滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用說明書
本實(shí)驗(yàn)臺(tái)用于液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)，主要利用它來觀察滑動(dòng)軸承的結(jié)構(gòu)及油膜形成的過程，測(cè)量其徑向油膜壓力分布，通過測(cè)定可以繪制出摩擦特性曲線、徑向油膜壓力分布曲線和測(cè)定其承載量。
一、實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡介與工作原理
l. 本實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要結(jié)構(gòu)圖1所示：
圖1 滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)結(jié)構(gòu)簡圖
1. 操縱面板 2. 電機(jī) 3. V帶 4. 軸向壓力傳感器(1只) 5.負(fù)載傳感器 6. 螺旋加載桿 7. 摩擦力傳感器 8. 徑向壓力傳感器(7只)9. 主軸瓦 10.機(jī)體 11. 主軸箱
2. 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
該實(shí)驗(yàn)臺(tái)主軸9由兩個(gè)高精度的深溝球軸承支承。
直流電機(jī)2通過V帶3驅(qū)動(dòng)主軸9，主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，主軸上裝有精密加工制造的主軸瓦10，由裝在底座里的無級(jí)調(diào)速器實(shí)現(xiàn)主軸的無級(jí)變速，軸的轉(zhuǎn)速由裝在面板1上的左數(shù)碼管直接讀出。
主軸瓦外圓處被加載裝置(未畫)壓住，旋轉(zhuǎn)加載桿5即可對(duì)軸瓦加載，加載大小由負(fù)載傳感器測(cè)出，由面板上右數(shù)碼管顯示。
主軸瓦上裝有測(cè)力桿，通過摩擦力傳感器6可得出摩擦力值。
主軸瓦前端裝有1號(hào)—7號(hào)七只測(cè)徑向壓力傳感器7，傳感器的進(jìn)油口在軸瓦的
處。
在軸瓦全長的
處裝有一個(gè)測(cè)軸向油壓的壓力傳感器。即第8號(hào)壓力傳感器，傳感器的進(jìn)油口在軸瓦的
處。
此外，還設(shè)置有轉(zhuǎn)速傳感器和油溫傳感器，共12個(gè)傳感器。
二、主要技術(shù)參數(shù)
試驗(yàn)軸瓦 內(nèi)徑
d=60mm
長度
B=120mm
表面粗糙度
1.6（舊標(biāo)準(zhǔn)Ñ7）
材料 ZCuSn5Pb5Zn5（即舊牌號(hào)ZQSn6-6-3）
加載范圍0—1000N(0～100kg×f)
負(fù)載傳感器精度0.01 量程0～10mm
壓力傳感器精度2.5% 量程0～0.6MPa
測(cè)力桿上測(cè)力點(diǎn)與軸承中心距離
L=120mm
測(cè)力計(jì)標(biāo)定值
K=0.098N/格
電機(jī)功率 355W
調(diào)速范圍：2～400r/nim
試驗(yàn)臺(tái)重量：52kg
該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的操作面板如圖2所示。
圖 2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板布置圖
三、電氣裝置技術(shù)性能
l. 直流電動(dòng)機(jī)功率：355W
2. 測(cè)速部份：
a. 測(cè)速范圍：2 r/nim～400 r/nim
b. 測(cè)速精度：±1 r/nim
3. 加載部份：
a. 調(diào)整范圍： O～1000N(0～100kg)
b. 傳感器精度: ±0.2％(讀數(shù))
4. 工作條件：
a. 環(huán)境溫度： -10℃～+50℃
b. 相對(duì)濕度： ≤80％
c. 電源：～200V土10％ 50Hz
d. 工作場(chǎng)所：無強(qiáng)烈電磁干擾和腐蝕氣體
四、使用步驟
1. 開機(jī)前的準(zhǔn)備：
a. 用汽油將油箱清理干凈，加入N68(40#)機(jī)油至圓形油標(biāo)中線。
b. 面板上調(diào)速旋鈕逆時(shí)針旋到底(轉(zhuǎn)速最低)，加載螺旋桿旋至與負(fù)載傳感器脫離接觸。
2. 通電后，面板上兩組數(shù)碼管亮(左—轉(zhuǎn)速，右—負(fù)載)，調(diào)節(jié)調(diào)零旋鈕使負(fù)載數(shù)碼管清零。
3. 旋轉(zhuǎn)調(diào)速旋鈕，使電機(jī)在100～200 r/nim運(yùn)行，此時(shí)油膜指示燈應(yīng)熄滅。穩(wěn)定運(yùn)行3～4分鐘。
4. 即可按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書的要求操作。
五、注意事項(xiàng)
1. 使用的機(jī)油必須通過過濾才能使用，使用過程中嚴(yán)禁灰塵及金屬屑混入油內(nèi)。
2. 由于主軸和軸瓦加工精度高，配合間隙小，潤滑油進(jìn)入軸和軸瓦間隙后，不易流失，在做摩擦系數(shù)測(cè)定時(shí)，負(fù)載傳感器的壓力不易回零，為了使其迅速回零。需人為把軸瓦抬起，使油流出。
3. 所加負(fù)載不允許超過1200N(即120kg)，以免損壞負(fù)載傳感器元件。
4. 機(jī)油牌號(hào)的選擇可根據(jù)具體環(huán)境溫度，在20#～40#內(nèi)選擇。
5. 為防止主軸瓦在無油膜運(yùn)行時(shí)燒壞，在面板上裝有油膜報(bào)警指示燈，正常工作時(shí)指示燈熄滅，嚴(yán)禁在指示燈亮?xí)r主軸高速運(yùn)轉(zhuǎn)。
6. 實(shí)驗(yàn)臺(tái)應(yīng)在卸載下啟動(dòng)或停止。
滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書
一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/strong>
1. 觀察徑向滑動(dòng)軸承液體動(dòng)壓潤滑油膜的形成過程和現(xiàn)象。
2. 觀察載荷和轉(zhuǎn)速改變時(shí)徑向油膜壓力的變化情況。
3. 觀察徑向滑動(dòng)軸承油膜的軸向壓力分布情況。
4. 測(cè)定和繪制徑向滑動(dòng)軸承徑向油膜壓力曲線，求軸承的承載能力。
5. 了解徑向滑動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)f的測(cè)量方法和摩擦特性曲線λ的繪制方法。
二、實(shí)驗(yàn)臺(tái)的構(gòu)造與工作原理
實(shí)驗(yàn)臺(tái)的構(gòu)造如圖1所示。
1. 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的傳動(dòng)裝置
由直流電動(dòng)機(jī)1通過V帶2驅(qū)動(dòng)主軸9沿順時(shí)針(面對(duì)實(shí)驗(yàn)臺(tái)面板)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，由無級(jí)調(diào)速器實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)主軸的轉(zhuǎn)速范圍為2～400 r/nim，主軸的轉(zhuǎn)速由數(shù)碼管直接讀出。
圖1 滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)構(gòu)造示意圖
1. 直流電動(dòng)機(jī) 2. V帶 3. 負(fù)載傳感器 4. 螺旋加載桿5. 彈簧片 6. 摩擦力傳感器 7. 壓力傳感器(徑向7只，軸向一只)8. 主軸瓦 9—主軸 10—主軸箱
2. 軸與軸瓦間的油膜壓力測(cè)量裝置
軸的材料為45號(hào)鋼，經(jīng)表現(xiàn)淬火、磨光，由滾動(dòng)軸承支承在箱體10上，軸的下半部浸泡在潤滑油中，本實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用的潤滑油的牌號(hào)為N68（即舊牌號(hào)的40號(hào)機(jī)械油），該油在20℃時(shí)的動(dòng)力粘度為0.34Pa·S。主軸瓦8的材料為鑄錫鉛青銅。牌號(hào)為ZCuSnPb5Zn5(即舊牌號(hào)ZQSn6-6-3)。在軸瓦的一個(gè)徑向平面內(nèi)沿圓周鉆有7個(gè)小孔，每個(gè)小孔沿圓周相隔20°，每個(gè)小孔聯(lián)接一個(gè)壓力傳感器7，用來測(cè)量該徑向平面內(nèi)相應(yīng)點(diǎn)的油膜壓力，由此可繪制出徑向油膜壓力分布曲線。沿軸瓦的一個(gè)軸向剖面裝有兩個(gè)壓力傳感器(即4號(hào)和8號(hào)壓力傳感器)。用來觀察有限長滑動(dòng)軸承沿軸向的油膜壓力情況。
3. 加載裝置
油膜的徑向壓力分布曲線是在一定的載荷和一定的轉(zhuǎn)速下繪制的。當(dāng)載荷改變或軸的轉(zhuǎn)速改變時(shí)所測(cè)出的壓力值是不同的，所繪出的壓力分布曲線的形狀也是不同的。轉(zhuǎn)速的改變方法如前所述。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)采用螺旋加載，轉(zhuǎn)動(dòng)螺桿即可改變載荷的大小，所加載荷之值通過傳感器數(shù)字顯示，直接在實(shí)驗(yàn)臺(tái)的操縱板上讀出。
4. 摩擦系數(shù)f測(cè)量裝置
徑向滑動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)f隨軸承的特性系數(shù)λ=
值的改變而改變 (m─油的動(dòng)力粘度，n─軸的轉(zhuǎn)速，p—壓力，p= 
，W─軸上的載荷，W =軸瓦自重+外加載荷。本機(jī)軸瓦自重為40N，B─軸瓦的寬度，d─軸的直徑。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)B=120mm，d=60mm)，如圖2所示。
圖2 f — l線圖
在邊界摩擦?xí)r，f隨λ的增大而變化很小，進(jìn)入混合摩擦后，λ的改變引起f的急劇變化，在剛形成液體摩擦?xí)rf達(dá)到最小值，此后，隨λ的增大油膜厚度亦隨之增大，因而f亦有所增大。
摩擦系數(shù)f之值可通過公式得到。
f＝
y －相對(duì)間隙
x －隨軸承長徑比而變化的系數(shù)，對(duì)于l/d<1的軸承，x =
;
l/d >=1時(shí)，x ＝1。
5. 摩擦狀態(tài)指示裝置
指示裝置的原理如圖3所示。當(dāng)軸不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，可看到燈泡很亮；當(dāng)軸在很低的轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸將潤滑油帶入軸和軸瓦之間收斂性間隙內(nèi)，但由于此時(shí)的油膜很薄，軸與軸瓦之間部分微觀不平度的凸峰處仍在接觸，故燈忽亮忽暗；當(dāng)軸的轉(zhuǎn)速達(dá)到一定值時(shí)，軸與軸瓦之間形成的壓力油膜厚度完全遮蓋兩表面之間微觀不平度的凸峰高度，油膜完全將軸與軸瓦隔開，燈泡就不亮了。
圖3 滑膜顯示裝置電路圖
三、實(shí)驗(yàn)方法與步驟
1. 準(zhǔn)備工作
在彈簧片5的端部安裝摩擦力傳感器6，使其觸頭具有一定的壓力值 （見圖1）。
2. 測(cè)取繪制徑向油膜壓力分布曲線與承載曲線圖。
1)啟動(dòng)電機(jī)，將軸的轉(zhuǎn)速逐漸調(diào)整到一定值(可取300～350 r/nim 左右)，注意觀察從軸開始運(yùn)轉(zhuǎn)至300 r/nim時(shí)燈泡亮度的變化情況，待燈泡完全熄滅，此時(shí)已處于完全液體潤滑狀態(tài)；
圖4 油壓分布曲線(上)油膜承載曲線(下)
2)用加載裝置分幾次加載(但不超過1000N即100kg×f，出廠是700N)。
3)待各壓力傳感器的壓力值穩(wěn)定
后，由左至右依次記錄各壓力傳感器
的壓力值（在操控面板上依次按【測(cè)點(diǎn)選擇】按鈕,在面板上【序號(hào)】窗口中依次顯示各壓力傳感器的序號(hào)，在【軸瓦】窗口中、【外加負(fù)荷】窗口中依次顯示相對(duì)應(yīng)的值）；
4)卸載、關(guān)機(jī)；
5)根據(jù)測(cè)出的各壓力傳感器的壓力值按一定比例繪制出油壓分布曲線，如圖4的上圖所示。此圖的具體畫法是：沿著圓周表面從左到右畫出角度分別為30°、50°、70°、90°、110°、130°、150°分別得出油孔點(diǎn)l、2、3、4、5、6、7的位置。通過這些點(diǎn)與圓心O連線，在各連線的延長線上，據(jù)壓力傳感器測(cè)出的壓力值(比例：0.1MP＝5mm)畫出壓力線l-l' 、2-2' 、3-3' ……7-7' 。將1'、2' ……7'各點(diǎn)連成光滑曲線，此曲線就是所測(cè)軸承的一個(gè)徑向截面的油膜徑向壓力分布曲線。
為了確定軸承的承載量，用Pisinφi(i=1,2……7)求得向量1—1'、2—2'、3—3'……7—7'在載荷方向（即y軸）的投影值。角度φi與sinφi的數(shù)值見下表：
|
φ |
30° |
50° |
70° |
90° |
110° |
130° |
150° |
|
sinφi |
0.5000 |
0.7660 |
0.9397 |
1.0000 |
0.9397 |
0.7660 |
0.5000 |
然后將Pisinφi這些平行于y軸的向量移到直徑0—8上。為清楚起見，將直徑0—8平移到圖4的下部，在直徑0″—8″上先畫出軸承表面上的油孔位置的投影點(diǎn)1″、″……8″，然后通過這些點(diǎn)畫出上述相應(yīng)的各點(diǎn)壓力在載荷方向的分量，即1″′、2″′……7″′等點(diǎn)，將各點(diǎn)平滑連接起來，所形成的曲線即為在載荷方向的壓力分布。
用數(shù)格法計(jì)算曲線所圍的面積，以0"—8"為底邊做一個(gè)矩形，使其面積與曲線所包圍的面積相等，那么，矩形的高P平均乘以軸瓦寬度B再乘以軸的直徑d便是該軸承油膜的承載量。但考慮端部泄漏造成的壓力損失，故油膜承載量為：
q＝P平均 · B · d · δ
式中，P平均：徑向單位平均壓力
B：軸瓦寬度120mm
d：軸的直徑60mm
δ：湍泄系數(shù)，取0.7。
3. 測(cè)量摩擦系數(shù)f與繪制摩擦特性曲線
1） 啟動(dòng)電機(jī)，逐漸使電機(jī)升速，在轉(zhuǎn)速達(dá)到250－350轉(zhuǎn)時(shí)，旋動(dòng)螺桿，逐漸加載到700N（70kg×f），穩(wěn)定轉(zhuǎn)速后減速。
2） 依次記錄轉(zhuǎn)速350－2轉(zhuǎn)/分（350、250、150、80、20、2），負(fù)載為70kg×f時(shí)的摩擦力,也可適當(dāng)增加測(cè)量點(diǎn)。
3） 卸載，減速，停機(jī)。
4） 根據(jù)記錄的轉(zhuǎn)速和摩擦力的值計(jì)算整理f與
值，按一定比例繪制摩擦特性曲線如圖2所示。
