1、NSK进口轴承 IKO进口轴承0滑动轴承实验滑动轴承的工作原理是通过轴颈将润滑油带入轴承摩擦表面，由于油的粘性（粘度）作用，当达到足够高的旋转速度时，油就被带入轴与轴瓦配合面间的楔形间隙内形成流体动压效应，即在承载区内的油层中产生压力。当压力能平衡外载荷时，轴与轴瓦之间形成了稳定的油膜。这时轴的中心对轴瓦中心处于偏心位置，轴与轴瓦之间处于完全液体摩擦润滑状态。因此这种轴承摩擦小，轴承寿命长，具有一定吸振能力。本实验就是让学生直观地了解滑动轴承的动压油膜形成过程与现象，通过绘制出滑动轴承径向油膜压力分布曲线与承载量曲线，深刻理解滑动轴承的工作原理。一、实验目的1.观察滑动轴承的动压油膜形成过程与
2、现象。2.通过实验，绘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，绘制出滑动轴承径向油膜压力分布曲线与承载量曲线。二、设备和工具图 16-1 滑动轴承实验台结构滑动轴承实验台结构如图 16-1 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，测距杠杆 14，测力弹簧片 10,控制面板 11,型传送带 12,直流电机 13 等组成。实验台有关数据：1.轴瓦：材料ZQAL94表面粗糙度1.6宽度B75mm2.轴：材料45 #表面粗糙度0.8直径d=60mm3.电动机：型号130SZO2额定功率P35
3、5W5 14439 10 12 1327 861 11NSK进口轴承 IKO进口轴承1额定转速n1500rpm4.V 带传动：型号O 型内周长Ll120mm根数Z2中心距a350mm传动比i3.1755.润滑油：牌号45 号机油粘度0.34（ ）sPa6.加力杠杆比：42.6277.测矩杠杆力臂长L160mm测力弹簧片刚度系数K N格（见实验机上标牌，每个实验机均不相同）三、实验原理轴瓦 4 与测矩杠杆 14 联成一体，压在轴上，直流电动机 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
4、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。（ ）KQN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：式中：K弹簧片刚度系数 (N/格)测力表读数 (格) (1 格0.01mm)（1）LKQdF2)(mN设轴与轴瓦之间的摩擦力为 F，根据力矩平衡条件，可得：（ ）dL式中： d轴的直径（60mm）L测力杠杆的力臂长(160mm)(轴中心至测距杠触头一端的距离)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
5、的自重，故有：W=iG+G0=42.627G+342(N)式中：G砝玛 6 的重力(N)G0轴瓦、压力计等自重力，为 342Ni加载系统杠杆比，为 42.627（2）WFf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：式中：B轴瓦宽度(mm)（ ）BdMPa在轴瓦宽度的中间，沿圆周均布钻有 7 个直径为 1mm 的小孔(图 16-2)，每个小孔联接一个压力表。当轴的转速达到一定数值，在杠杆系统上加适当的砝码重量，轴与轴瓦间就会形成动压油膜，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NSK进口轴承 IKO进口轴承2径向油膜压力，记录下各压力表上显示
6、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 16-5a)。图 16-2 轴瓦四、实验步骤1准备工作l)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量的经过过滤的 45 号机油；4)去掉加载法码 6；5)在弹簧片端部安装百分表，使其触头与底座接触并有一定预压值；6)为保证图 16-3 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融。2实验内容与实验方法l)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，我们可通过观察油膜形成过程的电路系统来观察。电路系统如图 16-3 所示。1轴瓦 2轴 3灯泡图
7、 16-3 观测油膜形成过程电路图当主轴没有转动时，轴 2 与轴瓦 3 是接触的，接通开关 K，有较大的电流流过灯泡 3，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 G。 ，或者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
8、百分表的最大格数。为了保证数据记录的准确性，需要重复做三次，将测得的数据记录在表 l 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。1 2 37-1NSK进口轴承 IKO进口轴承33)绘制滑动轴承的特性曲线滑动轴承的 特性曲线如图 16-4 的所示，参数为油的粘度，它是受压力和温fqn/度影响的。但由于本实验进行的时间短，压力也不大(在 大气压以下)温度变化也50aMP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（20）时的动力粘度0.34（ ） 。而 为转速，是个变量。可实际测得。 为平均单位载荷sPan q（也
9、称比压）可用下式计算：（ ）dBWqMPa式中： 为载荷； 为主轴的直径； 为轴瓦宽度； 为平均单位载荷。Wqqn/图 16-4 滑动轴承 曲线fqn/从特性曲线图可以看出，摩擦系数 的大小是和转速有关的，主轴刚启动时，轴与轴f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，当达到临界点 后为液体摩擦区，即为滑动轴承的正常0a工作区域。实验时，我们用改变转速 n(即改变 )，将各转速下所对应的摩擦力矩和摩qn/擦系数求出，记录在表 2 中(并绘出 特性曲线)。f/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
10、制转速在 250300 转/分，然后加上载荷，观察指示灯泡，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 16-5a所示。具体画法是沿着圆周表面从左向右画出角度分别为 ， ， ， ，0324503679， ， 等分，得出油孔点 1,2,3,4,5,6,7 位置。通过这些点与圆心 4 连03125017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 ， ， 经 、 各点连成平滑曲线，这就是位于轴承中部截面的172油膜径向压力分布曲线。 为了
11、确定轴承承载量，用 p1Sin(i=1,2,7)求得向量 ， ，120f0aNSK进口轴承 IKO进口轴承4在载荷方向 (即 y 轴)的投影值。角度 与 Sin的数值见下表：7i22.5 45 67.5 90 112.5 136 157.5Sn0.382 0.707 0.923 1 0.923 0.707 0.382然后将 这些平行 y 轴的向量移到直径 08 上，为清楚起见，将直径 08 平iP1移到图 16-5a 的下部，在直径 上先画出轴承表面上油孔位置的投影点 ， 80 12，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 ， 等8 7点，将各点平滑地连接起来，所形成的曲线
12、即为在载荷方向上的压力分布。图 16-5 径向油压分布曲线在直径 0 上做一个矩形，采用方格坐标纸，使其面积与曲线所包围的面积相等。8那么该矩形的边长 q 平均 即为轴承中部截面上油膜径向平均单位压力。轴承处在液体摩擦工作时，其油膜承载量与外载荷相平衡，轴承内油膜的承载量可用下式求出： BdWP平 均式中； 为轴承内油膜承载能力；外加载荷；端泄对承载能力影响系数；径向平均单位压力；平 均q轴瓦宽度；B轴瓦内径d端泄对轴承压力分布及承载能力影响较大，通过实验，可求得其影响。具体方法如下：由实验测得的每块压力表上的压力，代入下式，可求出在轴瓦中点截面上的径向平均单位压力： 7sinsini7sin
13、7211 qqqi 平 均018(b)(a)1234 56723 4 5671 2 3 4 5 6 7 856NSK进口轴承 IKO进口轴承5端泄对承载能力的影响系数，用下式求得： BdqW平 均五、思考题1、 那些因素影响液体动压轴承的承载能力及油膜的形成？形成动压油膜的必要条件是什么？2、 当轴转速增加或载荷增大时，油膜压力分布曲线的变化如何？3、 曲线说明什么？试解释当 增加时，为什么在非液体摩擦区会随之下降，fqn/qn/而在液体摩擦区 会随之增大？f4、 试提出一种试验液体动压轴承的加载装置和摩擦系数测量装置的新方案。六、实验报告要求(l)求滑动轴承刚启动时的摩擦力矩 与摩擦系数1T
14、f表 1 启动状态下摩擦力矩及摩擦系数记录表百分表读数 载荷 W启动摩擦力矩 1T摩擦系数 f格数 NmN123计算启动时的摩擦力矩平均值： 平均 摩擦系数平均值： 平均 1Tf(2) 绘制 特性曲线fqn/（ ） （ ）BdWMPa34.0sPa已知条件:砝码重 Q= N 载荷 W= N表 2 非液体摩擦与液体摩擦状态下的转数 与百分表读数 记录表n转速 n百分表读数 摩擦力矩 1T摩擦系数 fqn/r/min 格 m 1/6010-612345678(3)绘制轴承径向油膜压力分布曲线表 3 油膜压力记录表NSK进口轴承 IKO进口轴承6压力表的位置 1 2 3 4 5 6 7径向压力（ ）aMP向 Y 轴投影压力值（ ）iSn1a径向单位面积上的平均压力 端泄对承载量的影响系数 ?平 均q
