径向滑动轴承油膜压力分析
基于有限差分法的径向滑动轴承油膜压力分布计算
Ｂａ ｅ ｎ Ｆｉ ｉｅ Ｄｉ ｅ ｅ ｃ ｅ ｈｏ ｓ ｄ ｏ ｎ ｔ ｆ ｒ ｎ ｅ Ｍ ｔ ｄ
Ｘｉ ａ Ｊｎ ｉｎ ｉｇ Ｗ ａ ａ Ｂ ａ ｌ ｅＦ ｎ ｉｇ Ｊａ ｐｎ ｎ Ｚｈ ｏ ａｉ Ｘｉｏｉ ｎ
（ ｏｅｅ ｆ ｃａｉ ｌ ｎｉ ｅ ｎ ，ｈｎｈｉ ｉ ｔ ｇＵ ｉ ｒ ｔ，ｈｎｈｉ ０ ２０ Ｃ ｉ ） Ｃ ｌ ｇ ｈｎｃ ｇ ｅｒ ｇＳ ａｇａ Ｊ ｏ ｎ ｎｖ ｓｙＳ ａｇａ ２ ０４ ，ｈｎ ｌ ｏ Ｍｅ ａＥ ｎ ｉ ａｏ ｅｉ ａ
实验7 液体动压滑动轴承油膜压力与摩擦仿真及测试分析分解
3）转速对油膜压力的影响 转速越高，单位时间通过载荷作用面的润滑 油就越多，产生的摩擦力就越大，油膜压力就越 大，特别是当转速达到一定值使流体的流动由层 流变为紊流时，承载力会得到显著提高。在转速 升高的同时会使润滑油的温度上升，运动粘度下 降，使油膜压力降低承载能力下降。相比而言， 油温升高带来的油膜压力降低比转速上升带来的 油膜压力升高要小得多。 4）液体动压滑动轴承设计的结构、尺寸，制造 精度，材料选择对动压油膜的产生和压力的大小 都有直接的影响。
实验7 液体动压滑动轴承油膜压 力与摩擦仿真及测试分析
7.1 实验目的
通过在 HSB 型试验台上，对液体动压 轴承进行径向和轴向油膜压力分布及大小的 测量和仿真，对摩擦特性曲线进行测定及仿 真，了解影响液体动压滑动轴承油膜建立及 影响油膜大小各项因素之间的关系。
7.2 实验原理
利用轴承与轴颈配合面之间形成的楔形间
3、滑动轴承油膜压力仿真与测试分析界面
4、滑动轴承摩擦特征仿真与测试分析界面
7.8 实验内容
1．液体动压轴承油膜压力周向分布测试分析
该实验装置采用压力传感器、A/D板采集该 轴承周向上七个点位置的油膜压力，并输入计 算机通过曲线拟合作出该轴承油膜压力周向分 布图。通过分析其分布规律，了解影响油膜压
传感器采集的实时数据。
注：此键仅用于观察和手动纪录各压力传感器采集的数据，软件所
需数据将由控制系统自动发送、接收和处理。
7.7软件界面操作说明
1、由计算机桌面“长庆科教”进入启动界面
2、在图7-7启动界面非文字区单击左键， 即可进入滑动轴承实验教学界面。
操
作
[实验指导]： 单击此键，进入实验指导书。 [进入油膜压力分析]： 单击此键，进入油膜压力及摩擦特性分析。 [进入摩擦特性分析]： 单击此键，进入连续摩擦特性分析。 [实验参数设置]： 单击此键，进入实验参数设置。 [退出]： 单击此键，结束程序的运行，返回WINDOWS界面。
动载径向滑动轴承油膜空穴研究_王小静
收稿日期:2004-06-20基金项目:国家973项目(G 1998020317-412)、上海市科委项目(03QF14019)、上海市教委项目(02A K19)资助。
作者简介:王小静(1970-),女,博士,研究方向:流体动力润滑理论,滑动轴承,微机电系统。
第25卷 增刊太原重型机械学院学报Vol.25 2004年9月J OURNAL OF TAIYUAN HEAV Y MACHIN ER Y INSTITU TESep.2004文章编号:1000-159X (2004)增刊-0033-04动载径向滑动轴承油膜空穴研究王小静1,苏 荭2,陈晓阳1,张直明1(1.上海大学,上海200072;2.安徽工业大学,安徽243002) 摘 要:径向滑动轴承通过动压作用形成动压油膜来承受载荷,在几何间隙发散区会产生油膜空穴,存在油膜空穴区。
油膜空穴的形成对轴承的静动特性有一定影响,而对于载荷变化的动载径向滑动轴承来说影响更为显著。
本文用不可压缩流体空穴算法描述动载径向滑动轴承油膜分布,并在此基础上分析了动载滑动轴承的性能变化。
关键词:空穴;动载;滑动轴承中图分类号:TG 333 文献标识码:A 自从1886年Reynolds 揭示了动压形成机理,推导了著名的雷诺方程以后,滑动轴承被广泛应用于各类旋转机械。
径向滑动轴承在几何间隙发散区会产生油膜空穴,油膜空穴的形成对轴承的静动特性有一定影响,而对于载荷变化的动载径向滑动轴承来说影响更为显著。
油膜空穴的形成和对轴承整体性能的影响具有重要研究意义。
目前,对油膜边界条件的描述最常用的有两种:雷诺边界条件和质量守恒边界条件。
其中,Jakobsson ,Floberg 和Olsson[1][2]提出的质量守恒边界条件是建立在油膜破裂和再形成边界处保持质量守恒的基础上的,与雷诺边界条件相比更为符合实际工况。
它较好地描述了整个润滑流场,认为整个润滑区可分为油膜完整区和空穴区,在油膜完整区雷诺边界条件仍然适用,并假设流体在空穴中以条状形式流动并且与轴承和转子表面均不脱离开,且空穴区内压力为常量。
滑动轴承在线实验报告
一、实验目的1. 了解滑动轴承的工作原理和结构特点。
2. 掌握滑动轴承在线实验的基本操作方法和注意事项。
3. 通过实验，测量滑动轴承的径向和轴向油膜压力分布曲线。
4. 分析实验数据，研究滑动轴承的承载能力和润滑性能。
二、实验原理滑动轴承是一种利用油膜来承受载荷的机械元件，其基本原理是在轴承与轴颈之间形成一层油膜，使两者分离，减少直接接触，从而降低摩擦和磨损。
本实验采用液体动压润滑原理，通过油泵将润滑油送入轴承间隙，形成油膜，实现润滑。
三、实验仪器与设备1. 滑动轴承实验台2. 油泵3. 油压传感器4. 数据采集系统5. 计算机软件四、实验步骤1. 安装实验装置，检查各部件连接是否牢固。
2. 调节油泵出口压力，使油压稳定在设定值。
3. 启动实验台，观察轴承的运行情况。
4. 记录实验数据，包括轴承的转速、载荷、油温等。
5. 使用油压传感器测量轴承的径向和轴向油膜压力分布曲线。
6. 将采集到的数据传输至计算机，进行数据处理和分析。
五、实验结果与分析1. 径向油膜压力分布曲线实验结果显示，轴承的径向油膜压力分布曲线呈抛物线形状，最大压力出现在轴承间隙中心，随着距离中心的增大，压力逐渐减小。
这是因为油泵提供的油压在轴承间隙中心处达到最大，随着距离中心的增大，油膜厚度增加，压力逐渐减小。
2. 轴向油膜压力分布曲线实验结果显示，轴承的轴向油膜压力分布曲线呈线性形状，压力随着轴向距离的增加而增大。
这是因为轴承在轴向受到载荷作用，油膜压力随着轴向距离的增加而增大。
3. 轴承承载能力通过实验数据分析，可以得出轴承的承载能力与轴承间隙、油泵出口压力等因素有关。
当轴承间隙增大时，油膜厚度增加，轴承承载能力提高；当油泵出口压力增大时，轴承承载能力也相应提高。
4. 润滑性能实验结果显示，滑动轴承的润滑性能与轴承间隙、油泵出口压力等因素有关。
当轴承间隙和油泵出口压力适中时，轴承的润滑性能较好，摩擦系数较低。
六、实验结论1. 通过本实验，掌握了滑动轴承在线实验的基本操作方法和注意事项。
滑动轴承实验报告
液体动压滑动轴承实验报告一、 实验目的1、测量轴承的径向和轴向油膜压力分布曲线。
2、观察径向滑动轴承液体动压润滑油膜的形成过程和现象。
3、观察载荷和转速改变时的油膜压力的变化情况。
4、观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况。
5、测定和绘制径向滑动轴承径向油膜压力曲线，求轴承的承载能力。
6、了解径向滑动轴承的摩擦系数f 的测量方法和摩擦特性曲线λ的绘制方法。
二、 实验设备及工具 滑动轴承实验台 三、 实验原理1、油膜压力的测量轴承实验台结构如图1所示，它主要包括：调速电动机、传动系统、液压系统和 实验轴承箱等部分组成。
在轴承承载区的中央平面上，沿径向钻有8个直径为1mm 的小孔。
各孔间隔为22.50，每个小孔分别联接一个压力表。
在承载区内的径向压力可通过相应的压力表直接读出。
将轴径直径（d=60mm ）按比例绘在纸上，将1~8个压力表读数按比例相应标出。
（建议压力以1cm 代表5kgf/cm 2）将压力向量连成一条光滑曲线，即得到轴承中央剖面油膜压力分布曲线）。
同理，读出第4和第8个压力表示数，由于轴向两端端泄影响，两端压力为零。
光滑连结0‘，8’，4‘，8’和0‘各点，即得到轴向油膜压力分布曲线。
2、摩擦系数的测量图1 轴承实验台结构图1、操纵面板2、电机3、三角带4、轴向油压传感器接头5、外加载荷传感器6、螺旋加载杆7、摩擦力传感器测力装置8、径向油压传感器（8只）9、传感器支撑板 10、主轴 11、主轴瓦 12、主轴箱径向滑动轴承的摩擦系数f 随轴承的特性系数λ（λ=ηn/p ）值的改变而改变。
在边界摩擦时，f 随λ值的增大而变化很小，进入混合摩擦后，λ值的改变引起f 急剧变化，在刚形成液体摩擦时f 达到最小值，此后，随λ值的增大油膜厚度亦随之增大，因而f 亦有所增大。
摩擦系数f 之值可通过测量轴承的摩擦力矩而得到。
轴转动时，轴对轴瓦产生周向摩擦力F ，其摩擦力矩为Fd2，它能使空套在轴上的轴瓦随轴转动，由于在轴瓦的外表面上固定一个测力杆，测力杆一端与轴瓦连接，另一端与弹簧片接触。
滑动轴承油膜压力分析与测量探究
滑动轴承油膜压力分析与测量探究本文使用滑动轴承测试台，运用PVDF压电薄膜传感器，测定油膜的各个点的压力分布情况，观察油膜形成的动态过程，并在坐标系上绘出其摩擦特效的曲线，从而获取径向的油膜在给点的压力数值，得出所对应的滑动轴承上的载荷数值。
同时，阐述了具体的滑动轴承油膜压力测量与计算过程。
滑动轴承；油膜压力；测量通常我们在滑动轴承油膜压力的分布计算中，会根据已知的一些参数，如油膜粘度值、偏心率、轴颈转速值、供油压力值等数据，在理论计算的基础上，使用仿真软件进行计算即可。
但是在实际中，这种计算方法存在着较大的误差，甚至有可能会出现一些运算结果同实际运行不符的状况，将高分子材料PVDF应用于滑动轴承动态油膜压力测量中，可以获得更加精确测量的试验数据，反应实际情况。
滑动轴承测试台概述进行滑动轴承油膜压力测试的平台，如图1所示，除去T型基座包括的操控板、电动机、三角皮带、螺旋加载杆、传感器支撑板、主轴、主轴瓦以及主轴箱等一般装置外，还包括了弧形零件、激振器、力传感器、压电薄膜传感器。
其中，电机拖动了轴的旋转，且轴承上安装了螺旋加载杆来提供作用力；滑动轴承装有力传感器，其作用主要是测量油膜的压力分布曲线和相关数据信息。
传感器使用PVDF压电薄膜，PVDF作为各向异性材料，其压电特性决定了电荷响应方向，一般为三个方向，长度、宽度和厚度，主要的用力方向在厚度上。
加载外力作用于PVDF薄膜时，表面的上下可以产生极性相反且大小相等的电荷。
在本文中使用的PVDF压电薄膜传感器厚度为28μm，测量面积1.5×1 cm2，在传感器的尾端，采用了压接端子的电荷输出，使得传感器安放在轴承内，仍能保证油膜的形成。
测试原理上，可以通过简单的流程展示：信号发生器→功率放大器→激振器→实验台→力传感器/压电薄膜传感器→数据采集→计算机在测试台的操纵板上，可以检测轴承的转速和载荷情况，加载载荷不同，测试台承受的压力值也会不一样，因此压力传感器会检测到不同的数据，根据传感器传回的数据所绘制的曲线形状由此发生不同变化。
液体动力润滑径向滑动轴承承载能力测试实验
实验二 液体动力润滑径向滑动轴承承载能力测试实验一、实验项目名称实验项目名称：液体动力润滑径向滑动轴承承载能力测试实验二、实验目的（1） 了解滑动轴承中形成流体动压润滑；（2） 掌握测定油膜压力分布曲线，并用图解积分求油膜承载能力的方法；（3） 了解影响油膜承载能力的因素；三、实验内容（1） 测定和绘制径向滑动轴承径向油膜压力曲线，求轴承的承载能力。
（2） 观察载荷和转速改变时油膜压力的变化情况。
（3） 观察径向滑动轴承油膜的轴向压力分布情况。
四、实验仪器与设备采用ZCS-Ⅱ型液体动压轴承实验台。
五、实验基本原理根据液体动压润滑的雷诺方程，从油膜起始角φ1到任意角φ的理论油膜压力为：ϕϕχϕϕχψωηϕϕϕd P ⎰+-=130*2)cos 1()cos (cos 6 式中：P φ——任意位置的压力（Pa ）；η ——油膜黏度；ω ——主轴转速（r/s ）； ψ ——相对间隙，ψ=（D-d ）/d ，D 为轴承孔直径，d 为轴径直径φ ——油压任意角φ0 ——最大压力处极角φ1 ——油膜起始角χ ——偏心率，χ=2*e/(D -d)，e 为偏心距实测油膜压力由7个压力传感器测量轴瓦表面每隔22度角处的七点油膜压力值。
六、实验方法与步骤1、 实验准备工作（1） 打开实验台系统软件，选择标定，恢复出厂标定，输入当前产品序号，如标有9的序号为100009，选择串口1；（2） 确认载荷、速度为空，打开实验台电源开关；（3） 一次实验结束后马上又要重新开始实验时，请用轴瓦上端的螺栓旋入顶起轴瓦将油膜先放干净，同时在软件中重新复位，确保下次实验数据准确；2、 油膜压力测试（1）击“自动采集”，将电机速度旋转到200r/min左右，然后慢慢加载到1800N，观察油膜压力采集七点参数值，点击“提取数据”；（2）点击“实测曲线”作出测得的7个压力值之曲线，点击“理论曲线”作出理论压力曲线，对两者进行比较；（3）点击“结果显示”，显示轴承平均压力、轴承pv值、油膜最小厚度；（4）点击“打印”，将油膜压力实验结果打印出来。
径向滑动轴承油膜压力分析
Ｋｅ ｒ ｓ：ｒｄａ ｌ ｉｇｂ ａ ｇ ｆ ｍ ｒｓｕｅ Ｍａｌｂ； ｎ ｔ ｙ ｗｏ ｄ ａ ｌ ｓｉ ｎ ｅｆｎ ； ｌ ｐｅ ｓｒ ； ｔ ｉ ｄ ｉ ａ ｌ ｇｈ—ｄａ ｅｅ ａｉ；ｃ ｅ ｔ ｃｔ ｅ ｉ ｔｒｒｔ ｅ ｃ ｎｒ ｉ ｍ ｏ ｉｙ
径向滑动轴 承是工业 中普遍应用 的轴承 ， 它
（ 北京交通 大学 机械 与电子控制工程 学院， 京 １０４ ） 北 ００ ４
摘要 ： 在差分法的基础上， 采用超松弛迭代法对二维 Ｒｙｏ ｓ ｅ ｌ 方程进行求解 ， ｎｄ 通过 Ｍ ｔｂ ａａ 求得滑动轴承油膜压 ｌ 力的分布曲线 ， 进一步研究了轴承的宽径比、 偏心率对油膜压力分布变化规律的影响。
中的导数， 将方程化为一组代数方程。
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1.2 Raynolds方程
Raynolds方程是流体润滑问题研究中所用 的基本方程，对动压滑动轴承静态特性和 油膜压力分布的计算都归结为对Reynolds方 程的求解。假设：
(1)轴颈无偏斜，油膜厚度沿周向各点相同。 (2)粘度 不随压力的变化而改变。 (3)有限长轴承。 (4)忽略曲率半径对油膜厚度的影响。
论文提纲
1 滑动轴承流体动力润滑原理及Raynolds方程 2 数值求解Raynolds方程 3 结果分析 4 结论
1 滑动轴承流体动力润滑原理及 Raynolds方程
流体动压润滑原理
Raynolds方程
1.1流体动压润滑原理
在一定的条件下两相对滑动的摩擦表面可 以被薄层粘性流体完全分开并由所建立的 流体润滑膜压力平衡外载荷，这种状态称 为流体动压润滑。
利用matlab编程，流程图为：
取偏心率 =0.8，d/L=2，m=80，n=60得 出一组无量纲油膜压力分布：
无量纲油膜压力沿周向和周向分布
2.4 计算分析
从图2.3中可以看出360°包角有限宽径向轴承 在0 ≤ φ ≤ π 区域的无量纲油膜压力的三维分布 近似一连续的抛物面，而在在π ≤ φ ≤ 2π的区域 ，无量纲油膜压力反对称 0 ≤ φ ≤ π区域。 在轴向宽度上，无量纲油膜压力呈现抛物线分 布，这是因为在轴承两端发生测泄，油膜压力 为0。
根据上述假设条件， 得到Raynolds方程：
2 数值求解Raynolds方程
2.1 二维Raynolds方程的无量纲化
2.2差分法求解二维Raynolds方程的原理
2.3 滑动轴承无量纲雷诺方程的求解 2.4 计算分析
2.1 二维Raynolds方程的无量纲化
令
得：
此即为无量纲化的二维雷诺方程。由上式可 见，向心滑动轴承中的无量纲压力P的分布 以及其它性能仅取决于d/L和H（ε） 两个几 何变量
2.2差分法求解二维Raynolds方程的原理
网格划分及差商标示图
以p (i,j)值以 值表示节点（i，j）的压力
进一步化简：
利用超松弛迭代法程序编制简单、收敛 速度快的特点，将方上述RR=1e-5
2.3 滑动轴承无量纲雷诺方程的求解
计算过程中，先对求解区域内各节点的压 力赋初值为零，然后采用逐点松弛迭代法 便可求解各节点的无量纲压力值。
径向滑动轴承的特点
径向滑动轴承是工业中普遍应用的轴承。 与滚动轴承相比，滑动轴承工作平稳、可 靠、噪音较低。如果能够保证充分的液体 润滑，使得滑动表面被润滑油分开而不发 生直接接触，则还可以大大减少摩擦损失 和表面磨损从而增加轴承的寿命。另外， 具有一定的吸振能力的润滑油膜有利于提 高轴承运转的稳定性和运转精度。
3 结果分析
3.1 宽径比L/d对无量纲油膜压力的影响
3.2 偏心率 ε对压力分布的影响
3.1 宽径比L/d对无量纲油膜压力的影响
3.2 偏心率 ε对压力分布的影响
4 结论
通过对离散化的二维Reynolds方程的求解, 并将计算出的无量纲压力分布绘制成压力 分布曲线,揭示径向滑动轴承润滑油膜沿周 向和沿轴向的压力分布规律。通过改变参 数后压力曲线的变化,揭示影响油膜压力的 因素及其变化规律,以便更深刻地理解和掌 握动压滑动轴承的承载机理。