实验五 液体动压轴承试验
一、实验目的
1、测出油膜压力周向分布曲线及轴向分布曲线,以验证其理论分布规律。
2、计算实测端泄对轴承轴向压力分布的影响系数K值,看其是否符合油膜压力线沿轴向抛物线分布规律。
3、测定磨擦特性曲线,加深对润滑状态与各参数η、n、p之间的关系的理解。
图1 试验台的总体位置
二、设备及仪器
液体动压轴承试验台,求积仪;
液体动压轴承试验台构造及原理;
图1为试验台的总体布置,图中1为试验轴承箱,由联轴器与变速箱7相联,6为液压箱,装于底座9内部,12为高速电机,8为高速电机控制器,5为加载油腔压力表,由溢流阀4控制加载油腔压力,2为轴承供油压力表,由减压阀3控制其压力,10为油泵电机开关,11为主电机开关,总开关位于试验台正面。
图2 试验轴承箱
图3 重锤拉力计
图2为试验轴承箱,其中2为主轴,由两只滚动轴承支承,1为试验轴承,它空套在主轴上,轴承内径60mm,有效长度L=60mm,在中间剖面开有7只测压孔,在120°内均匀分布,距中间剖面1/4L处,开有一只测压孔,8只压力表(3和4)分别与各测压孔相联,5为加载盖板,固定在箱体上,加载油腔在水平面上的投影面积为60cm轴承外圆左侧装有测杆6,环7装在测杆上供测量摩擦角,环与轴承中心的距离为150mm,轴承外圆上装有二平衡锤8,用于在轴承安装前做静平衡。
箱体左侧装一重锤式拉力计,(图3)测量时,先将拉力壳体上的螺钉松开。再将拉力计上的吊钗与环6联接即可测得摩擦力矩。
本试验台采用JZT型调整电机,并配有变速箱可得到20-1000rpm无级变速,由控制器上的调整旋钮控制其转速,主轴转速按速度标牌计算。
图4 周向油膜压力分布曲线
三、实验步骤
1、油膜压力分布的测定
(1)测试方法
a、开启油泵,调节溢流阀及减压阀手柄,使加载油腔压力及轴承供油压力均在1kg/cm2以下;
b、将变速手柄杆板向左边,即放在低速档上,调节控制旋钮,使转速指针在最低速,开主电机开关,然后调节控制器旋钮使指针读数在100-200rpm之间,再将变速手柄板向右边。即高速档,逐渐调高转速,使主轴转速达1000rpm左右;
c、轴承左侧的测力杆用挡块调至大致水平位置,观察压力表读数,加载荷;
d、调节溢流阀的手柄,将加载供油压力调至P0=4kg/cm2此时F=P0kg/cm2×60cm2+8kg(8kg为轴承自重);
e、运转几分钟待各压力表示数稳定后自左至右依次记录周向压力表及轴向压力表的读数。
(2)作周向油膜压力分布曲线。
按图4所示作一个圆,其直径为轴承内径d,通过测压点沿半径的延长方向按比例(比例尺可取10N/cm2=2-3cm)标出所测得的相应的压力表读数值,用曲线板把压力向量末端连成一光滑曲线,那么该曲线便是位于轴承中间剖面上油膜压力分布曲线。
由油膜压力周向分布可求得轴承中间剖面上的平均单位压力,如图4,将圆周上1、2、……7各点投影到水平直线上,在相应点的垂直线上标出对应的压力向量值,将其端点1、2联成一光滑曲线,将该曲线所围的面积求积仪求出或数方格近似求求出,然后取Pm使其所围矩形面积与所求得的面积相等,此Pm值即为轴承中间剖面上的平均单位压力。
(3)作油膜轴向压力分布曲线
如图5所示,作一水平线取其长度为轴承有效长度L=60mm在中点垂线上按比例标出该压力P4(图2中第4只压力表的读数),在距离两端L/A=15mm沿垂线方向各标出压力P8(轴向压力表的读数),轴承两端压力均为零,将0、8、4、8、0五点连成一光滑曲线,该曲线便是轴承油膜压力轴向分布曲线,用前述方法可求出平均Pa。
2、求端泄对轴承油膜压力轴向分布影响系数
K=
式中:F——为承载量,可按实际载荷计;
Pm——为轴承中间剖面上的平均压力;
L——为轴承有效长度;
d——为轴承直径。
3、测定轴承摩擦特性曲线
在上述运转条件下,将拉力计吊钗联接在轴承测力杆顶端的吊环上,放下档
图5 轴向油膜压力分布曲线
块,观察拉力计读数,待读数稳定后记录其读数值,然后依次将主轴转速调至800、600、400、200、100、50、20……(临界值附近的转速可根据具体情况选择)记录各转速时拉力计读数。摩擦系数f和轴承特性值λ按如下计算:
f==5
式中:G——为拉力计读数(N);
F——为载荷(F);
L——为测力杆吊环与轴承中心之距离L=500mm;
d——轴承直径d=60mm。
λ=
式中:η为润滑油粘度Pa·s本试验台采用10#机械油,其值可通过实测加载油垫回油油温作为进油温度t进,根据t进由图查出很近似的轴承平均油温tm和润滑油粘度η。n为主轴转速(rpm),P为轴承比压力P=F/d·L(N/mm2)。
根据所算得的λ与f值作轴承特性曲线(图6)。
改变载荷,将加载油压调到2kg/cm2,重复上述过程,将所测f-λ曲线与第一次试验曲线相比较,以证明摩擦系数仅与λ有关。
四、注意事项
1、必须先开动油泵,电机在空载及低速启动,然后逐渐加大转速,以防损伤轴瓦。
图6 由进油温度t进求平均温度tm及油的粘度关系图
图7
2、停车必须先卸载,然后再停止,以免轴承磨损。
3、轴承油压力必须保持在1kg/cm2以下(0.5kg/cm2即可保护硅胶进油管)。
4、拉力计吊钩不可一直钩在测力杆的吊环上,只有在测量时相连,以免损伤拉力精度。
5、在混合区工作的时间应尽量短,以免轴承磨损。