滑动轴承油膜压力分析与测量探究
滑动轴承压力分布及动特性系数
表 １ 轴承参数
式中： 为偏位 角， 为轴承 宽度 ， Ｚ Ａ＝２／， ＝１＋ ｚ１Ｈ
ｃｓ ， ｏ 日为无量纲油膜厚度 ， 为偏心率． Ｐ为无量纲 油膜 压力 ， 由式 （ ） 以得 出 ， 量 纲 油 膜 压力 Ｐ的 ２可 无
分布取 决于偏 心率 和宽径 比 ｄ １ ／．
１ 差分法求解压 力分布
从层流运动的油膜中取一个微小 的单元体作为
通信作者 ： 张成．
第 ９期
史冬岩 ， ： 等 滑动轴承压力分布及动特性 系数
研 究 对象 ， 以导 出雷 诺 方程 的一 般形 式 ¨ ： 可
点计算 ， 如果算 出某点压力为负 ， 即取为零． 此点位 置即可作为该行上油膜 自然破裂边 的近似位置． 该 代均如此处理 ， 则破裂边近似位置会逐渐逼近应有
从压力分布图 ２中可 以看出 ， ０ 包角有 限宽 ３ 。 ６ 径 向轴承的无量纲油膜压力 的分布为近似抛物面分 布． 无量 纲油 膜 压力 在某 一段 逐 渐 增 大 到最 大 压 力
ｓ ｒ ｉｔ ｒ ａ ｃ ．Ｔ ｅ ｒ ｓ ｌ ｆｔ ｅ ｓｕ ｙ ｉ ｄ ｃ ｔ ｔ ａ ｈ ｉ ｆ ｍ ｒ ｓ ｕ ｅ ｄ ｓｒ ｕ ｅ ｌ ｎ ｈ ｅ — ｉ ｎ ｉｎ ｌ ｕ ｅ ｄ ｓｕ ｂ ｎ ｅ ｈ ｅ ｕ ｔ ｏ ｔ ｄ ｎ ｉａ ｅ ｈ ｔｔ ｅ ｏ ｌｉ ｓ ｈ ｌ ｐ ｅ ｓ ｒ ｉｔ ｂ ｔ ｄ ａｏ ｇ ａ ｔｒ ｅ ｄｍｅ ｓ ａ ｉ ｏ
中图分类号 ：Ｈ１３ ３ 文献标识码 ： 文章编号 ：０ ６７ ４ （０ １０ －１４０ Ｔ ３．１ Ａ １０ －０ ３ ２ １ ） ９１３ －６
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｈ ｉ ｆｌ ｒ ｓ ｕｒ ｎ ｙ ａ ｉ ｏ ｆ ｃ ｅ ｔ ｓ ａ ｃ ｎ ｔ ｅ ｏ ｌｉ ｍ ｐ ｅ ｓ ｅ ａ ｄ ｄ ｎ ｍ ｃ ｃ ｅ ｉ ｎ ｉ ｏ ｌ ｉｇ ｂ ａ ｉｇ ｆａ ｓｉ ｎ ｅ ｒ ｎ ｄ
滑动轴承的故障诊断分析 (DEMO)
滑动轴承的故障诊断分析一、滑动轴承的分类及其特点1、静压轴承静压轴承的间隙只影响润滑油的流量，对承载能力影响不大，因此、静压轴承可以不必调整间隙，静压轴承在任何转速下都能保证液体润滑，所以理论上对轴颈与轴瓦的材料无要求。
实际上为防止偶然事故造成供油中断，磨坏轴承轴承，轴颈仍用45#，轴瓦用青铜等。
2、动压轴承动压滑动轴承必须在一定的转速下才能产生压力油膜。
因此、不适用于低速或转速变化范围较大而下限转速过低的主轴。
轴承中只产生一个压力油膜的单油楔动压轴承，当载荷、转速等条件变化时，单油楔动压轴承的油膜厚度和位置也随着变化，使轴心线浮动，而降低了旋转精度和运动平稳性。
多油楔动压轴承一定的转速下，在轴颈周围能形成几个压力油楔，把轴颈推向中央，因而向心性好。
异常磨损：由于安装时轴线偏斜、负载偏载、轴承背钢与轴承座孔之间有硬质点和污物，轴或轴承座的刚性不良等原因，造成轴承表面严重损伤。
其特征为：轴承承载不均、局部磨损大，表面温度升高，影响了油膜的形成，从而使轴承过早失效。
二、常见的滑动轴承故障●轴承巴氏合金碎裂及其原因1.固体作用：油膜与轴颈碰摩引起的碰撞及摩擦，以及润滑油中所含杂质（磨粒）引起的磨损。
2.液体作用：油膜压力的交变引起的疲劳破坏。
3.气体作用：润滑膜中含有气泡所引起的汽蚀破坏。
●轴承巴氏合金烧蚀轴承巴氏合金烧蚀是指由于某种原因造成轴颈与轴瓦发生摩擦，使轴瓦局部温度偏高，巴氏合金氧化变质，发生严重的转子热弯曲、热变形，甚至抱轴。
当发生轴承与轴颈碰摩时，其油膜就会被破坏。
摩擦使轴瓦巴氏合金局部温度偏高，而导致巴氏合金烧蚀，由此引起的轴瓦和轴颈的热胀差，进一步加重轴瓦和轴颈的摩擦，形成恶性循环。
当轴瓦温度T大于等于230°C时，轴承巴氏合金就已烧蚀。
三、机理分析大多滑动轴承由于运行过程中处于边界润滑状态所以会产生滑动摩擦现象，同时又居有一定的冲击能量和势能，所以存在与产生滑动摩擦和碰摩相同的故障机理。
滑动轴承——精选推荐
*第十章 滑动轴承重要基本概念1．动压油膜形成过程随着轴颈转速的提高，轴颈中心的位置和油膜厚度的变化如图10-3所示。
图10-3从n =0，到n →∞，轴颈中心的运动轨迹为一半圆。
利用此原理可以测量轴承的偏心距e ，从而计算出最小油膜厚度h min 。
2．动压油膜形成条件(1) 相对运动的两表面必须构成收敛的楔形间隙；(2) 两表面必须有一定的相对速度，其运动方向应使润滑油从大口流入、从小口流出； (3) 润滑油必须具有一定的粘度，且供油要充分。
3．非液体摩擦滑动轴承的失效形式、设计准则和验算内容，液体动压润滑轴承设计时也要进行这些计算失效形式：磨损、胶合设计准则：维护边界油膜不被破坏，尽量减少轴承材料的磨损。
验算内容：为防止过度磨损，验算：p =BdP≤ [ p ] MPa 为防止温升过高而胶合，验算：Pv =100060⨯⋅ndBd P π≤ [pv ] MPa ·m/s 为防止局部过度磨损，验算：V = 100060⨯ndπ≤ [v ] m/s因为在液体动压润滑滑动轴承的启动和停车过程中，也是处于非液体摩擦状态，也会发生磨损，也需要进行上述三个条件的验算。
4．对滑动轴承材料性能的要求除强度（抗压、抗冲击）外，还应有良好的减摩性（摩擦系数小）、耐磨性（抗磨损、抗胶合）、跑合性、导热性、润滑性、顺应性、嵌藏性等。
5．液体动压润滑轴承的工作能力准则 (1) 保证油膜厚度条件：h min ≥[h ]；(2) 保障温升条件：t ∆ ≤ [t ∆]=10~30C ︒。
精选例题与解析例10-1 一向心滑动轴承，已知：轴颈直径d = 50mm ，宽径比B /d =0.8，轴的转速n = 1500r/min ，轴承受径向载荷F = 5000N ，轴瓦材料初步选择锡青铜ZcuSn5Pb5Zn5，试按照非液体润滑轴承计算，校核该轴承是否可用。
如不可用，提出改进方法。
解：根据给定材料ZCuSn5Pb5Zn5查得：[p ] = 8MPa ，[v ]= 3 m/s ，[pv ]=12 MPa ·m/s 。
浅谈大型滑动轴承油膜厚度的测量方法
章情况 ， 作出快速反应 ， 提高航道 的通行能力。
常州 市航道 处研发 成功 “ 航政 机顶盒 ” ８月 ８日下 午 ５时 ， 常州 市航 道 处 宣 布 ， 航 “
●世 界 港 口 ●
汉堡 港上半 年集 装箱 吞 吐量增 长 １％ １
政机顶盒” 在该处正式研发成功 ， 即使人 在国外 也可以通过 手机遥测 目标航标 ， 解放 了航道工 “ 作 中最苦的一群人 ！ ” “ 航政机顶盒” 是江苏省交通厅委托 常州市 航道处研发 的“ 江苏省航政管理系统” 中的关键 技术。据研发领衔人常州市航道处成兴林介绍 ， 以前 ， 航标管理维护工作人员都是租一条小船 ， 驶 到航标所在的水域 ， 再爬入几米甚至 ４ Ｏ多米高 的 航标 ， 才能统计到所有的航标数据。现在， 只要在 终端 电脑上装上与“ 调制解调器” 大小相似的“ 航 政机顶盒” 配合航标上多功能遥测遥控 航标灯 ，
方法 。 １２放 电 电压法 ．
中心膜厚 ， 且在承载条件下测试结果并不准确 。 另外 ， 还有激光衍射法 ， 但此方法并没有得到
广 泛应 用ห้องสมุดไป่ตู้。 ８ 磁 阻法 ）
用放 电电压法对弹流膜厚进行的实验结果表 明润滑剂 的纯洁度对放电电压影 响较大 ， 并不能 定量 的反 映油 膜厚 度 的大小 。
在点接触 弹流油 膜“ 马蹄形” 干涉 图案 的基
础上 得到 实 际应用 ， 实 现 了用 光 干 涉法 测 量 纳 并
固定在轴瓦的恰 当位置 ， 另一端面则分别 与光源 （ 下转 第 ４ ６页）
・
３ ・ ９
维普资讯
港 口科技 ・ 息窗 信
既可用 于 全 膜 弹 流 测 试 又 可 用 于 部 分 膜 弹 流 测
滑动轴承三维油膜压力动态分布可视化研究
论 分析研 究 ．有助 于提高 滑动轴 承设计 质量 。
１ 三维 可视化 系统 结构与 油膜压 力 的数 值计 算
以 Ｖｉ ａ Ｃ ＋６ ０为开发平 台，编 写交互 式虚拟 ｓ ｌ ＋ ． ｕ 控制 软件 ，求解滑 动轴 承油膜 压力 二维雷诺 方程 ，得 出油膜压 力分布 三维数 据 。 用 Ｏ ｅ ＧＩ， 三维 压力 利 ｐ ｎ 将 数据 实时显 示为压 力分 布的 三维模 型 ，最终 实现 径 向 滑动 轴承油 膜压力 动态分 布 的三维 立体可视 化 。油膜
用 虚拟 现实立 体显示 技术进 行径 向滑 动轴承油 膜压力 分 布 的三维 动态可视 化研究 ，通 过人机 交互操 作 ，实
ｆ Ｉ
『
三 模型 维
Ｈ Ｉ 芏ｌ 矗 ｌ 口
轴 Ｌ—厂 承
Ｉ
图 １ 油 膜 压 力 三 维 可 视 化 系 统 结 构
三 维 立 体
滑 动轴 承 三 维 油膜 压 力 动 态分布 可视 化研 究
阳 旭 ，王 培 俊 ，杨 利 明 ， 王 文 静
（ 南 交 通大 学 国家 级 机 械 基 础 实验 示 范 中心 ， 四 川 成都 ６ ０ ３ ） 西 １ １ ０ １
摘 要 ：研 究 开 发 了基于 Ｏ ｅ Ｇ 交 互 控制 的 滑 动轴 承 油 膜 压 力 动 态 分 布 三 维 可 视 化 仿 真 系 统 。将 油膜 压 力 的 ｐｎ Ｌ 实 时 计算 、 力分 布 三 维 图形 的 绘 制 与 立体 显 示 相结 合 ， 过 人 机 交 互 ，实 时 显 示任 意 转 速 、润滑 油 粘 度 、宽 压 通 径 比 等参 数 下 的油 膜 压 力 动 态分 布 三 维模 型 ， 沉 浸感 环 境 下直 观 、 真地 进 行 滑 动 轴承 三维 油膜 压 力 分 布 的 在 逼 分 析 研 究 ， 有助 于 提 高 滑 动 轴承 设 计 质 量 。
汽轮发电机组滑动轴承油膜振荡故障的分析与治理
３ 振 动 突 变原 因分 析
综 合 以上 振 动 特 征 ， 为 突发 振 动 是 真 实 信 认 号 ， 稳定 振动 与发 电机转 子 本 身 没 有关 系 ， 不 而是 由支 承转 子 的 轴 承 故 障 所 致 。通 过 对 振 动 突 发
性 、 动 与转 速 之 间 的关 系 及 发 电机 转 子 一 阶 临 振
摘要 ： 台 ３ ０ＭＷ 汽轮发 电机组 检修后开机过程 出现异 常振 动， 现为发 电机轴 承振动 突变 。分析 表明 ， 某 ５ 表 振 动突变 的原 因是发 电机轴 承发生了油膜振荡故 障。通过对 安装数 据 的分 析 ， 为发 电机轴 承单边侧 隙偏小 是 认 诱发油膜振荡 的主要原 因 ， 通过修改轴承侧 隙和标 高消除 了机组的油膜振荡故障 。
机。 上述异常振动影响了机组的安全稳定运行。
构 ， 轴 系有 ６套 轴 承 ， 中汽 轮 机 １ ２ 轴 承 为 全 其 ， 可倾 瓦轴 承 ， ， 承 为 椭 圆 瓦轴 承 ， 电机 ５ ， ３ ４轴 发 ６轴承 为球 面瓦 轴 承 。机 组 结 构振 动 发 散 伯 德 图
（ ） ４给 出了 ３个 典型 转 速下 的频 谱 图 ， ３图 分 别 代 表 １ ０ ｍ ｎ之前 、 ８ ０～ ０ ｍ ｎ和振 ０ｒ ｉ ８ ／ １ ０ ２９ ０ｒ ｉ ／
图 ４ ３个典 型 转 速 下 ５轴 承 测 点 的 频谱 图
而且 幅值 较大 ， 远超 过工频 分量 幅值 。 图 ５给 出了某 次振 动 突 变后 的振动 波 形 。 图 上 黑点 与汽轮 机旋 转 周期 相 对应 。该 波 形 图所 对
宣
ｉ 璺 罂
应 的转速 为 ２９ １５ｒｒｎ 由该 图反 推 出故 障信 ２ ． ／ ｉ。 ａ
推力轴承温度分布及油膜厚度的测量
测 试 作 业姓名：***学号：**********班级：A0702091学院：机械与动力工程学院推力轴承温度分布及油膜厚度的测量1 问题的提出及相关方法简介1.1推力轴承油膜厚度测量方法的介绍为了合理确定大型推力轴承的结构参数，实现在大比压工况下的全膜润滑，需要对推力轴承进行全面的试验研究。
推力轴承润滑油膜的特征参数测试是推力轴承试验研究的主要内容，一般地，表征推力轴承润滑性能优劣的主要参数有油膜厚度分布、油膜压力分布、油膜温度分布，与此相关的参数还有轴承损耗、润滑油流量、推力和转速等，其物理量为位移、压力、温度、流量、力和转速等。
油膜厚度是保证推力轴承可靠、稳定工作的最主要参数，也是检测难度最大的参数，而且实际工况还会影响到测量的精度和准确性。
对推力轴承油膜厚度等参数的测量，国内外都进行了大量的研究，获得了很多经验，也提出了多种检测方案和测量方法。
其中较为常见的油膜厚度检测方法包括：电阻法、电容法、电涡流法、光干涉法、光纤传感器法、磁阻法、超声波法、阻容振荡法以及冲击法等。
1） 电阻法 电阻法是最早提出的用于测量润滑油膜厚度的技术，此方法简单易行。
电阻法测量原理利用了金属导电性能与润滑油导电性能相差悬殊的特性以及油膜厚度与油膜电阻之间的关系。
当油膜将接触面完全隔开时电阻很大，而当金属接触时电阻急剧下降，它能相当有效地测定金属接触百分比，易于实现在线测量，监控推力轴承工作情况。
然而，本质上讲电阻法只能测定金属是否接触，以及接触面积的大小，而很难测定油膜的厚度，即只能给出定性的趋势，很难给出定量的数值，不能及时预防事故发生。
2） 电容法电容法是一种比较成熟的技术，是润滑油膜测试技术中积累数据最多、使用经验最为丰富的方法，是一种公认的有效检测油膜厚度的方法.其原理是通过测量两物体之间的电容值来判断油膜厚度。
如果已知润滑油的介电常数，根据油膜的电容值随油膜厚度增加而降低的变化关系，可相当准确地计算出油膜厚度。
基于格点型有限体积法的滑动轴承油膜压力特性分析
基于格点型有限体积法的滑动轴承油膜压力特性分析杨国栋; 曹贻鹏; 明平剑; 张文平; 李燎原【期刊名称】《《振动与冲击》》【年(卷),期】2019(038)017【总页数】7页(P191-196,219)【关键词】格点型有限体积法; 滑动轴承; 油膜压力; 非结构化网格【作者】杨国栋; 曹贻鹏; 明平剑; 张文平; 李燎原【作者单位】哈尔滨工程大学动力与能源工程学院哈尔滨150001; 中国舰船研究设计中心武汉430064【正文语种】中文【中图分类】TH133.31滑动轴承是最常见的流体润滑轴承，具有形式简单、接触面积和承载力大等优点，在工业领域中广泛应用[1]。
当轴颈转动时，轴与轴瓦之间的楔形间隙内会形成一层动压液膜，起到平衡外载荷和减小摩擦损耗的作用。
雷诺方程是求解轴承油膜压力的核心方程，其求解方法主要有解析法、有限差分法(FDM)、有限元法(FEM)等[2]。
解析法只适用于无限短或无限长轴承，此时雷诺方程退化为一维方程，无法准确描述轴承内的压力分布；FDM是最常用的数值解法，形式简单，方程中的偏导数项可以通过差商形式表示，润滑区域的离散采用正交化的四边形网格，Sun等[3-10]基于该算法研究了滑动轴承的润滑特性，但是对于结构复杂的润滑区域，无法采用该算法求解；FEM是从弹性力学发展而来的算法，之后应用于润滑计算领域[11-15]，润滑区域的划分可以采用非结构化网格，单元大小和节点数可以任意选取，对润滑区域形状的要求较少，但是该算法需要构建一个总刚矩阵，计算量较大。
格点型有限体积法(Cell-Vertex Finite Volume Method，下面用CVFVM表示)是CFD领域中常用的方法，该算法既具有有限体积法强守恒性的特点，又具有FEM 对网格类型灵活性的特点，近些年来在传热和+结构等领域也有较多的应用[16-17]，但是在润滑领域应用较少。
本文基于CVFVM离散雷诺方程，并利用矢量化方式推导得出了适用于非结构化网格的方程形式，并对文献[3]中的算例进行了对比和验证，在此基础上，研究了偏心率和轴颈倾斜角度对内燃机主轴承压力特性的影响。
油膜厚度测试
光干涉法 电涡流法 电容法 光纤传感器
油膜厚度测试
油膜厚度测试
1.流变模型的比较 1.流变模型的比较
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ要进行推力轴承油膜厚度测试的理论研究， 建立符合实际工况的流变模型是基础。弹 流接触区(推力瓦与镜板之间) 流接触区(推力瓦与镜板之间)的润滑油，在 很短的时间内经受着极大的压力变化温度 变化和极高的剪切率，描述润滑油时流变 特性的模型较多
弹流油膜厚度测试技术的发展
弹流油膜厚度测试技术的发展
弹流油膜厚度测试技术的发展
由于在弹流条件下，润滑介质流变特性的 确定性，离开弹流接触区的实际状态测量 是不可能的，也是不确切的。因此，如何 采用适当的测量手段实测流变参数，尤其 是弹流油膜厚度，将是流变弹流润滑领域 的一个重要课题。当然．在流变弹流数值 分析方面，求得适于工程应用的油膜厚度 计算公式和牵曳力计算公式，也是亟待解 决的研究课题
可大致分为三类 不含有极限剪切强度 含有极限剪切强度，但剪应力只可趋近不 能达到极限剪切强度 含有极限剪切强度，且剪应力可以达到极 限剪切强度
流变弹流润滑的数值分析
Gecim和Winer首次使用非牛顿流体的Gecim— Gecim和Winer首次使用非牛顿流体的Gecim— Winer流变模型进行了弹流计算。但是Gecim和 Winer流变模型进行了弹流计算。但是Gecim和Wirier 是基于Gtubin假设，而不是对Reynolds方程、流变方程 是基于Gtubin假设，而不是对Reynolds方程、流变方程 和油膜厚度方程进行完全数值解，并假设流体在零压 下的极限剪切强度为零。Jacobson和Hamrock首次 下的极限剪切强度为零。Jacobson和Hamrock首次 用具有极限剪切强度的Smith流变模型，得出了线接 用具有极限剪切强度的Smith流变模型，得出了线接 触等温流变弹流润滑的完全数值解，由于解法上的问 题，他们所计算的滑滚比极小。Wang和hang利用 题，他们所计算的滑滚比极小。Wang和hang利用 Bait和Wilaer模型，求解了线接触流变热弹流问题。 Bait和Wilaer模型，求解了线接触流变热弹流问题。 但在求解过程中沿膜厚方向采用了平均温度的概念，
动压滑动轴承
动压润滑的基本理论
二、流体动压润滑基本方程-雷诺方程
1、模型建立：相互倾斜AB板， B 静止、 A板速度为U 2、假设：(1)忽略油层的重力和惯性力影响；
(2)润滑油不可压缩；忽略粘压效应； (3)油压沿膜厚方向不变； (4)油为牛顿流体，处于层流状态。
大的情况下，两平行板之间的润滑油呈层流状态，各流层的速度沿板长度 方向始终呈三角形分布。由于各层流速恒定，因此作用在油层上的油压既 不会增大，也不会减小（恒为大气压）。因此，若忽略板A的质量，则板A 不会下沉，但若板A上承受载荷F时，由于在竖直方向无油压的合力与F平衡 ，于是板A将逐渐下沉，直到与板B接触。显然，这种情况下板A不能承受载 荷F。
为了把润滑油导入整个摩擦面，轴瓦或轴颈上需开设油沟或油槽。 轴向油沟的长度应稍短于轴瓦宽 液体润滑轴承,油沟不开在压力区内，否则破坏油膜的连续性及承载
能力。
图1-6 周向油槽对轴承 承载能力的影响
图1-7 常见油沟形 状
滑动轴承的简介
四 轴瓦及轴承衬材料
轴瓦和轴承衬材料统称为轴承材料。 1、对轴承材料的要求
动压油膜形成的必要条件 ：a）楔形间隙 ；
b）相对滑动、速度方向大口进出；
c）供油充分、一定粘度。
动压润滑的基本理论
滑动轴承动压油膜的形成过程：
n=0
n>0
n=nw
1、n=0时，轴颈处于最低位置，轴与瓦间形成楔形间隙； 2、n＞0时，轴径旋转将油带入间隙
当n很小时：带入油量少，轴颈沿孔壁向上爬行； 当n增大时：带油量增加，楔形油膜产生动压力把轴径托起 3、n=nw时：轴颈稳定在一个偏心位置上，油膜压力与外载荷平衡
油杯座孔
螺栓
螺母
套管 上轴瓦
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。另一方面，径向的滑动轴承
会根据轴承特性的系数变化而改变自身的摩擦因数，二者之间成正比例关系。
工作人员可通过测试台上的信号灯显示状态来判断滑动轴承的摩擦状态，当
信号灯很亮的时候，轴承并没有转动；而当轴承开始低速转动时，会看到信号灯
闪烁，出现忽亮忽暗的情况，这是由于润滑油进入了轴承的轴与轴瓦之间，让缝
隙之间的摩擦减小。但是润滑油的油膜并不厚，在轴与轴瓦间还会有很微小的不
平整的凸起，当轴与轴瓦与这些凸起接触后，便出现了信号灯闪烁的情况。接着，
轴承继续转动，当轴的转速达到了一定数值后，此时润滑油已经在轴与轴瓦间充
满，且油膜的厚度明显增加，这就导致了轴与轴瓦之间的凸起被掩盖，使轴与轴
瓦之间互不接触，完全隔开了，此时信号灯则会熄灭。
在进行滑动轴承的油膜压力分布的测试时，采用LMS数据采集系统，输出
信号为300Hz的正弦信号。数据通过USB串口通信，使用VB.NET编程，到计
算机进行数据处理。我们要对其压力分布取值并绘制分布图，主要通过以下几个
步骤进行：
第一，把电动机打开，调整轴的旋转速度值到3000r/min，这时电动机开始
从静止状态进入到运动状态。接着我们可以观察到，随着转速的变化，信号灯的
明暗度也逐渐发生变化，开始闪烁。当信号灯熄灭不亮时，说明轴与轴瓦之间的
油膜已经够厚了，这时的滑动轴承进入到完全的液体润滑状态。
第二，通过旋转螺旋加载杆进行加载，使轴承受力，每次的加载量一定要小
于1kN。
第三，待压力值稳定，即我们在压力传感器上获取到的压力值的数据稳定后，
按照顺序记录下七个压力传感采集的压力值，并做好笔录。
第四，使用旋转加载杆卸载作用力，让电动机转速逐渐降低至停止，此时信
号灯完全亮起。
根据试验所得的数据我们可以知道，油膜压力分布的实际测量结果同仿真图
基本相符，即载荷的数值越大，则油膜承受的压力值就越大，两者为正比关系。
当轴和轴瓦之间的润滑油足够时，摩擦力会减小；同时在轴承转动过程中，润滑
油会带走一些热量。温度对润滑油有着明显的影响，温度越低，润滑油的粘度也
会越大，而温度升高则粘度降低，一旦轴与轴瓦之间的温度值过高，润滑油的黏
度值偏低，则润滑效果下降明显，所以操作时需要控制好油膜的温度。
b测取并绘制摩擦特性曲线
在进行滑动轴承的摩擦特性测试时，我们要取值并进行曲线绘制，主要进行
以下几个步骤：
第一，将电动机打开，同样调整转速到达3000r/min。当载荷加载到700N
后，信号灯熄灭，等待转速值稳定不再变化，开始慢慢减速操作。第二，把轴承
转速在3000r/min、载荷加载到700N时刻的摩擦力大小记下来，做好笔录工作。
第三，轴承减速时，将转速每次调整降低10r/min，直到归零，且保持载荷数值
在700N不变，记录下每次降速的摩擦力数值变化。第四，用旋转加载杆卸载作
用力，使电动机转速降低至停止，最终信号灯完全亮起。第五，以试验数据为参
考，根据比例进行摩擦特性的曲线绘制，主要为摩擦力和转速的数值。
同样地，滑动轴承的摩擦特性曲线的实际测试结果同仿真图基本相符。我们
可以发现，在电动机启动的时候，摩擦因素是最大的，当电动机的转速稳定后，
额定状态下摩擦因数是最小的。随后卸载的时候，每次操作都会造成摩擦因素增
加，当轴径旋转的时候，润滑油也在旋转，可以看作是油膜受到了剪切，进而对
轴径产生阻力，从而摩擦生热。
滑动轴承油膜压力测量与计算
W代表了量纲一承载力，Fw是给定的承载力的数值。由于计算中没有偏心
率和偏位角的值，因此需要对初始值进行计算。在模型计算中，偏心率初始值为
0.5，偏位角的初始值为20°，在使用软件计算后，迭代的次数并不多，通常在
10次以内。测量与计算具有较强的可行性。
由于滑动轴承中存在着一定厚度的油膜，因此我们基于润滑理论，在数学模
型下的计算结果和实际的油膜边界情况有很大的出入，而通过本文的PVDF压电
薄膜传感器的使用，对滑动轴承的油膜压力测量更贴近实际效果，在实际的测量
分析中有较强的可行性和操作性。
参考：
[1]刘浩.滑动轴承试验装置开发与油膜压力测量[D].山东大学，2007.
[2]吴卓，董永乐.计入表面粗糙度的滑动轴承油膜压力分析[J].矿山机械，
2014（05）.