将各转速下所对应的摩擦力矩和摩擦系数求出，记录在表2中（并绘出η n/q-f特性曲线）具体实验方法参看使用说明书。 4)绘制轴承径向油膜压力分布曲线 启动电机，控制转速在250－300转/分，然后加上载荷，观察指示灯，看是否形成油膜，当形成压力油膜后，待各压力表的压力值稳定后，由左向右依次记录各压力表的压力值，并记录在表3中，根据测出的油压大小按一定比例绘制油压分布曲线，如图5a所示。具体画法是沿着圆周表面从左到右画出角度分别为22°30’ ,45°,67°30’ ,90°,112°30’,135°,157°30’等分，得出孔点1，2，3，4，5，6，7位置。通过这些点与圆心4连线，在它们的延长线上，将压力表测出的压力值（比例： 0.1Mpa=5mm）画出压力向量1－1’,2-2’,…7-7’.经1’,2’…7’各点连成平滑曲线，这就是位于轴承中部截面的油膜径向压 力分布曲线。为了确定轴承载量,用 求得向量1-1’,2-2’…7-7’载荷方向（即Y轴）的投影值，角度Φi与SinΦi的数值见下表： Φi22.545 67.5 90112.5136 157.5SinΦi0.38260.7070.9238 10.92380.7070.3826然后将PiSinΦi这些平行于Y轴的向量移到直径0－8上。为清楚起见，将直径0－8平移到图5a 的下部，如图5b，在直径0－8”上先画出轴承表面上油孔位置投影点1”，2”…8”,然后通过这些点画出上述相应的各点压力在载荷方向上的分量，即1，，，,2，，，……7

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