实验3 液体动压滑动轴承油膜压 力与摩擦仿真及测试分析

3.1 实验目的 通过在

HS



B

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。

3.2 实验原理

利用轴承与轴颈配合面之间形成的楔形间隙使轴颈 在回转时产生泵油作用，将润滑油挤入摩擦面表面之间， 建立起压力油膜，将两个摩擦面分离开来，形成液体摩 擦支承外载荷从而避免两个摩擦表面的直接接触和磨损， 我们把这种轴承称为液体动压滑动轴承。

3.3 动压油膜的形成

在一定条件下,当各种参数协调时液体动压油膜形 成。此时液体动压力能使轴中心与轴瓦中心有一偏距 e， 最小油膜厚度h min ，在轴颈与轴承中心的连线上，我们 把外载荷作用线与轴颈和轴承中心连线所形成的夹角称 为偏位角  。（见下页 ）

液体动压润滑油膜形成过程及油膜压力分布

动压油膜形成

由于实验台的外载荷是加在轴瓦上，故动压 油膜形成如上图示。

3.4 动压油膜建立的判断

液体动压润滑是否建立，可通过在HS-B试验 台上做摩擦特征曲线，简称 f–u 曲线来判断。 固体摩擦区 液体摩擦区 摩擦特征曲线图

3.4 动压油膜建立的判断

固体摩擦区 液体摩擦区 摩擦特征曲线图中： f

—

 0

—

A

—



—

轴颈与轴承之间的摩擦系数 轴承特性系数 临界点（非液体润滑向液体润滑转变） 临界特性系数

轴承的特性系数  （入）可由下式计算   

p n

 

n F



S

式中：  n — 润滑油动力粘度（Pa.s） — 主轴转速 (R/min) P — 轴承的比压（压强）（N/mm 2 ）

P



F

F — 外载荷（N）

dB

d — 轴颈直径（mm） B — 轴承有效工作长度（mm） S = d × B —有效工作面积（mm）

径 向 压 力 油 膜 示 意 平 均 压 力 示 意 图 轴向压力油膜示意图 径向滑动轴承油 膜压力分布曲线

2．油膜压力分析

实验中，通过改变试验台的转速会引起压力油膜 压力值的改变，改变外载荷的大小会引起压力油膜压 力值的改变，在这个试验中我们只能改变这两个参数 来影响油膜压力值的大小。下面就实际工作中能影响 油膜压力大小的因素进行讨论。

1）润滑油运动粘度的影响 润滑油对油膜压力的影响主要决取于它的运 动粘度。 不同品种的润滑油运动粘度不同，同一品种 但牌号不同润滑油运动粘度不同、粘度越高、产 生的油膜压力越大。 润滑油运动粘度可查手册或用粘度计测量。

2）润滑油温度的影响

润滑油的油温高低决定了运动粘度的变化 趋势，油温升高，油的粘度值降低，运动时产 生的摩擦阻力下降，产生的摩擦力就降低，承 载力就下降。油温降低、油的粘度值加大，运 动时产生的摩擦阻力增加，相应的承载力就会 提高。一般在设计液体动压滑动轴承时油的温 度要控制在70℃左右，最高不超过100℃。在 我们这个实验中，由于设备运转时间短，油温 的变化很小，对油膜压力值的影响可忽略不计， 将油的温度视为实验台设置的温度30℃。

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。

3.6 HS–B滑动轴承试验台介绍

4 3

1．操纵面板 2．电机

1 2

3．三角带 4．轴向油压传感器 5．外加载荷传感器 6．螺旋加载杆 8．径向油压传感器（7只） 10．主轴 11．主轴瓦

6 7 5 8 9 10

、

11 12

7． 摩擦力传感器测力装置 9． 传感器支撑板 12．主轴箱

操纵面板说明

I

数码管1： 油压传感器顺序号： 1-7 号为7只径向传感器序号 8 号为轴向传感器序号 数码管3： 径向、轴向油膜压力传感器采集的实时数据 数码管4： 主轴转速传感器采集的实时数据 数码管5： 摩擦力传感器采集的实时数据

操纵面板说明

II

数 码 管

6

： 触摸开关

2

： 外加载荷传感器采集的实时数据。 油膜指示灯

7

： 用于指示轴瓦与轴向油膜状态。 调速旋钮

8

： 用于调整主轴转速。 电源开关

9

： 此按钮为带自锁的电源按钮。 按动此键可显示1-8号压力传感器顺号和相应的压力 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。

3.7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。

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

3.8 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 解影响油膜压力分布的因素。

2．液体动压轴承油膜压力周向分布的仿真分析 该实验装置配置的计算机软件通过数据模 拟作出液体动压轴承油膜压力周向分布的仿真 曲线，与实测曲线进行比较分析。 3．液体压轴承摩擦特征曲线的测定 该实验装置通过压力传感器和A/D板采集 和转换轴承的摩擦力矩，轴承的工作载荷并输 入计算机得出摩擦系数的特征曲线，了解影响 摩擦系数的因素。

3．液体压轴承摩擦特征曲线的测定 该实验装置通过压力传感器和A/D 板采集和转换轴承的摩擦力矩，轴承的 工作载荷并输入计算机得出摩擦系数的 特征曲线，了解影响摩擦系数的因素。

3.9 实验步骤

1.开机前先旋松加载手柄，调速旋钮回零。 2.启动实验台的电动机。开机后匀速升高转 速，避免冲击载荷损坏设备。 3.所加载荷不允许超过100kg，避免载荷过大 损坏设备。 4.为防止主轴瓦在无油膜运转时损坏，在面 板上有无油膜报警指示灯，正常工作时指示 灯熄灭，严禁在指示灯亮时主轴高速运转。

5. 测试实验要求 作滑动轴承油膜压力仿真与测试实验时， 按照实验报告要求均匀旋动调速按钮，将转速 升到一定值后，通过加载手柄对滑动轴承进行 加载。在滑动轴承油膜压力仿真与测试分析界 面上，单击[稳定测试]键，稳定采集滑动轴承 各测试数据。 测试完后，将给出实测仿真八个压力传感 器位置点的压力值。实测仿真曲线自动绘出， 同时弹出 [ 另存 ] 对话框，提示保存。单击[打 印]键，弹出打印对话框，选择后将滑动轴承 油膜压力仿真曲线图和实测曲线图打印出来。

6. 加载 作摩擦特征曲线实验，加载载荷在 70 ～ 80 kg 间选择一定值，从较高转速(300转/分)分5次减速 往下做，其中第四次减速后应观察到油膜报警指 示灯闪烁，最后一次减速后应观察到油膜报警指 示灯完全亮。(测试数据采集完后,立即升高转速 使油膜报警指示灯息掉) 测试完后，绘制滑动轴承摩擦特征实测、仿真曲 线图，单击 [ 打印 ] 键，弹出打印对话框，选择后， 将滑动轴承摩擦特性仿真曲线图和实测曲线图打 印出来。

思考题 1. 动压滑动轴承的油膜压力大小与实验 中那些因素有关？ 2. 加载载荷对最小油膜厚度有何影响？ 3. f—μ曲线中A点及μ 0 点的意义。 第一次μ 0 =？第二次μ 0 = ？。 改变加载载荷和电机转速对μ 0 的影响？ 4. 润滑油温度如有变化将会对动压滑动 轴承的油膜压力的变化产生什么影响？