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液体动压滑动轴承尝试指点书


一、尝试目标
该尝试台用于机器设想中液体动压滑动轴承尝试。首要操纵它来察看滑动轴承的布局、丈量其径向油膜压力散布、测定其磨擦特点曲线。操纵该尝试体系能够便利地实现以下尝试:
1、液体动压轴承油膜压力径向散布的测试阐发
2、液体动压轴承油膜压力径向散布的仿真阐发
3、液体动压轴承磨擦特点曲线的测定
4、液体动压轴承尝试的其余首要参数测定:如轴承均匀压力值、轴承PV值、偏疼率、最小油膜厚度等
二、尝试体系
1、尝试体系构成
轴承尝试台的体系框图如图1所示,它由以下装备构成:
 
⑴ 轴承尝试台——轴承尝试台的机器布局
⑵ 压力传感器——共7个,用于丈量轴瓦上油膜压力散布值
⑶ 力传感器——共1个,丈量外加载荷值
⑷ 转速传感器——丈量主轴转速
⑸ 力矩传感器——共1个,丈量磨擦力矩
⑹ 单片机
⑺ PC机
⑻ 打印机
2、尝试体系布局
该尝试机构中滑动轴承局部的布局简图如图2

1、电  机
2、皮  带
3、磨擦力传感器
4、压力传感器:丈量轴承外表油膜压力,共7个F1~ F7,
5、轴  瓦
6、加载传感器:丈量外加载荷值
7、主  轴
9、油  槽
10、底  座
11、面  板
12、调速旋钮:节制机电转速
尝试台启动后,由机电1经由进程皮动员员主轴7在油槽9中动弹,在油膜粘力感化下经由进程磨擦力传感器3测出主轴扭转时遭到的磨擦力矩;当光滑油布满全部轴瓦内壁后轴瓦上的7个压力传感器可别离测出散布在其上的油膜压力值;待不变任务后由温度传感器t1测收支油口的油温,t2测出出油口的油温。
3、尝试体系首要手艺参数
(1) 尝试轴瓦:内径d=70mm  长度L=125mm
(2) 加载规模:0~1800 N
(3) 磨擦力传感器量程:50 N
(4) 压力传感器量程:0~1.0 MPa
(5) 加载传感器量程:0~2000 N
(6) 直流机电功率:355 W
(7) 主轴调速规模:2~500 rpm
三、尝试道理及测试内容
1、尝试道理
滑动轴承构成动压光滑油膜的进程如图3(a)所示。当轴活动时,轴承孔与轴颈间接打仗,如图3(a)所示。径向空隙△使轴颈与轴承的共同面之间构成楔形空隙,其间布满光滑油。因为光滑油具备粘性而附着于整机外表的特征,是以当轴颈反转展转时,依托附着在轴颈上的油层动员光滑油挤入楔形空隙。因为经由进程楔形空隙的光滑油品质不变(流体持续活动道理),而楔形中的空隙截面逐步变小,光滑油份子间彼此挤压,从而油层中必然发生流体动压力,它力求挤开共同面,到达支承外载荷的目标。当各类参数调和时,液体动压力能保障轴的中间与轴瓦中间有一偏疼距e。最小油膜厚度nmin存在于轴颈与轴承孔的中间连线上。液体动压力的散布如图3(c)所示。

图3液体动压光滑膜构成的进程
液体动压光滑可否成立,凡是用f-λ曲线来辨别。图4中f为轴颈与轴承之间的磨擦系数,λ为轴承特征系数,它与轴的转速 n ,光滑油能源粘度η、光滑油压强p之间的干系为:
 
                       λ为=ηn/p
 
式中,n为轴颈转速;η为光滑油能源粘度;p为单元面积载荷。
即式中, 。Fr是轴承蒙受的径向载荷;d是轴承的孔径,本尝试中,  d= 70mm;l1是轴承有用任务长度,对本尝试轴承,取l1=125mm。
 
如图4 , 当轴颈起头动弹时,速率极低,这时候轴颈和轴承首要是金属相打仗,发生的磨擦为金属间的间接磨擦,磨擦阻力最大。跟着转速的增大,轴颈外表的圆周速率增大,带入油楔内的油量也逐步加多,则金属打仗面被光滑油分离隔的面积也逐步加大,是以磨擦阻力也就逐步减小。
当速率增添到必然巨细以后,已能带入充足把金属打仗面分隔的油量,油层内的压力已成立到能支承轴颈上外载荷水平,轴承就起头按照液体磨擦状况任务。此时,因为轴承内的磨擦阻力仅为液体的内阻力,故磨擦系数到达最小值,如图4磨擦特征曲线上A点。
当轴颈转速进一步加大时,轴颈外表的速率亦进一步增大,使油层间的绝对速率增大,故液体的内磨擦也就增大,轴承的磨擦系数也随之回升。

图4 磨擦特征曲线(Stribeck曲线)
特征曲线上的A点是轴承由夹杂光滑向流体光滑转变的临界点。此点的磨擦系数最小,此点绝对应的轴承特征系数称为临界特征系数,以λ。表现。A点之右,即 λ>λ。地区为流体光滑状况;A点之左,即λ<λ。 地区称为边境光滑状况。
按照差别条件所测得的 f和λ之值,咱们就能够作出 f-λ曲线,用以辨别轴承的光滑状况,可否实现在流体光滑状况下任务。

2、油膜压力测试尝试 
(1)现实计较压力
图 5为轴承任务时轴颈的地位。
按照流体能源光滑的雷诺方程,从油膜肇端角1 到肆意角 的压力为:
 
P=6η               (1-1)
 
式中:
 ——肆意地位的压力  单元:Pa
η ——油膜粘度
ω ——主轴转速   单元:rad/s
——绝对空隙   =
 
此中D为轴承孔直径, d为轴径直径
 ——油压肆意角   单元:度
0——最大压力处极角  单元:度                                    
1——油膜肇端角     单元:度
 ——偏疼率=    =                                                    
此中e为偏疼距
在雷诺公式中,油膜肇端角1、最大压力处极角0由尝试台尝试测试获得。另外一变更参数:偏疼率的变更环境,它由查表获得。详细方式以下:
对无限宽轴承,油膜的总承载才能为:
 
           F=              (1-2)
 
式中:
F——承载才能,即外加载荷   单元:N
B——轴承宽度     单元:mm
Cp——承载量系数,见表1

图5 径向滑动轴承的油压散布
 
由公式(1-2)可推出:
Cp=                      (1-3)
 
由公式(1-3)计较得承载量系数Cp后再查表可获得在差别转速、差别外加载荷
下的偏疼率环境。
注:若所查的参数系数超越了表中所列的,可用拔出值法遏制推算。
(2)现实丈量压力
如图2所示,启念头电,节制主轴转速,并施加必然任务载荷运行必然时候轴承中构成压力油膜后图中代号2,3,4,5,7,8,9七个压力传感器用于丈量轴瓦外表每隔22度角处的七点油膜压力值,并经A/D转换器送往PC微机中显现压力值。
在尝试台配套软件中能够别离作出油膜现实压力散布曲线和现实散布曲线,
比拟二者间的差别。
3、磨擦特征尝试
(1)现实磨擦系数
现实磨擦系数公式:
f =  +0.55             (1-4)
式中:
f ——磨擦系数
p ——轴承均匀压力,p=      单元: Pa
 
ε——随轴承宽径比而变更的系数,对B/d<1的轴承,ε=(d/B)1.5;
            当B/d≥1时,ε=1;
  ——绝对空隙 =
 
文本框:  图6 轴径圆周外表磨擦力阐发
    由公式(1-4)可知 现实磨擦系数 f 的巨细与油膜粘度η、转速ω和均匀压力p(也即外加载荷 F)有关。在操纵同一种光滑油的条件下,粘度η的变更与油膜温度有关,因为不是在永劫候任务的环境下,油膜温度变更不大,是以在本尝试体系中临时不斟酌粘度身分。
(2) 丈量磨擦系数
如图 2 所示,在轴瓦中间引出一压力传感器10,用以丈量轴承任务时的磨擦力矩,进而换算得磨擦系数值。对它们阐发如图6 :
 
∑F* r = N*L              (1)
 
∑F=f*F                   (2)
 
式中:∑F ——圆周上各切点磨擦力之和 ∑F=F1+F2+F3+F4+…
r  ——圆周半径
N  ——压力传感器测得的力
L  ——力臂                          
F  ——外加载荷力
f  ——磨擦系数
                                      
以是实测磨擦系数公式:
f=                (1-5)
 
4、轴承尝试中其余首要参数
   在轴承尝试尝试中另有一些比拟首要的参数观点,以下别离作逐一先容。
   ⑴ 轴承的均匀压力 p (单元:MPa)
 
        p= ≤ [p]         (1-6)
 
式中:
    F ——外加载荷,N
    B ——轴承宽度,mm
    d ——轴径直径,mm
   [p]——轴瓦资料许用压力,MPa ,其值可查
 
   ⑵ 轴承pv值(单元:MPa*m/s)
  轴承的发烧量与其单元面积上的磨擦功耗fpv成反比(f是磨擦系数),限定pv值便是限定轴承的温升。
 
       P v==≤ [pv]         (1-7)
 
   式中:
       v ——轴颈圆周速率,m/s
      [pv]——轴承资料pv许用值,MPa*m/s,其值可查
 
   ⑶ 最小油膜厚度
      hmin =   r*                         (1-8)
式中各参数申明见前。
 
四、尝试操纵步骤
〈一〉体系毗连及启动
1、 毗连RS232通信线
在尝试台及计较机电源封闭状况下,将规范RS232通信线别离接入计较机及ZCS-II型液体动压轴承尝试台RS232串行接口。
2、 启念头器讲授综合尝试体系
确认RS232串行通信线精确毗连,开启电脑,点击“轴承尝试台II”图标进入 液体动压轴承尝试台体系“油膜压力散布尝试”主界面如图7。
〈二〉油膜压力测试尝试
滑动轴承尝试体系“油膜压力散布尝试”主界面如图7:

图7 油膜压力阐发尝试主界面
1、 体系复位
抓紧加载螺杆,确认载荷为空载,将机电调速电位器旋钮逆时针旋究竟即零转速。顺时针旋动轴瓦前上真个螺钉,将轴瓦顶起将油膜放净,而后抓紧该螺钉,使轴瓦和轴充实打仗。
点击“复位”键,计较机收罗7路油膜压力传感器初始值,并将此值作为“零点”贮存。
2、 油膜压力测试
点击“主动收罗键”体系进入主动收罗状况,计较机实时收罗7路压力传感器、尝试台主轴转速传感器及任务载荷传感器输入电压旌旗灯号,遏制“采样-处置-显现”。渐渐转念头电调速电位器旋钮启念头电,使主轴转速到达尝试预约值(普通n≤300vpm)。
旋动加载螺杆,察看主界面中轴承载荷显现值,当到达预约值(普通为1800N)后便可遏制调剂。
察看7路油膜压力显现值,待压力值根基不变后点击“提取数据键”,主动收罗竣事。主界面上即保管了相干尝试数据。
3、 主动绘制滑动轴承油膜压力散布曲线
点击“实测曲线”键计较机主动绘制滑动轴承实测油膜压力散布曲线。点击
“现实曲线”键计较机显现现实计较油膜压力散布曲线。
4、 手工绘制滑动轴承油膜压力散布曲线
按照测出的油压巨细按必然比例手动绘制油压散布曲线,如图8所示。详细画法是沿着圆周外表从左向右画出角度别离为:24°,46°,68°,90°,112°,134°,156°平分,得出压力传感器1,2,3,4,5,6,7的地位,经由进程这些点与圆心连线,在它们的耽误线上,将压力传感器测出的压力值,按0.1MPa:5mm的比例画出压力向量1-1′,2-2′,…7-7′。尝试台压力传感器显现数值的单元是大气压(1大气压=1kgf/mm2),换算成国际单元值的压力值(1kgf/mm2=0.1MPa)。经1′,2′…7′各点连成光滑曲线,这便是位于轴承宽度中部的油膜压力在圆周标的目标的散布曲线。

图8 径向压力散布与承载量曲线
为了肯定轴承的承载量,用pisinφi(1,2,…7)求出压力散布向量1-1′,
2-2′,…7-7′在载荷标的目标上(y轴)的投影值。而后,将pisinφi这些平行与y轴的向量移到直径0-8上,为清晰起见,将直径0-8平移到图4的上面局部,在直径0-8″上先画出圆周外表上压力传感器油孔地位的投影点1′,2′,…7′。而后经由进程这些点画出上述响应的各点压力在载荷标的目标上的散布量,即1″,2″,…7″点地位,将各点光滑地毗连起来,所构成的曲线即为在载荷标的目标上的压力散布。在直径0′-8′上作一矩形,接纳方格坐标纸,使其面积与曲线包围的面积相称,则该矩形的边长Pav即为轴承中该截面上的油膜中均匀径向压力。
滑动轴承处于流体磨擦(液体磨擦)状况任务时,其油膜承载量与外载荷相均衡,轴承内油膜的承载量可用下式求出:
 
Fr = W =φψPavBd              (3-6-9)
    (3-6-10)
 
式中,W——轴承内油膜承载才能;
      Fr——外加径向载荷;
      ψ——轴承端泄对其承载才能的影响系数;
      Pav——轴承的径向均匀单元压力;
      B——轴瓦长度;
      D——轴瓦内径。
光滑油的端泄对轴承内的压力散布及轴承的承载才能影响较大,经由进程尝试能够察看其影响,详细方式以下。
将由尝试测得的每只压力传感器的压力值代入下式,可求出在轴瓦中间截面上的均匀单元压力:
   (3-6-11)
 轴承端泄对轴承承载才能的影响系数,由公式(3-6-11)求得
 
〈三〉磨擦特征测试尝试
 滑动轴承的磨擦特征曲线见图4。参数η为光滑油的能源粘度,光滑油的粘度遭到压力与温度的影响,因为尝试进程时候短,光滑油的温度变更不大;光滑油的压力普通低于20MPa,是以能够以为光滑油的能源粘度是一个类似常数。按照查表可得N46号机器油在20°C时的能源粘度为0.34Pa·s。n为轴的转速,是一个尝试中可调理的参数。轴承中的均匀比压可用下式计较:
(3-6-12)
 在尝试中,经由进程调理轴的转速n或外加轴承径向载荷Fr,从而转变ηn/p,将各类转速n及载荷Fr所对应的磨擦力矩测出由1-5求得出磨擦系数f并画出f-n及f-Fr曲线。
 
 1、载荷牢固,转变转速
(1)肯定尝试形式
 翻开轴承尝试主界面,点击“磨擦特征尝试”进入磨擦特征尝试主界面如图9所示。

图9 滑动轴承磨擦特征尝试主界面
 
点击图9中“实测尝试”及“载荷牢固”形式设定键,进入“载荷牢固”尝试形式。
(2)体系复位
  抓紧加载螺杆,确认载荷为空载,将机电调速电位器旋钮逆时针旋究竟即零转速。顺时针旋动轴瓦前上真个螺钉,将轴瓦顶起将油膜放净,而后抓紧该螺钉,使轴瓦和轴充实打仗。点击“复位”键,计较机收罗磨擦力矩传感器以后输入值,并将此值作为“零点”保管。
(3)数据收罗
 体系复位后,在转速为零状况下点击“数据收罗”键,渐渐扭转尝试台加载螺杆,察看数据收罗显现窗口,设定载荷为100-200N。渐渐转念头电调速电位器旋钮并察看数据收罗窗口,此时轴瓦与轴处于边境光滑状况,磨擦力矩会呈现较大增添值,因为边境光滑状况不会很是不变,应实时点击“数据保管”键将这些数据保管(普通2~3个点便可)。
 跟着主轴转速增添机油将进入轴与轴瓦之间进入夹杂磨擦。此时ηn/p的转变引发磨擦系数f的急剧变更,在刚构成液体磨擦时,磨擦系数f到达最小值。
 持续增添主轴转速进入液体磨擦阶段,跟着ηn/p的增大即n增添,油膜厚度及磨擦系数f一样成线形增添,保管8个摆布采样点即实现数据收罗。点击“竣事收罗”键实现数据收罗。
(4)绘制测试曲线
 点击“实测曲线”计较机按照所测数据主动显现f-n曲线。也可由先生抄写测试数据手工描画尝试曲线。点击“现实曲线”计较机按现实计较公式计较并显现f-n曲线。
 按“打印”功效链,可将所测试数据及曲线主动打印输入。
2、 转速牢固    转变载荷
(1)肯定尝试形式
  操纵同载荷牢固转变转速形式肯定一节,并在图9中设定为“转速牢固”尝试形式。
(2)体系复位
    同上节操纵
(3)数据收罗
 点击“数据收罗”键,在轴承径向载荷为零状况下,渐渐动弹调速电位器旋钮,察看数据收罗显现窗口,设定转速为某一肯定值,比方200rpm,点击“数据保管”键获得第一组数据。
点击“数据收罗”键,渐渐扭转加载螺杆并察看收罗显现窗口。当载荷到达
预约值时点击“数据保管”获得第二组数据。
频频遏制上述操纵,直至收罗8组摆布数据,点击“竣事收罗”键,实现数据收罗。
(4)绘制测试曲线
 方式同上节,可显现或打印输入实测f-F曲线及现实f-F曲线。一样也可由先生手工绘制。
 
〈四〉注重事变
  在开机做尝试之前必须起首实现以下几点操纵,不然轻易影响装备的操纵寿命和精度。
(1)在启念头电动弹之前请确认载荷为空,即请求先启念头电再加载。
(2)在一次尝试竣事后顿时又要从头起头尝试时请顺时针旋动轴瓦上真个螺
钉,顶起轴瓦将油膜先放洁净,同时在软件中要从头复位(这很首要!), 如许确保下次尝试数据精确。
(3)因为油膜构成须要一小段时候,以是在开机尝试或在变更载荷或转速后请待其不变后(普通期待5~10s便可)再收罗数据。
(4)在持久操纵进程中请确保尝试油的充足、洁净;油量缺乏或不洁净城市影响尝试数据的精度,并会形成油压传感器梗塞等题目。
 
五、附 录
附录1、轴承尝试台软件申明
本软件界面有两个主窗体:
 主窗体1:油膜压力仿真与测试    (见 附图 1)
 主窗体2:磨擦特征仿真与测试    (见 附图 2)
注:图中数据仅为参考值,不代表尝试数据
 
 
(附图1)
 
(附图2)
 
 
附录2、无限宽轴承的承载量系数CP表

六、思虑题
1、为甚么油膜压力曲线会随转速的转变而转变?
2、为甚么磨擦系数会随转速的转变而转变?
3、哪些身分会引发滑动轴承磨擦系数测定的偏差?
 
七、尝试报告
 
专业班级-------------                   姓名-------------
指点教员--------------                  日期--------------
 
〈一〉尝试目标
 
〈二〉尝试机构及测试道理图
 
〈三〉尝试步骤
 
〈四〉数据和曲线
1、尝试数据记实
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2、尝试成果曲线
油膜径向压力散布与承载量曲线
滑动轴承磨擦特征曲线(载荷牢固,转速变更)
滑动轴承磨擦特征曲线(转速牢固,载荷变更)

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