液体动压滑动轴承实验台设计(毕业论文+全套CAD图纸)(答辩通过)

下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 学习好资料，毕设专用，答辩优秀 浙江理工大学 题目： 液体动压滑动轴承实验台 姓名与学号： 丁建峰 B09300407 指导老师： 唐浙东 年级与专业： 09 级机械设计制造及其自动化 学院： 机械与自动控制学院 毕业论文（设计）诚信保证书 我已经按照毕业论文（设计）指导老师的要求，熟悉和理解了我校关于“二级学院全日制学生毕业论文（设计）规范化规定”文件的精神和有关要求，愿意在毕业论文（设计）中诚实守信，绝不抄袭、剽窃他人论文、设计及其他智力成果 ,引用材料注明出处 ,参考书目附 在论文 (设计 )篇尾。如有违反愿意接受相应处理。 保证人： 二一三 年 五 月 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 摘 要 滑动轴承是用来支撑轴及其它回转零件的一种重要部件，因其本身具有一些独特的优点：轴颈轴瓦间所特有的润滑油膜具有缓冲吸振作用，使用寿命长，结构紧凑，回转速度高等，这些优点使它在某些场合占有重要地位。因此滑动轴承在金属切削机床、内燃机、铁路机及车辆、轧钢机、雷达、卫星通信地面站及天文望远镜等方面的应用十分广泛。为了帮助大学学生更加深入、细致地了解和研究滑 动轴承，各种滑动轴承实验台应运而生，但在实验的效率、效果方面都还有不足。现有的滑动轴承试验台不能满足我们需要的要求，因此，我们需要为了测试专门的改进。 本论文主要对液体动压滑动轴承进行分析、设计，使得其能够更好的工作，测得各种实验数据。对电机、温度传感器、加热装置进行解析、选择，可以测量及仿真径向油膜压力分布、油膜温度变化、油槽温度变化等各种参数。在基于流体力润滑理论的基础上，以雷诺方程的建立和求解过程，揭示了影响油膜压力的因素和其变化规律。可以通过改变各种参数揭示影响油膜压力的因素及其变化规律，从 而能够更加深刻的理解和掌握滑动轴承的原理。如此一来，不仅完成了滑动轴承实验，并且加深了对油膜承载机理的理解，同时还提高了对滑动轴承的设计能力。 关键词 ： 液体动压滑动轴 ；油膜压力 ；油膜温度 Abstract Sliding bearing is used to support shaft and other rotating parts is an important part， Because of its itself has some unique advantages： Between the journal bearing of lubricating oil film vibration cushioning、 Long service life、 Compact structure、Rotation speed is higher and so on， These advantages make it occupies an important position in some occasions.So the sliding bearing in the metal cutting machine tools, internal combustion engines, railway and vehicle, rolling mill, radar, satellite communication earth station and astronomical telescope are widely used, etc.In order to help college students more in-depth and meticulous understanding of and research on the sliding bearing, all kinds of sliding bearing experimental platform arises at the historic moment, but in the experimental efficiency, effect and inadequacy. Existing sliding bearing test rig can not meet the requirements of we need, therefore, we need to test the specific improvements. This thesis mainly analyze the fluid dynamic pressure sliding bearing, the design, make it can work better, measured a variety of experimental data.Motor, temperature sensors, heating device for parsing, choice, can be measured and simulation of radial oil film pressure distribution, oil film temperature, oil temperature and other parameters.Based on flow, on the basis of manual lubrication theory, with the establishment of the Reynolds equation and the solving process, reveals the factors that affect the oil film pressure and its change rule.Can by changing various parameters that influences factors of oil film pressure and variation law, to be able to more deeply understand and master the principle of sliding bearing.As a result, not only completed the sliding bearing experimental, and deepen the understanding of the mechanism of oil film bearing, also raised the design capability of sliding bearing. Key words: Liquid dynamic pressure sliding bearing； The oil film pressure； The oil film temperature 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 目 录 摘 要 .III Abstract . IV 第一章 绪论 . 7 1.1 国内外研究现状和发展趋势 . 1 1.1.1 液体动压滑动轴承试验台国内外研究现状 . 1 1.1.2 液体动压滑动轴承试验台发展趋势 . 2 1.2 液体动压滑动轴承试验台的研究目的 和意义 . 2 1.3 课题研究的主要内容 . 2 第 2 章 液体动压滑动轴承的理论基础 . 4 2.1 滑动轴承 . 4 2.1.1 滑动 轴承的主要类型和结构 . 4 2.2 液体动压润滑的基本原理和基本关系 . 5 2.2.1 液体动压油膜的形成原理 . 5 2.2.2 液体动压润滑的基本方程 . 6 2.2.3 油楔承载机理 . 8 2.3 径向滑动轴承液体动压基本原理 . 9 2.3.1 径向滑动轴承液体动压润滑的建立过程 . 9 2.3.2 径向滑动轴承的主要几何关系和承载能力 . 10 2.3.3 径向滑动轴承的参数选择 . 11 第 3 章 液体动压滑动轴承油膜特性分析 .13 3.1 径向滑动轴承油膜压力分布的理论基础 . 13 3.1.1 液体动压润滑的基本方程 . 13 3.1.2 雷诺方程的简化 . 13 3.1.3 雷诺方程的无量纲形式 . 14 3.1.4 雷诺方程的无量边界条件 . 15 3.1.5 开设油槽时油膜压力的计算 . 16 第 4 章 液体动压滑动轴承试验台的实现 .17 4.1 试验台的简介 . 17 4.1.1 液体动压滑动轴承试验台的结构简图 . 17 4.1.2 关于电机的选择 . 18 4.1.3 关于热敏电阻传感器的选择 . 20 4.1.4 关于加热装置的选择 . 22 4.2 液体 摩擦径向滑动轴承的计算 . 25 4.2.1 主要技术指标 . 25 4.2.2 选择轴承材料和结构 . 25 4.2.3 润滑剂和润滑方法的选择 . 26 4.2.4 承载能力计算 . 26 4.2.5 层流校核 . 27 4.2.6 流量计算 . 27 4.2.7 功耗计算 . 28 4.2.8 热平衡计算 . 28 4.2.9 安全度计算 . 29 4.3 滑动轴承内轴瓦、油温、油压的关系 . 29 第五章 总结 .33 参考文献 .34 致 谢 .35 下载文档就送全套 CAD 图纸，扣扣 414951605 7 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 1 第一章 绪论 滑动轴承是用来支撑轴及其它回转零件的一种重要部件，因其本身具有一些独特的优点：轴颈轴瓦间所特有的润滑油膜具有缓冲吸振作用，使用寿命长，结构紧凑，回转速度高等，这些优点使它在某些场合占有重要地位。因此滑动轴承在金属切削机床、内燃机、铁路机及车辆、轧钢机、雷达、卫星通信地面站及天文望远镜等方面 的应用十分广泛 。为了帮助大学学生更加深入、细致地了解和研究滑动轴承，各种滑动轴承实验台应运而生，但在实验的效率、效果方面都还有不足。 1.1 国内外研究现状和发展趋势 1.1.1 液体动压滑动轴承 实验 台国内外研究现状 早在 1989 年，东南大学机械学研究室已经设计研制成静压和动静压轴承实验台 ，它可以进行静压和动静压滑动轴承的静动特性实验。 1995 年，上海机械电子工程学院为研究滑动轴承静态和动态油膜气穴分布，设计并开发了 360。动、静载荷滑动轴承油膜分布实验台 。 2001 年，广 东工业大学为了对轴承进行系统的理论与实验研究，设计并研制了 YZ-1型轴承试验台。 2002 年，湖南长庆科教仪器厂研制了 HS-A型滑动轴承实验台。 HS-A 型滑动轴承实验台主要用于教学实验。它可以帮助学生观察滑动轴承的结构及油膜形成的过程，测量其径向油膜压力分布，通过测定可以绘制出摩擦特性曲线、径向油膜压力分布曲线和测定其承载量。后湖南长庆科教仪器厂又研制了 HS-B 型滑动轴承实验台。 此外上海同育教学仪器设备有限公司研制了 TYK-I液体动压轴承实验台。该实验台的实验功能有观察滑动轴承的动压油膜形成过程与 现象；使用压力表测量轴承径向及轴向压力分布值；使用摩擦力传感器进行实时采样并显示轴承摩擦力矩值；采用力及转速传感器，测量轴承工作载荷及主轴转速；实验台工作载荷、摩液体动压滑动轴承实验台 2 擦力矩及主轴转速传感器信号接入实验台所配的测试仪，由单片微机控制实时采样、分析、并显示；通过抄录测试仪及压力表所显示实验数据，手动绘制出滑动轴承径向油膜压力分布曲线与承载量曲线及摩擦特性曲线。 1.1.2 液体动压滑动轴承 实验 台发展趋势 随着计算机技术的发展与应用，滑动轴承实验台从手动实验，手工绘制实验曲线，填写实验表格的阶段向实验信息采 样、过程控制、数据处理方面智能化发展，计算机辅助教学、计算机仿真等先进教学手段与技术也开始应用于实践教学环节 10 。 1.2 液体动压滑动轴承 实验 台的研究目的和意义 目前的滑动轴承实验台普遍存在功能单一、测试数据精度低、实验数据稳定性差等问题。但计算机技术的发展与应用，使教与学的形式与内容发生了变化，也改变了实验教学的模式，使实现教学改革成为可能。将计算机辅助教学、计算机仿真等先进教学手段与技术应用于实践教学环节，科学地应用新技术，充分发挥高科技的特长，使实验室在现代化管理体制下高效运行，成为了 一个新课题。本课题的研究意义在于：用现代化的技术手段改造原有教学实验设备，提高实验台测试度、实验数据的可靠性及实验性能，满足教学要求。同时也可以验证实际轴承的性能是否和设计的性能相吻合；检验轴承的设计、制造和装配是否合理。新型实验台开发完成后，可向全国高等工科院校相关专业实验室推广使用。 1.3 课题研究的主要内容 本课题重点完成实验台传动电机及调速方法选择、相应传感器的选择，其主要内容有： 1)了解液体动压滑动轴承实验台研制研究目的。理解液体动压滑动轴承结构及 其特点。确定完整实验系统总体方案。 2)相关测试用传感器型号、电机选定。 3)进行油温测试，对油膜进行加热，测得油温与压力的关系 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 3 （这是以前所不具有的，是本试验台最大的创新） 4) 对油膜形成过程进行三维仿真。 液体动压滑动轴承实验台 4 第 2 章 液体动压滑动轴承的理论基础 2.1 滑动轴承 根据轴承中摩擦性质的不同，可把轴承分为滑动摩擦轴承（简称滑动轴承）和滚动摩擦轴承（简称滚动轴承）两大类。滑动轴承本身具有的一些独特有点，使得它在某些不能、不便或使用滚动轴承没有优势的场合占有重要地位。因此，滑动轴承在轧钢机、汽轮机、内燃机、铁路机车及车辆、金属切 削机床、航空发电机附件、雷达、卫星通信地面站、天文望远镜以及各种仪表中应用颇为广泛。 2.1.1 滑动轴承的主要类型和结构 按受载荷方向不同，滑动轴承可分为径向滑动轴承和止推滑动轴 承 1。 1.径向滑动轴承 径向滑动轴承用于承受径向载荷。图 2-1 所示为整体式径向滑动轴承，图2-2 所示为对开式径向滑动轴承。对开式滑动轴承拆装方便，轴瓦磨损后可方便更换及调整间隙，因而应用广泛。 2.止推式滑动轴承 止推式滑动轴承由轴承座和止推轴颈组成。常用的结构形式有空心式、单环式和多 环式。 图 2-1 整体式径向滑动轴承 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 5 图 2-2 对开式径向滑动轴承 2.2 液体动压润滑的基本原理和基本关系 2.2.1 液体动压油膜的形成原理 图 2-3 动压油膜形成原理图 液体动压油膜形成原理是利用摩擦副表面的相对运动，将液体带进摩擦表面之间，形成压力油膜，将摩擦表面隔开，如图 2-3所示。两个互相倾斜的平板，在它们之间充满具有一定粘度的液体。当 AB以速度 V 向左移动，而 CD 保持静止时，液体在此楔形间隙中作层流流动。当各层流的速度分布规律为直线时，由于进口间隙大于出口间隙，则进 口流量必大于出口流量；但液体是不可压缩的，因液体动压滑动轴承实验台 6 此，在楔形间隙内形成油压，迫使大口的进油速度减小，小口的出油速度增大，从而使流经各截面的流体流量相等。同时，楔形油膜产生的内压将与外载荷相平衡。 2.2.2 液体动压润滑的基本方程 雷诺方程是液体动压润滑基本方程，是研究流体动力润滑的基础。它是根据粘性流体动力学基本方程出发，作了一些假设条件后简化得的。 图 2-4 被油膜隔开的两平板的相对运动情况 如图 2-4 所示，两平板被润滑油隔开，设板 A 沿 x 轴方向以速度 v移动，另一板B 静止。再假定油在两平板间沿 z轴方向没有流动（可视此运动副在 z轴方向的尺寸为无限大）。现从层流运动的油膜中取一微单元体进行分析。 由图可见，作用在此微单元体右面和左面的压力分别为 p 及dxxpp ，作用在单元体上下两面的切应力分别为 及dyy 。根据 x 方向的平衡条件，得 0 dx dzdyydy dzdxxppdx dzpdy dz 整理后得 yxp （ 2-1)根据牛顿粘性流体摩擦定律，将式（ 2-1）对 求导数，得22yuy ，代入式（ 2-1）浙江理工大学本科毕业设计（论文） 7 得 22yuxp （ 2-2） 该式表示了压力沿 x轴方向的变化与速度沿 轴方向的变化关系。 下面进一步介绍流体动力润滑理论的基础方程。 1.油层的速度分布 2.将式（ 2-2）改写成 xpyu 122（ 2-3） 对y积分后得 11 Cyxpyu （ 2-3） 21221 CyCyxpu （ 2-4） 根据边界条件决定积分常数 1C及 C2：当y=0 时， vu； =h（ 为相应于所取单元体处的油膜厚度）时， u=0，则得 hvxphC 21；vC 2代入式（ 2-4）后，即得 xpyhyh yhvu 2 （ 2-5） 由上式可见，油层的速度 v 由两部分组成：式中前一项表示速度呈线性分布，这就是直接由剪切流引起的；后一项表示速度呈抛物线分布，这是由层流沿 x方向的变化所产生的压力流所引起的。 2.润滑油流量 当无侧泄时，润滑油在单位时间内流经任意截面上单位宽度面积的流量为 hudyq0 （ 2-6） 液体动压滑动轴承实验台 8 将式（ 2-6）代入式（ 2-7）并积分后，得 xphvhdyxpyhyhyhvq h 122230 （ 2-7） 设在maxpp处的油膜厚度为 h0 00 hhxp 时，即，在该截面处的流量为 20vhq （ 2-8） 当润滑油连续流动时，各截面的流量相等，由此得 xphvhvh122230整理后得 036 hhh vxp （ 2-9） 2.2.3 油楔承载机理 由式3 06 hhhvx 可看出油压的变化与润滑油的粘度、表面滑动速度和油膜厚度的变化有关，利用该式可求出油膜中个点的压力p，全部油膜压力之和即为油膜的承 载能力。 油膜必须呈收敛楔形，才能使油楔内各处油压都大于入口处和出口处的压力，产生正压力以支承外载。 所以形成液体动力润滑（即形成动压油膜）的必要条件是： 1)相对运动两表面必须形成一个收敛楔形； 2)被油膜分开的两表面必须有一定的相对滑动速度 2v ，其运动方向必须使润滑从大口流进，小口流出； 3) 润滑油必须有一定的粘度，供油要充分。 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 9 2.3 径向滑动轴承液体动压基本原理 2.3.1 径向滑动轴承液体动压润滑的建立过程 径向滑动轴承的轴颈与轴承孔间必须流油 间隙。 滑动轴承形成动压润滑油膜的过程如图 2-5（ a）所示。当轴静止时，轴承孔与轴颈直接接触，如图 2-5（ b）所示。径向间隙使轴颈与轴承的配合面之间形成楔形间隙，其间充满润滑油。由于润滑油具有粘性而附着于零件表面的特性，因而当轴颈回转时，依靠附着在轴颈上的油层带动润滑油挤入楔形间隙。因为通过楔形间隙的润滑油质量不变（流体连续运动原理），而楔形中的间隙截面逐渐变小，润滑油分子间相互挤压，从而油层中必然产生流体动压力，它力图挤开配合面，达到支承外载荷的目的。当各种参数协调时，液体动压力能保证轴的中心与轴瓦中心有 一偏心距 e。最小油膜厚度 nmin存在于轴颈与轴承孔的中心连线上。液体动压力的分布如图 2-5（ c）所示。 静止时 n=0 启动时 形成动压油膜 图 2-5 径向滑动轴承形成流体动力润滑的过程 径向滑动轴承液体动压润滑油膜形成过程经历启动、不稳定运转、稳定运转三个阶段。 1.启动时（ n0） 刚开始启动时，由于速度低，轴颈与轴瓦金属直接接触，在摩擦力作用下 轴颈沿轴瓦内壁向右上方爬行。（由图 2-5（ a）（ c） 2.不稳定运转阶段 随着 n 增大，从油楔大口带入小口的油逐渐增多，形成压力油膜，把轴颈浮 液体动压滑动轴承实验台 10 起推向左上方。（由图 2-5（ b）（ c） 3.稳定运转阶段 逐渐增大的油膜压力的垂直分量与外载荷 F 相等时，轴颈稳定在某一位置上 运转。 n 越高，轴颈中心稳定位置愈靠近轴孔中心。但两中心永远不能重合，因为当两心重合时，油楔消失，不满足液体动压润滑油膜形成的第一个条件，油膜将失去承载能力。（如图 2-5（ c） 2.3.2 径向滑动轴承的主要几何关系和承载能力 图 2-6 径向滑动轴承的集合参数 和油压分布 径向滑动轴承的几何关系，如图 2-6 所示。 基本参数： O 轴颈中心， O1 轴承中心，起始位置 F 与 1OO重合，轴颈直径 d ，轴承孔直径 D 根据以上基本参数可以直接计算出： 直径间隙：dD半径间隙： 22 dDrR 相对间隙：rd浙江理工大学本科毕业设计（论文） 11 偏心距： 1OOe偏心率： e以 1OO为级轴，对应油膜厚度为h，0为maxp处油膜厚度，0为maxp处的压力角， 1， 2为压力油膜起始角和终止角，其大小与轴承包角有关。 在 1AOO中，根据余弦定律可得 222222 s i nc o sc o s2 eehrhrehreR 略去高阶微量22 sin，再引入半径间隙 rR ，并两端开方得 co serhr 整理得任意位置时油膜厚度为 c o s1c o s1c o s reh 压力最大处 maxp 时油膜厚度 000 c o s1c o s1 rh 当时，油膜最小厚度 minh erwh 11m in 2.3.3 径向滑动轴承的参数选择 影响滑动轴承油膜压力的因素很多，根据液体动压润滑理论，影响压力分布的参数主要有轴承宽径比、相对间隙、油槽开设形式、径向载荷、润滑油的粘度、主轴转速等。 1.宽径比 dB轴瓦宽度与轴颈直径之比dB成为宽径比。dB小时，轴承轴向尺寸减小， P增大，运转平稳，端泄量增大，摩擦功耗减小，轴承承载能力减小。高速重载轴承温升温，dB应取小量；低速重载轴承为提高支承刚性，dB应取大值；高速轻载轴承为提高支承刚性，dB应取小值。 液体动压滑动轴承实验台 12 2.相对间隙dr改变轴承的相对间隙并不影响轴承的总体尺寸，但对轴承的静动态特性影响很大。若想改变 ，只有通过改变轴与轴承的配合公差来实现。一般可根据轴承所受载荷和轴颈速度选取。速度高时，值应取大一些，可减少发热；载荷大时，值应取小一些，可以提高承载能力。配合间隙是静压和动压轴承装配、调整中最重要的一个环节，过大的间隙会降低承载能力和刚度，而过小的间隙可能引起温升过高，一般按经验关系式估算： 43100.106 v（其中 v 是轴颈圆周线速度，单位sm），最后在综合考虑轴承材料、工作状态等因素来决定。 3.轴承的平均比压BdFP P 较大，有利于提高轴承平稳性，减小轴承的尺寸；但 P 过大，油膜变薄，对轴承制造安装精度要求提高，轴承工作表面易破坏。 4.轴承的转速 转速是影响滑动轴承油膜压力分别的参数之一。 5.粘度 润滑油的粘度是建立流体润滑的关键，它对轴承承载能力、功率损失和轴承的温升起着不可忽视的作用。粘度是通过选择润滑油来选定。当转速高、压力小时，应选粘度低的油；反之，当转速低、压力大时，应选粘 度较高的油，这样就尽可能的减小实验误差，得到较为准确的油膜压力分布图。 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 13 第 3 章 液体动压滑动轴承油膜特性分析 3.1 径向滑动轴承油膜压力分布的理论基础 3.1.1 液体动压润滑的基本方程 从数学的观点来看，各种流体润滑计算的基本内容就是对动压润滑的基本方程 雷诺方程的应用与求解。从十九世纪起，人们开始对液体动压现象的研究以来，液体动压油膜产生机理现在已经趋于成熟，现代液体润滑理论已经得到长足的发展 2。 3.1.2 雷诺方程的简化 雷诺方程为各量都是变量的三维非线性偏微分方程，对它进行 积分求解并非易事。解析法求解存在很多困难，因而需要采取一系列的简化。 根据不同的工作状况，可以采用不同的形式简化。通常的径向滑动轴承设计采用不可压缩的等粘度润滑计算，进行一系列的假设，即假定润滑油具有相同的粘度，流体的密度为常数，同时认为间隙h只是 x的函数而不考虑误差和轴的弯曲变形，可以得出在稳定载荷作用下的流体动压润滑二维雷诺方程为 vzhzphzxphx 12633 对于普通径向动压滑动轴承，式中： h 油膜厚度， co s1 h， 为偏心率， /e ， R， r 分别为轴承、轴颈半径， 为所求油膜厚度到轴承与轴颈连线的角度； 为流体粘度；p为油膜压力； 为轴颈圆周速度； v为轴颈中心运动的径向速度； x， z分别为轴颈方向和轴线方向的坐标。 上式方程右边第一项为楔形间隙所引起的楔形项，第二项为由轴承中液体法向相对运动所引起的挤压效应项，一般后一项是可以忽略。这种忽略是有根据的，因为在稳定匀速的情况下，切向速度 v一般均不随 x的变化而变化，故伸张可不液体动压滑动轴承实验台 14 考虑；另外，当压力不是很高时，楔形项是主要的，也可忽略挤压效应项。于是方程就变成： xpzphxphx 633 （ 3-1） 式（ 4-1）是最常见的计算有限长向心动压轴承的二维雷诺方程。 3.1.3 雷诺方程的无量纲形式 对动压滑动轴承进行分析计算，常以无 量纲的形式进行。这样，一方面可将问题归纳成最紧凑的形式，突出各有关因素的作用，并且使处理的变量的数值尽可能地不致大到天文数字或小到微乎其微，以便于用于计算机运算。并且，分析所得结果，可直接以无量纲形式推广应用到相似的轴承问题当中 3。 以径向滑动轴承为例，先将雷诺方程中的自变量（ x和 z）用无量纲坐标表示。是无量纲量，它是用 r作为“相对单位”来度量 值的结果，即rx转换来的，所以就是 x坐标的无量纲值。相似的，对于轴向坐标 z，选取轴承宽度 B的一半作为相对单位，则 z方向的无量纲坐标就是： /hH 。对于方程中之变系数（膜厚h），因其级数量远小于 x和 z方向尺寸的数量级，而与半径间隙占同级，故选 为其相对单位，于是无量纲膜厚为： /hH 。 P 是未知变量，选定某一特征值作为其相对单位，假设用某一未知变量p。表示，则无量纲压力为0ppp 。0是经过计算和对公式形式的简化最终确定的，20 2 。 将这些无量纲量代入（ 4-1）中，最终得到雷诺方程的无量纲形式： HpHldpH 3323 （ 3-2） 式中： cos1 H，其中 成为偏心率 rx/ ， 的区间是 0 2 Bz/2 ，如果坐标原点放在宽度中央，则的区间是 -1 1 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 15 3.1.4 雷诺方程的无量边界条件 图 3-1 压力分布的边界条件 在稳定工况下，要求解承受载荷轴承的微分方程，必须先确定边界条件。这些条件规定了压力分布的边界，称为压力分布边界条件。 对于径向滑动轴承其边界条件如图 4-1 所示： 1.沿轴向 01, p ； 2. 沿周向 （ 1） 全索默菲尔德（ sommerfeld）边界条件 全索默菲 尔德边界认为油压在收敛区为正值，在发散区为负值，压力曲线连续，并对处成反对称。具体边界条件0或 P=0； 处 P=0。该边界条件与实际相差很大，通常不采用。 （ 2） 半索默菲尔德条件 通常轴承只能承受正压而不能承受负压，因为负压下油膜会破裂，故半索默菲尔德边界只应计算收敛区正压的承载能力，而不应考虑发散区负压的影响。具体的边界条件为：0处 P=0；处 P=0，0ddp。该边界使液体流动呈不连续态势，故将产生计算误差，这是其不足之处。但因其计算相对简单，常备使用。 （ 3） 雷诺（ Reynolds） 雷诺边界以油膜区内液体流动的连续性为出发点，理论上更加严密，结果也相对正确，只是计算难度更大。具 体的边界条件为： 压力起点： 0,1 p； 液体动压滑动轴承实验台 16 压力终点： 0,0 p；00p雷诺在 1886 年就提出液体连续流动和不能承受明显的负压的两个物理条件，压力的终点位于最小润滑间隙之后。经过许多科学家的理论研究以及令人信服的实验结果表明：雷诺边界条件是符合实际油膜压力分布状 况的。尽管对于某些实验的结果还有一定的误差，但比较另外两种边界条件更准确。在实际计算过程中，多数采用雷诺边界条件。 本文在计算雷诺方程时的边界条件就是采用了雷诺边界条件。实现雷诺边界条件常用的最有效且简单的方法是：在用差分法计算油膜压力时，每行上均由起始边向终点边方向逐点计算，如算出某点压力为负，既取为零。此点位置即可作为改行上油膜自然破裂边的近似位置。该点以后各点压力均取为零，而不再按雷诺方程计算。每次迭代均按此处理，则破裂边近似位置会逐渐逼近应有的自然破裂边界。 3.1.5 开设油槽时油膜压力的 计算 无油槽轴承计算中油膜压力分布主要取决于轴颈的偏心率；而在开设油槽轴承中，压力分布还与轴心相对油槽位置，油槽的开设形状有关，需要综合考虑的因素更加复杂 9。 当油槽开设方式比较简单时，我们可以根据以下两条计算法则来进行计算： 1)开设轴向油槽时油膜压力的计算 这类轴承由一系列同心的部分轴承做成，而这些部分轴承则由供给润滑剂的轴向沟槽所分割。将每一瓦块上所产生的力矢量相加，即可得到这类轴承的解。 2)开设周向油槽时油膜压力的计算 因为周向沟槽实质上将轴承变 成 B/d 值减小的两个或更多个轴承，而这些轴承的解则可以从普通的圆柱轴承的结果中获得。 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 17 第 4 章 液体动压滑动轴承 实验 台的实现 4.1 实验 台的 结构 4.1.1 液体动压滑动轴承 实验 台的结构简图 1-电 机 2-皮 带 3-摩擦力传感器 4-压力传感器：测量轴承表面油膜压力，共 7 个F1 F7， 5-轴 瓦 6-加载传感器：测量外加载荷值 7-主 轴 8-温度测试仪 9-油 槽 10-底 座 11-面 板 12-调速旋钮：控制电机转速 13-温度传感器 14-加热装 置 图 4-1 滑动轴承部分简图 由电机 1通过皮带 2带动主轴顺时针旋转，由无级调速器实现无级调速，主轴的转速由装在面板 11 上的数码管直接读出。油膜的径向压力分布曲线是在一定的载荷和一定的转速下绘制的。当载荷改变或轴的转速改变时所测出的压力值是不同的，所绘出的压力分布曲线也是不同的。转速的改变方法如前所述。本实验台采用螺旋加载，转动螺杆即可改变载荷的大小，所以载荷之值通过传感器数字显示，直接在实验台的操纵板上读出。 径向滑动轴承的摩擦系数 f 随轴承的特性系数 = n/p 值的改变而改变（ 油的动力粘度， n 轴的转速， P 压力，BdWP ，W 轴上的载荷，W=轴瓦自重 +外加载荷。本实验台轴瓦自重为 40N， B 轴瓦的宽度，d 轴的直径。） 液体动压滑动轴承实验台 18 在边界摩擦时，f随 的变大而变化很小，进入混合摩擦后， 的改变引起f的急剧变化，在刚形成液体摩擦是f达到最小值，此后，随 的增大油膜厚度也随之增大，因而f也有所增大。摩擦系数f之值为 F=（ 2/30 ） （ n/p） +0.55 (4-1) 式中， 相对间隔； 随轴承长径比而变化的系数，对于 1/d 1的轴承， =1.5； 1/d 1 时， =1. 在轴承上半部中间即轴承有效宽度 B/2处 的剖面上沿圆周 120内钻有七个均匀分布的小孔，每个小孔联接一个压力传感器（测周向压力），在轴承周向有效宽度 B/4 处也钻有一个小孔，并连接一只压力传感器（测周向压力）。从而可绘出轴承的周向和轴向压力分布曲线。 实验 台启动后，主轴 7 在油槽 9中转动，在油膜粘力作用下通过摩擦力传感器 3 测出主轴旋转时受到的摩擦力矩；当润滑油充满整个轴瓦内壁后轴瓦上的 7个压力传感器可分别测出分布在其上的油膜压力值；待稳定工作后由温度传感器t1测出入油口的油温， t2测出出油口的油温。 在此基础上，另外添加了几个热敏电阻 温度传感器跟加热装置，这样可以更加好的完成这个 实验 台。 热敏电阻温度传感器可以分别测出油槽内油的温度和油膜温度，而加热装置可以对油槽内的油加热，从而通过改变油的温度来得到不同的油膜压力分别曲线。 4.1.2 关于电机的选择 直流电机是指能将直流电能转换成机械能（直流电动机）或将机械能转换成直流电能（直流发电机）的旋转电机。它是能实现直流电能和机械能互相转换的电机。当它作电动机运行时是直流电动机，将电能转换为机械能；作发电机运行时是直流发电机，将机械能转换为电能 8。 交流电机是用于实现机械 能和交流电能相互转换的机械。由于交流电力系统的巨大发展，交流电机已成为最常用的电机。交流电机与直流电机相比，由于没有换向器（见直流电机的换向），因此结构简单，制造方便，比较牢固，容易做浙江理工大学本科毕业设计（论文） 19 成高转速、高电压、大电流、大容量的电机。交流电机的功率覆盖范围很大，从几瓦到几十万千瓦、甚至上百万千瓦。 1.直流电机电源难找，需要专门的整流设备。同时，成本也高，控制稍微复杂。而交流电机电源方便，成本也低。因此在选择上用了交流电机。 图 4-2 直流电机（左） 交流电机（右） 2.在交流电机中， 我们则选用了三相异步电动机。相比较而言，三相异步电动机所需设备少，启动方式简单，成本更低。在三相电机中， YD（ IP44）电机体积小、机身轻，便于安装跟试验台相连接。此电机可作一般用途的驱动源，即用于驱动对起性能、调速性能及转差率无特殊要求的机器和设备；亦可用灰尘较多、水土飞溅的场所。这些性能恰好都满足我们试验台的要求。 液体动压滑动轴承实验台 20 图 4-3 Y801-2 电动机 型号 Y801-2 额定功率（ KW） 0.7 额定转矩 2.2 转速（ r/min） 2830 额定电压（ V） 380 最低环境温度（） -25 额定 频率（ Hz） 50 4.1.3 关于热敏电阻传感器的选择 热敏电阻是用半导体材料，大多为负温度系数，即阻值随温度增加而降低。温度变化会造成大的阻值改变，因此它是最灵敏的温度传感器。但热敏电阻的线性极差，并且与生存工艺有很大关系。制造商给不出标准化的热敏电阻曲线。 热敏电阻还有其自身的测量技巧。它非常适合需要进行快速和灵敏温度测量的电流控制应用。尺寸小对于空间要求的应用是有利的，但必须注意防止自热误差。 热敏电阻在两条线上测量的是绝对温度， 有较好的精度，但它比热偶贵， 可测温度范 围也小于热偶。一种常用热敏电阻在 25时的阻值为 5k，每 1的温度改变造成 200的电阻变化。注意 10的引线电阻仅造成可忽略的 0.05误差 6。 浙江理工大学本科毕业设计（论文） 21 热敏电阻体积小是优点，它能很快稳定，不会造成热负载。功率等于电流平方与电阻的积，因此要使用小的电流。 在传感器的选择上，鉴于油膜温度在 0 100之间，在此工作温度范内的传感器首先看准直接输出数字型的笔形。如图 图 4-4 笔形温度传感器 然而，这种传感器只能测得表面，无法深入到内部。 在排除了上面这种只能测外表温度的传感 器后，将目光瞄准了可以测得内部温度的传感器，同时也要可以简便安装。因此，在众多的传感器中，找到了一种刚好合适，同时也比较经济的一种。如图 3-5 是否提供加工定制 是 品牌 kontan 型号 KT-C 种类 温度 材料 金属 材料物理性质 绝缘体 制作工艺 集成 输出信号 数字型 防护等级 0 线性度 0（ %F.S.） 液体动压滑动轴承实验台 22 迟滞 0（ %F.S.） 重复性 0（ %F.S.） 灵敏度 5S 漂移 0.1 分辨率 1 度 图 4-5 热敏电阻温度传感器 （中山市东风镇康腾电子厂） 下图为温 度传感器在试验台中的安装位置。 图 4-6 温度传感器在实验台上的装配位置 这 2 个温度传感器的位置刚好可以测得油槽内的油温和油膜温度，并且把信号传输出来。 4.1.4 关于加热装置的选择 在众多的加热器中， 陶瓷加热器具有安装灵便、耐高温、传热快、绝缘良好、制作不受型号和规格大小的限制等优点。陶瓷加热器是用不锈钢皮做外壳，内有较高绝缘耐火程度的陶瓷内穿上电阻丝，再用机械绞制成型，接通电源，即可使用。升温快 30 秒可达 500 度 ，热效率 90%以上是 PTC 发热器的 1.5 倍 ，功率可从 50W-2000W 任意 ，电源从 12V-380V 任意 ，形状不受外型限制（可以定做）。 陶瓷加热器是一种高