1、ZCSII 型 液体动压轴承实验台实验指导书一、实验目的1、液体动压轴承油膜压力径向分布曲线的测定3、液体动压轴承摩擦特征曲线的测定二、实验系统1、实验系统结构该实验机构中滑动轴承部分的结构简图如图所示。1、电机，2、皮带，3、摩擦力传感器，4、压力传感器：测量轴承表面油膜压力，共 7 个 F1 F7，5、轴瓦，6、加载传感器：测量外加载荷值，8、转速传感器：测量主轴转速，7、主轴，9、油槽，10、底座，11、面板，2、调速旋钮：控制电机转速。试验台启动后，由电机 1 通过皮带带动主轴 7 在油槽 9 中转动，在油膜粘力作用下通过摩擦力传感器 3 测出主轴旋转时受到的摩擦力矩；当润滑油充满整个
2、轴瓦内壁后轴瓦上的 7 个压力传感器可分别测出分布在其上的油膜压力值；待稳定工作后由温度传感器 t1 测出入油口的油温，t2 测出出油口的油温。三、实验原理及测试内容1、实验原理滑动轴承形成动压润滑油膜的过程如图 3 所示。当轴静止时，轴承孔与轴颈直接接触，如图 3（a）所示，径向间隙使轴颈与轴承的配合面之间形成楔形间隙，其间充满润滑油。由于润滑油具有粘性而附着于零件表面的特性，因而当轴颈回转时，依靠附着在轴颈上的油层带动润滑油挤入楔形间隙，如图3（b）所示。因为通过楔形间隙的润滑油质量不变（流体连续运动原理） ，而楔形中的间隙截面逐渐变小，润滑油分子间相互挤压，从而油层中必然产生流体动压力，
3、它力图挤开配合面，达到支承外载荷的目的。当各种参数协调时，液体动压力能保证轴的中心与轴瓦中心有一偏心距 e。最小油膜厚度 nmin存在于轴颈与轴承孔的中心连线上。液体动压力的分布如图 3（c）所示。图 3 液体动压润滑膜形成的过程液体动压润滑能否建立，通常用 f- 曲线来判别。图 4 中 f 为轴颈与轴承之间的摩擦系数， 为轴承特性系数，它与轴的转速 n ，润滑油动力粘度、润滑油压强 p 之间的关系为： Pn式中，n 为轴颈转速； 为润滑油动力粘度；p 为单位面积载荷。 Nmm2 rFpBd。Fr 是轴承承受的径向载荷；d 是轴承的孔径，本实验中，d= 70mm；B 是轴承有效工作长度，对本实
4、验轴承，取 B=125mm。图 4 摩擦特性曲线（Stribeck 曲线）如图 2 所示，在轴瓦中心引出一压力传感器 10，用以测量轴承工作时的摩擦力矩，进而换算得摩擦系数值。对它们分析如图 5 ：F* r = N*LF=f*F式中：F 圆周上各切点摩擦力之和 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 摩擦系数 所以实测摩擦系数公式：f= （1）rFLN*图 5 轴径圆周表面摩擦力分析四、实验操作步骤一系统启动开启电脑，点击“轴承实验台 II”图标，进入 ZCSII 型 液体动压轴承实验台系统“油膜压力分布实验”主界面如图 6。图 6 油膜压力分
5、析实验主界面二油膜压力测试实验滑动轴承实验系统“油膜压力分布实验”主界面如图 6：1、 系统复位放松加载螺杆，确认载荷为空载，将电机调速电位器旋钮逆时针旋到底即零转速。顺时针旋动轴瓦前上端的螺钉，将轴瓦顶起将油膜放净，然后放松该螺钉，使轴瓦和轴充分接触。点击“复位”键，计算机采集 7 路油膜压力传感器初始值，并将此值作为“零点”储存。2、 油膜压力测试点击“自动采集”键，系统进入自动采集状态，计算机实时采集 7 路压力传感器、实验台主轴转速传感器及工作载荷传感器输出电压信号，进行“采样-处理-显示” 。慢慢转动电机调速电位器旋钮启动电机，使主轴转速达到实验预定值（一般 n300vpm） 。旋动
6、加载螺杆，观察主界面中轴承载荷显示值，当达到预定值后即可停止调整。观察 7 路油膜压力显示值，待压力值基本稳定后点击“提取数据键” ，自动采集结束。主界面上即保存了相关实验数据。3、 自动绘制滑动轴承油膜压力分布曲线点击“实测曲线”键计算机自动绘制滑动轴承实测油膜压力分布曲线。点击“理论曲线”键计算机显示理论计算油膜压力分布曲线。4、 手工绘制滑动轴承油膜压力分布曲线根据测出的油压大小按一定比例手动绘制油压分布曲线，如图 7 所示。具体画法是沿着圆周表面从左向右画出角度分别为：24，46，68，90，112，134，156等分,得出压力传感器 1,2,3,4,5,6,7 的位置,通过这些点与圆
7、心连线,在它们的延长线上,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。实验台压力传感器显示数值的单位是大气压（1 大气压=1kgf/mm2） ，换算成国际单位值的压力值（1kgf/mm2=0.1MPa） 。经 1，27各点连成平滑曲线，这就是位于轴承宽度中部的油膜压力在圆周方向的分布曲线。图 7 径向压力分布与承载量曲线要求：该实验做两组（实验报告画两个图） 转速（r/m） 载荷（ N）1、 100 1002、 300 300三摩擦特性测试实验滑动轴承的摩擦特性曲线见图 4。参数 为润滑油的动力粘度，润滑油的粘度受到压力与温度的影响，由于实验
8、过程时间短，润滑油的温度变化不大；润滑油的压力一般低于 20MPa，因此可以认为润滑油的动力粘度是一个近似常数。根据查表可得 N46 号机械油在 20C 时的动力粘度为 0.34Pas。n 为轴的转速，是一个实验中可调节的参数。轴承中的平均比压可用下式计算： rFpBd在实验中，通过调节轴的转速 n 或外加轴承径向载荷 Fr，从而改变 P，将各种转速 n 及载荷 Fr 所对应的摩擦力矩测出由（1）求得出摩擦系数 f 并画出 f-n 及 f-Fr 曲线。1、载荷固定，改变转速（1）确定实验模式打开轴承实验主界面，点击“摩擦特性实验”进入摩擦特性实验主界面如图 8 所示。图 8 滑动轴承摩擦特性实
9、验主界面点击图 9 中“实测实验”及“载荷固定”模式设定键，进入“载荷固定”实验模式。（2）系统复位放松加载螺杆，确认载荷为空载，将电机调速电位器旋钮逆时针旋到底即零转速。顺时针旋动轴瓦前上端的螺钉，将轴瓦顶起将油膜放净，然后放松该螺钉，使轴瓦和轴充分接触。点击“复位”键，计算机采集摩擦力矩传感器当前输出值，并将此值作为“零点”保存。（3）数据采集系统复位后，在转速为零状态下点击“数据采集”键，慢慢旋转实验台加载螺杆，观察数据采集显示窗口，设定载荷为 100-200N。慢慢转动电机调速电位器旋钮并观察数据采集窗口，采集完数据后点击“结束采集”键完成数据采集。（4）绘制测试曲线点击“实测曲线”计
10、算机根据所测数据自动显示 f-n 曲线。点击“理论曲线”计算机按理论计算公式计算并显示 f-n 曲线。进行比较。2、 转速固定 改变载荷（1）确定实验模式操作同载荷固定改变转速模式确定一节，并在图 8 中设定为“转速固定”实验模式。（2）系统复位同上操作（3）数据采集点击“数据采集”键，在轴承径向载荷为零状态下，慢慢转动调速电位器旋钮，观察数据采集显示窗口，采集数据后点击“结束采集”键，完成数据采集。（4）绘制测试曲线方法同上节，可显示或打印输出实测 f-F 曲线及理论 f-F 曲线。进行比较。要求：该实验固定载荷与固定转速各一组（实验报告画两个图） 1、固定载荷 100N转速（r/m） 0
11、50 100 150 200 250 300 350 400 2、固定转速 350r/m载荷（N） 50 100 150 200 250 300 350 400 450 四注意事项在开机做实验之前必须首先完成以下几点操作，否则容易影响设备的使用寿命和精度。（1）在启动电机转动之前请确认载荷为空，即要求先启动电机再加载。（2）在一次实验结束后马上又要重新开始实验时请顺时针旋动轴瓦上端的螺钉，顶起轴瓦将油膜先放干净，同时在软件中要重新复位（这很重要！） ， 这样确保下次实验数据准确。（3）由于油膜形成需要一小段时间，所以在开机实验或在变化载荷或转速后请待其稳定后（一般等待 510s 即可）再采集数据。（4）在长期使用过程中请确保实验油的足量、清洁；油量不足或不干净都会影响实验数据的精度，并会造成油压传感器堵塞等问题。五、思考题1、为什么油膜压力曲线会随转速的改变而改变？2、为什么摩擦系数会随转速的改变而改变？3、哪些因素会引起滑动轴承摩擦系数测定的误差？
