液体动压润滑径向轴承油膜压力和特性曲线
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液体动压润滑径向轴承油膜压力和特性曲线
(二) HZS —I型试验台
一.实验目的
1. 观察滑动轴承液体动压油膜形成过程。
2. 掌握油膜压力、摩擦系数的测量方法。
3. 按油压分布曲线求轴承油膜的承载能力。
二.实验要求
1. 绘制轴承周向油膜压力分布曲线及承载量曲线，求出实际承载量。
2. 绘制摩擦系f与轴承特性的关系曲线。
3. 绘制轴向油膜压力分布曲线
三?液体动压润滑径向滑动轴承的工作原理
当轴颈旋转将润滑油带入轴承摩擦表面，由于油的粘性作用，当达到足够高的旋转速度
时，油就被带入轴和轴瓦配合面间的楔形间隙内而形成流体动压效应，即在承载区内的油层
中产生压力。当压力与外载荷平衡时，轴与轴瓦之间形成稳定的油膜。这时轴的中心相对轴瓦的中心处于偏心位置，轴与轴瓦之间处于液体摩擦润滑状态。因此这种轴承摩擦小，寿命
长，具有一定吸震能力。
液体动压润滑油膜形成过程及油膜压力分布形状如图8-1所示。
滑动轴承的摩擦系数f是重要的设计参数之一，它的大小与润滑油的粘度(Pas)、轴的转速n (r/min)和轴承压力p (MPi)有关，令
n
P (7)
式中：一轴承特性数
观察滑动轴承形成液体动压润滑的过程，摩擦系数f随轴承特性数的变化如图8-2所示。
图中相应于f值最低点的轴承特性数c称为临界特性数，且c以右为液体摩擦润滑区，
c以左为非液体摩擦润滑区，轴与轴瓦之间为边界润滑并有局部金属接触。因此f值随减小而急剧增加。不同的轴颈和轴瓦材料、加工情况、轴承相对间隙等，f—曲线不同，c
也随之不同。
四.HZS-1型试验台结构和工作原理
1?传动装置
如图8-7所示，被试验的轴承2和轴1支承于滚动轴承3上，由调速电机6通过V带5 带动变速箱4，从而驱动轴1逆时针旋转并可获得不同的转速。
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(9)
2
1 —轴2—试验轴承3—滚动轴承 4 —变速箱5 — V 带传动6—调速电
机
图8-7传动装置示意图
2.加载装置
该试验台采用静压加载装置，如图图
8-8所示。图中4为静压加载板，它位于被试轴承
上部，并固定于箱座上，当输入压力油至加载板的油腔时，载荷即施加在轴承上， 轴承载荷
为：
F = 9.18 （p o A+Go ） N
（ 8）
式中：p o —油腔供油压力，p o = 3 kg/cm 2 ；
A —油腔在水平面上投影面积， 2
A = 60 cm 2
；
C ___ .
1 —测力计2—测力杆3—卡板4—加载板 5 —轴6—轴承7 —平衡重块
图8-8加载及摩擦力矩测量装 置
Go —初始载荷（包括压力表、平衡重及轴瓦的自重） Go = 8 kgf 。
3.摩擦系数测量装置
摩擦系数是通过测量轴承摩擦力矩而得到的。如图
8-8所示：在轴承6上联出一水平
测力杆2，当轴5旋转后，作用在轴承 6上的摩擦力矩，通过测力杆 2上的测力计1,测出
杆端的Q 力，由平衡得：
fF d QL
2 L Q 则有：
f
牛 Q
( 10)
d F
式中：L —测力杆力臂长度 (mm);
d — 轴颈直径 (mm); Q —测力杆端的平衡力； Q = 0.0098QO N;
Qo —重锤式拉力计读数 (gf)。 4. 油膜压力测量装置(如图8-9所示)
在轴瓦上半部承载区、 轴瓦宽度的中间剖面上， 沿圆周方向均布钻有 7个小孔，每个小
孔联接一只压力表(即联接
1~7表)，当轴承形成动压油膜时，就可以通过压力表测得周向
压力分布曲线。在轴瓦轴向有效宽度 B 的1/4处钻有一个小孔，供联接压力表用(即联接表 8)，这样根据轴向压力分布的对称原理，可测得轴向压力分布曲线。图 8-9是轴瓦小孔分布
的位置。
图轴瓦小孔分布示意图
五?轴承性能参数 轴颈直径d = 60 mm 轴瓦宽度 B = 60 mm
轴瓦材料为青铜，配合表面粗糙度
Ra6.3 m
轴颈材料为45钢，配合表面粗糙度 Ra3.2 m 相对间隙
“ —(1-1.5 ) %。
润滑油牌号及供油方式 N15机械油循环供油
油的粘度 =0.024 Pas
初始载荷 Go = 78 N ( 8kgf ) 测力杆力臂长度 L = 150 mm
加载范围 F = 0 3000 N 调速范围 n = 20 1200 r/min 电动机型号JZT12-4 电动机功率0.8 kW
六. 实验方法及步骤
1. 油膜压力分布的测定
丄「
2 2 B
■
接压力表
1~7
先用卡板3 （见图8-8）卡住测力杆2,以免测力计损坏。旋动油泵开关13 （见图8-10）
启动油泵。调节溢流阀5和减压阀3,使供油压力表2指示值为0.5 kgf/cm2。将变速箱8
的手柄放在低速档（左斜位置），转动调速旋钮11旋至最低速，开启主电机开关14和转速
控制开关12,指示红灯亮。转动调速旋钮11,使转速读数100 200 r/min之间，再将变速手
柄扳到高速档（右斜位置），逐渐升速到600 r/mi n（ 800 r/mi n），调节溢流阀5，使加载油腔压力表指示值为p0=4 kgf/cm 2（轴承载荷F=2432 N），运转几分钟待稳定后，依次自左至右
记录七只压力表及轴向压力表的读数。重新调节加载油腔压力P0 =3 kgf/cm 2（F=1844 N），
待稳定后记录压力表的值于实验报告表图8-1中。
2. 摩擦系数及特性系数的测定
特性系数的获得主要是测定、p及n各项参数。粘度主要根据轴承平均工作温
度t m来决定。轴承压力p可根据轴承载荷确定。转速可从（图8-10）转速表10上测得。
实验时，使加载油腔压力p0 = 4 kgf/cm 2时保持不变，将卡板7 （见图8-8）打开，使测
力杆3可以自由转动，依次将主轴转速调至600、500、400、300、200、100、50r/min，记
七.数据处理
1. 绘制轴承周向油膜压力分布曲线
12—转
速控制开关13—油泵开关14—主电机开关15调速电动机
图8-10 HZS —I型试验总体外观图
录各转速时的测力计读数于表2中。由经验得出轴承的平均工作油温
t m= 9.32+0.85t1 0C
根据轴承平均油温可查得粘度t m为：
（11）
2
--3
4
5 6
7
12
13
? '?1「
J ■15
15
改变轴承载荷，使
加载油腔压力P0 = 2
kgf/cm 2,重复上速过
程，将所测得之一
曲线与第一次试验相
比较（两次试验曲线应基
本重合）以证明仅与有
关。
测试完毕，应注意
先卸载、降速再停机。
1—试验轴承箱2—供油压力表3—减压阀4—加载油腔压力表5—液流阀
6—油箱7 —总开关8 —变速箱9—V带传动10—转速表11—转速调节旋纽与承载量曲线。
1=0.024(Pa S)。
8
9
右
左
-I—^-^1
10
11
图8-11周向油膜压力分布曲线
当形成压力油膜后，压力表稳定在某一位置时，
表中读数即表示轴承该点之周向油膜压
力。由左向右即为1、2、~7号压力表，然后依次将各压力表的压力值记录在表 1中。根据 测出的压力大小按一定的比例绘制周向油膜压分布曲线，如图
8-11所示。具体画法是：以
轴径d 作一个圆，取中线为 0—0水平线，沿着上半圆从左向右画出角度为
30、50、70、 90、110、130、150等分，得出油孔点 1、2、3、4、5、6、7位置。通过这些点与圆心 连成径向线，在它们延
长线上，将压力表测出的压力值按比例（比例：
0.1MFa =1cm ）
画出压力向量1 — 1'、2 — 2'、…7— 7'。将1'、2….7各点连成光滑曲线，这就是位于轴承 中部截面的油膜周向压力分布曲线。如图
8-11所示。
为了确定轴承承载量，可以用作图法确定轴承中间剖面上的平均单位压力
P m 值。作图
如下：将图8-11上部圆周上各点 0、1、2、……7、8投影到0 — 0水平直线上（见图 8-11 下部）得到0、1、
2、 ......................... 7、8点，在相应点的垂线上标出对应压力值在垂直方向的分量，
从而在垂线上得到 0、1、2、3……7、8点，将各点连成光滑曲线即为承载量曲线。用数 方格方法求出此曲线所围的面积，与在纵向上取
P m 值使其与0—8所围的矩形面积相等，
此P m 值经原比例换算后既为轴承中间剖面上的平均单位压力。
轴承处在液体摩擦工作状态时，轴承内油膜的承载量可用下式求出：
P = k P m B d
（12）
式中：k 为轴瓦在宽度方向的端泄对油膜压力的影响系数。 一般认为轴向油压近似呈二次抛物线规律分布， k=2/3。将求得的载荷P 与实际载荷F
加以分析比较。
2. 绘制轴承轴向油膜压力分布曲线
通过压力表8可测出轴向B/4处的压力p 8，用坐标纸绘制轴向油膜压力分布曲线，画 一条水平线取长度 0—
0为B = 60mm ，在中点4的垂线上按前述比例尺标出该点的压力值 为4— 4 = P 4 （端点为p 4）,在距两端B/4 =15 mm 处（即8点）沿垂线方向各标出压力值
8
—8 = P 8,轴承两端压力为零，0、8、4、8、0五点可连成一光滑曲线如图 8-12所示。如
果轴向油膜压力符合抛物线分布规律，根据计算，则有 P 8 =3/4 p max ,其中p max = p 4，将实
测的P 8与此值进行分析比较。
0 123 4 5 6 7 8
O
'
轴向油膜压力分布曲线
3. 绘制轴承摩擦特性曲线
滑动轴承的摩擦系数是润滑油粘度
，轴的转速n 、轴承压力p 的函数， 值称为滑动
轴承的特性系数。其最小值是液体摩擦和非液体摩擦的临界点。其特性系数 由式（7）
表示。
记算出不同压力及转速下的摩擦系数，在坐标纸上以 为横坐标，f 为纵坐标绘制f —
曲线，如图8-2所示。f 由式（10）计算。
八. 计算机辅助实验及数据处理①
在该轴瓦的上半部沿周向、轴向承载区测试压力部位安装压力传感器，
设计一套测试系
统，通过A/D 转换，编制有关程序，实现了计算机对油膜压力实验数据的采集（对于摩擦 特性曲线实验，采用“人机对话”方式输入实验数据）
。然后，利用计算机进行计算和数据
处理，直接在屏幕上显示，由打印机打印输出实验结果、 实验数据表格、绘制油膜压力分布
和摩擦特性曲线。
实验装置的系统框图如图 8-13所示。
图8-13计算机辅助实验框图
实验前首先检查试验台压力传感器及各设备联接是否正确， 调整主轴转速并
加
载，待油膜压力稳定后操作机算机。
计算机操作步骤如下：
1 ?直接双击桌面滑动轴承图标。
2.点击读取压力，然后返回主菜单。
3?在轴系加载栏填入你所加的载荷（机器面板上的载荷数）
然后进行实验，按规定要求 0
4. 在主轴转速栏填入你调的转速数。
5. 点击显示压力
6 ?在显示的桌面上点击计算压力数据
7.在显示的桌面上点击计算压力分布图。
&返回主菜单，进入实验报告输出。
九.实验报告
液体动压润滑径向轴承油膜压力和特性曲线实验报告
（一）实验目的
（二）轴承简图及主要参数
（1）主要参数
型号
轴颈直径 d =mm
轴承宽度B=mm
测力杆力臂长度L =mm
轴瓦材料
轴径材料
润滑油牌号
润滑油粘度=Pas
初始载荷（或轴瓦、压力计与自重）Go =
（2）轴承简图