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浙江理工大學(xué)
題目： 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)
姓名與學(xué)號(hào)： 丁建峰 B09300407
指導(dǎo)老師： 唐浙東
年級(jí)與專業(yè)： 09級(jí)機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué)院： 機(jī)械與自動(dòng)控制學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）誠信保證書
我已經(jīng)按照畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）指導(dǎo)老師的要求，熟悉和理解了我校關(guān)于“二級(jí)學(xué)院全日制學(xué)生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）規(guī)范化規(guī)定”文件的精神和有關(guān)要求，愿意在畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中誠實(shí)守信，絕不抄襲、剽竊他人論文、設(shè)計(jì)及其他智力成果,引用材料注明出處,參考書目附在論文(設(shè)計(jì))篇尾。如有違反愿意接受相應(yīng)處理。
保證人：
二○一三 年 五 月
1
摘 要
滑動(dòng)軸承是用來支撐軸及其它回轉(zhuǎn)零件的一種重要部件，因其本身具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：軸頸軸瓦間所特有的潤滑油膜具有緩沖吸振作用，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，回轉(zhuǎn)速度高等，這些優(yōu)點(diǎn)使它在某些場(chǎng)合占有重要地位。因此滑動(dòng)軸承在金屬切削機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)、鐵路機(jī)及車輛、軋鋼機(jī)、雷達(dá)、衛(wèi)星通信地面站及天文望遠(yuǎn)鏡等方面的應(yīng)用十分廣泛。為了幫助大學(xué)學(xué)生更加深入、細(xì)致地了解和研究滑動(dòng)軸承，各種滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，但在實(shí)驗(yàn)的效率、效果方面都還有不足。現(xiàn)有的滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)不能滿足我們需要的要求，因此，我們需要為了測(cè)試專門的改進(jìn)。
本論文主要對(duì)液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)，使得其能夠更好的工作，測(cè)得各種實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。對(duì)電機(jī)、溫度傳感器、加熱裝置進(jìn)行解析、選擇，可以測(cè)量及仿真徑向油膜壓力分布、油膜溫度變化、油槽溫度變化等各種參數(shù)。在基于流體力潤滑理論的基礎(chǔ)上，以雷諾方程的建立和求解過程，揭示了影響油膜壓力的因素和其變化規(guī)律?？梢酝ㄟ^改變各種參數(shù)揭示影響油膜壓力的因素及其變化規(guī)律，從而能夠更加深刻的理解和掌握滑動(dòng)軸承的原理。如此一來，不僅完成了滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)，并且加深了對(duì)油膜承載機(jī)理的理解，同時(shí)還提高了對(duì)滑動(dòng)軸承的設(shè)計(jì)能力。
關(guān)鍵詞：液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸;油膜壓力;油膜溫度
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
III
目 錄
摘 要 III
Abstract IV
第一章 緒論 6
1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 1
1.1.1 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1
1.1.2 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)發(fā)展趨勢(shì) 2
1.2 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的研究目的和意義 2
1.3 課題研究的主要內(nèi)容 2
第2章 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的理論基礎(chǔ) 4
2.1 滑動(dòng)軸承 4
2.1.1 滑動(dòng)軸承的主要類型和結(jié)構(gòu) 4
2.2 液體動(dòng)壓潤滑的基本原理和基本關(guān)系 5
2.2.1 液體動(dòng)壓油膜的形成原理 5
2.2.2 液體動(dòng)壓潤滑的基本方程 6
2.2.3 油楔承載機(jī)理 8
2.3 徑向滑動(dòng)軸承液體動(dòng)壓基本原理 9
2.3.1 徑向滑動(dòng)軸承液體動(dòng)壓潤滑的建立過程 9
2.3.2 徑向滑動(dòng)軸承的主要幾何關(guān)系和承載能力 10
2.3.3 徑向滑動(dòng)軸承的參數(shù)選擇 11
第3章 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承油膜特性分析 13
3.1 徑向滑動(dòng)軸承油膜壓力分布的理論基礎(chǔ) 13
3.1.1液體動(dòng)壓潤滑的基本方程 13
3.1.2 雷諾方程的簡(jiǎn)化 13
3.1.3 雷諾方程的無量綱形式 14
3.1.4 雷諾方程的無量邊界條件 15
3.1.5 開設(shè)油槽時(shí)油膜壓力的計(jì)算 16
第4章 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的實(shí)現(xiàn) 17
4.1 試驗(yàn)臺(tái)的簡(jiǎn)介 17
4.1.1 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖 17
4.1.2 關(guān)于電機(jī)的選擇 18
4.1.3 關(guān)于熱敏電阻傳感器的選擇 20
4.1.4 關(guān)于加熱裝置的選擇 22
4.2 液體摩擦徑向滑動(dòng)軸承的計(jì)算 25
4.2.1 主要技術(shù)指標(biāo) 25
4.2.2 選擇軸承材料和結(jié)構(gòu) 25
4.2.3 潤滑劑和潤滑方法的選擇 26
4.2.4 承載能力計(jì)算 26
4.2.5 層流校核 27
4.2.6 流量計(jì)算 27
4.2.7 功耗計(jì)算 28
4.2.8 熱平衡計(jì)算 28
4.2.9 安全度計(jì)算 29
4.3 滑動(dòng)軸承內(nèi)軸瓦、油溫、油壓的關(guān)系 29
第五章 總結(jié) 33
參考文獻(xiàn) 34
致 謝 35
5
浙江理工大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）
第一章 緒論
滑動(dòng)軸承是用來支撐軸及其它回轉(zhuǎn)零件的一種重要部件，因其本身具有一些獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：軸頸軸瓦間所特有的潤滑油膜具有緩沖吸振作用，使用壽命長(zhǎng)，結(jié)構(gòu)緊湊，回轉(zhuǎn)速度高等，這些優(yōu)點(diǎn)使它在某些場(chǎng)合占有重要地位。因此滑動(dòng)軸承在金屬切削機(jī)床、內(nèi)燃機(jī)、鐵路機(jī)及車輛、軋鋼機(jī)、雷達(dá)、衛(wèi)星通信地面站及天文望遠(yuǎn)鏡等方面的應(yīng)用十分廣泛 。為了幫助大學(xué)學(xué)生更加深入、細(xì)致地了解和研究滑動(dòng)軸承，各種滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)應(yīng)運(yùn)而生，但在實(shí)驗(yàn)的效率、效果方面都還有不足。
1.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)
1.1.1 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
早在1989年，東南大學(xué)機(jī)械學(xué)研究室已經(jīng)設(shè)計(jì)研制成靜壓和動(dòng)靜壓軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái) ，它可以進(jìn)行靜壓和動(dòng)靜壓滑動(dòng)軸承的靜動(dòng)特性實(shí)驗(yàn)。
1995年，上海機(jī)械電子工程學(xué)院為研究滑動(dòng)軸承靜態(tài)和動(dòng)態(tài)油膜氣穴分布，設(shè)計(jì)并開發(fā)了360。動(dòng)、靜載荷滑動(dòng)軸承油膜分布實(shí)驗(yàn)臺(tái) 。
2001年，廣東工業(yè)大學(xué)為了對(duì)軸承進(jìn)行系統(tǒng)的理論與實(shí)驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)并研制了YZ-1型軸承試驗(yàn)臺(tái)。
2002年，湖南長(zhǎng)慶科教儀器廠研制了HS-A型滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)。HS-A型滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)主要用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)。它可以幫助學(xué)生觀察滑動(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。后湖南長(zhǎng)慶科教儀器廠又研制了HS-B型滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)。
此外上海同育教學(xué)儀器設(shè)備有限公司研制了TYK-I液體動(dòng)壓軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)。該實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)驗(yàn)功能有觀察滑動(dòng)軸承的動(dòng)壓油膜形成過程與現(xiàn)象；使用壓力表測(cè)量軸承徑向及軸向壓力分布值；使用摩擦力傳感器進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣并顯示軸承摩擦力矩值；采用力及轉(zhuǎn)速傳感器，測(cè)量軸承工作載荷及主軸轉(zhuǎn)速；實(shí)驗(yàn)臺(tái)工作載荷、摩擦力矩及主軸轉(zhuǎn)速傳感器信號(hào)接入實(shí)驗(yàn)臺(tái)所配的測(cè)試儀，由單片微機(jī)控制實(shí)時(shí)采樣、分析、并顯示；通過抄錄測(cè)試儀及壓力表所顯示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，手動(dòng)繪制出滑動(dòng)軸承徑向油膜壓力分布曲線與承載量曲線及摩擦特性曲線。
1.1.2 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)發(fā)展趨勢(shì)
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)從手動(dòng)實(shí)驗(yàn)，手工繪制實(shí)驗(yàn)曲線，填寫實(shí)驗(yàn)表格的階段向?qū)嶒?yàn)信息采樣、過程控制、數(shù)據(jù)處理方面智能化發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真等先進(jìn)教學(xué)手段與技術(shù)也開始應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)[10] 。
1.2 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)的研究目的和意義
目前的滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)普遍存在功能單一、測(cè)試數(shù)據(jù)精度低、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定性差等問題。但計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，使教與學(xué)的形式與內(nèi)容發(fā)生了變化，也改變了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式，使實(shí)現(xiàn)教學(xué)改革成為可能。將計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真等先進(jìn)教學(xué)手段與技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，科學(xué)地應(yīng)用新技術(shù)，充分發(fā)揮高科技的特長(zhǎng)，使實(shí)驗(yàn)室在現(xiàn)代化管理體制下高效運(yùn)行，成為了一個(gè)新課題。本課題的研究意義在于：用現(xiàn)代化的技術(shù)手段改造原有教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，提高實(shí)驗(yàn)臺(tái)測(cè)試度、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠性及實(shí)驗(yàn)性能，滿足教學(xué)要求。同時(shí)也可以驗(yàn)證實(shí)際軸承的性能是否和設(shè)計(jì)的性能相吻合；檢驗(yàn)軸承的設(shè)計(jì)、制造和裝配是否合理。新型實(shí)驗(yàn)臺(tái)開發(fā)完成后，可向全國高等工科院校相關(guān)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室推廣使用。
1.3 課題研究的主要內(nèi)容
本課題重點(diǎn)完成實(shí)驗(yàn)臺(tái)傳動(dòng)電機(jī)及調(diào)速方法選擇、相應(yīng)傳感器的選擇，其主要內(nèi)容有：
1)了解液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)研制研究目的。理解液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承結(jié)構(gòu)及 其特點(diǎn)。確定完整實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)總體方案。
2)相關(guān)測(cè)試用傳感器型號(hào)、電機(jī)選定。
3)進(jìn)行油溫測(cè)試，對(duì)油膜進(jìn)行加熱，測(cè)得油溫與壓力的關(guān)系
（這是以前所不具有的，是本試驗(yàn)臺(tái)最大的創(chuàng)新）
4) 對(duì)油膜形成過程進(jìn)行三維仿真。
第2章 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的理論基礎(chǔ)
2.1 滑動(dòng)軸承
根據(jù)軸承中摩擦性質(zhì)的不同，可把軸承分為滑動(dòng)摩擦軸承（簡(jiǎn)稱滑動(dòng)軸承）和滾動(dòng)摩擦軸承（簡(jiǎn)稱滾動(dòng)軸承）兩大類。滑動(dòng)軸承本身具有的一些獨(dú)特有點(diǎn)，使得它在某些不能、不便或使用滾動(dòng)軸承沒有優(yōu)勢(shì)的場(chǎng)合占有重要地位。因此，滑動(dòng)軸承在軋鋼機(jī)、汽輪機(jī)、內(nèi)燃機(jī)、鐵路機(jī)車及車輛、金屬切削機(jī)床、航空發(fā)電機(jī)附件、雷達(dá)、衛(wèi)星通信地面站、天文望遠(yuǎn)鏡以及各種儀表中應(yīng)用頗為廣泛。
2.1.1 滑動(dòng)軸承的主要類型和結(jié)構(gòu)
按受載荷方向不同，滑動(dòng)軸承可分為徑向滑動(dòng)軸承和止推滑動(dòng)軸承[1]。
1.徑向滑動(dòng)軸承
徑向滑動(dòng)軸承用于承受徑向載荷。圖2-1所示為整體式徑向滑動(dòng)軸承，圖2-2所示為對(duì)開式徑向滑動(dòng)軸承。對(duì)開式滑動(dòng)軸承拆裝方便，軸瓦磨損后可方便更換及調(diào)整間隙，因而應(yīng)用廣泛。
2.止推式滑動(dòng)軸承
止推式滑動(dòng)軸承由軸承座和止推軸頸組成。常用的結(jié)構(gòu)形式有空心式、單環(huán)式和多環(huán)式。
圖2-1 整體式徑向滑動(dòng)軸承
圖2-2 對(duì)開式徑向滑動(dòng)軸承
2.2 液體動(dòng)壓潤滑的基本原理和基本關(guān)系
2.2.1 液體動(dòng)壓油膜的形成原理
圖2-3 動(dòng)壓油膜形成原理圖
液體動(dòng)壓油膜形成原理是利用摩擦副表面的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將液體帶進(jìn)摩擦表面之間，形成壓力油膜，將摩擦表面隔開，如圖2-3所示。兩個(gè)互相傾斜的平板，在它們之間充滿具有一定粘度的液體。當(dāng)AB以速度V向左移動(dòng)，而CD保持靜止時(shí)，液體在此楔形間隙中作層流流動(dòng)。當(dāng)各層流的速度分布規(guī)律為直線時(shí)，由于進(jìn)口間隙大于出口間隙，則進(jìn)口流量必大于出口流量；但液體是不可壓縮的，因此，在楔形間隙內(nèi)形成油壓，迫使大口的進(jìn)油速度減小，小口的出油速度增大，從而使流經(jīng)各截面的流體流量相等。同時(shí)，楔形油膜產(chǎn)生的內(nèi)壓將與外載荷相平衡。
2.2.2 液體動(dòng)壓潤滑的基本方程
雷諾方程是液體動(dòng)壓潤滑基本方程，是研究流體動(dòng)力潤滑的基礎(chǔ)。它是根據(jù)粘性流體動(dòng)力學(xué)基本方程出發(fā)，作了一些假設(shè)條件后簡(jiǎn)化得的。
圖2-4 被油膜隔開的兩平板的相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況
如圖2-4所示，兩平板被潤滑油隔開，設(shè)板A沿x軸方向以速度v移動(dòng)，另一板B靜止。再假定油在兩平板間沿z軸方向沒有流動(dòng)（可視此運(yùn)動(dòng)副在z軸方向的尺寸為無限大）?，F(xiàn)從層流運(yùn)動(dòng)的油膜中取一微單元體進(jìn)行分析。
由圖可見，作用在此微單元體右面和左面的壓力分別為p及，作用在單元體上下兩面的切應(yīng)力分別為及。根據(jù)x方向的平衡條件，得
整理后得
（2-1)根據(jù)牛頓粘性流體摩擦定律，將式（2-1）對(duì)求導(dǎo)數(shù)，得，代入式（2-1）得
（2-2）
該式表示了壓力沿軸方向的變化與速度沿軸方向的變化關(guān)系。
下面進(jìn)一步介紹流體動(dòng)力潤滑理論的基礎(chǔ)方程。
1.油層的速度分布
2.將式（2-2）改寫成
（2-3）
對(duì)積分后得
（2-3）
（2-4）
根據(jù)邊界條件決定積分常數(shù)及C2：當(dāng)=0時(shí)，；=（為相應(yīng)于所取單元體處的油膜厚度）時(shí)，=0，則得
;
代入式（2-4）后，即得
（2-5）
由上式可見，油層的速度v由兩部分組成：式中前一項(xiàng)表示速度呈線性分布，這就是直接由剪切流引起的；后一項(xiàng)表示速度呈拋物線分布，這是由層流沿方向的變化所產(chǎn)生的壓力流所引起的。
2.潤滑油流量
當(dāng)無側(cè)泄時(shí)，潤滑油在單位時(shí)間內(nèi)流經(jīng)任意截面上單位寬度面積的流量為
（2-6）
將式（2-6）代入式（2-7）并積分后，得
（2-7）
設(shè)在處的油膜厚度為h0，在該截面處的流量為
（2-8）
當(dāng)潤滑油連續(xù)流動(dòng)時(shí)，各截面的流量相等，由此得
整理后得
（2-9）
2.2.3 油楔承載機(jī)理
由式可看出油壓的變化與潤滑油的粘度、表面滑動(dòng)速度和油膜厚度的變化有關(guān)，利用該式可求出油膜中個(gè)點(diǎn)的壓力，全部油膜壓力之和即為油膜的承載能力。
油膜必須呈收斂楔形，才能使油楔內(nèi)各處油壓都大于入口處和出口處的壓力，產(chǎn)生正壓力以支承外載。
所以形成液體動(dòng)力潤滑（即形成動(dòng)壓油膜）的必要條件是：
1)相對(duì)運(yùn)動(dòng)兩表面必須形成一個(gè)收斂楔形；
2)被油膜分開的兩表面必須有一定的相對(duì)滑動(dòng)速度，其運(yùn)動(dòng)方向必須使?jié)櫥瑥拇罂诹鬟M(jìn)，小口流出；
3) 潤滑油必須有一定的粘度，供油要充分。
2.3 徑向滑動(dòng)軸承液體動(dòng)壓基本原理
2.3.1 徑向滑動(dòng)軸承液體動(dòng)壓潤滑的建立過程
徑向滑動(dòng)軸承的軸頸與軸承孔間必須流油間隙?；瑒?dòng)軸承形成動(dòng)壓潤滑油膜的過程如圖2-5（a）所示。當(dāng)軸靜止時(shí)，軸承孔與軸頸直接接觸，如圖2-5（b）所示。徑向間隙△使軸頸與軸承的配合面之間形成楔形間隙，其間充滿潤滑油。由于潤滑油具有粘性而附著于零件表面的特性，因而當(dāng)軸頸回轉(zhuǎn)時(shí)，依靠附著在軸頸上的油層帶動(dòng)潤滑油擠入楔形間隙。因?yàn)橥ㄟ^楔形間隙的潤滑油質(zhì)量不變（流體連續(xù)運(yùn)動(dòng)原理），而楔形中的間隙截面逐漸變小，潤滑油分子間相互擠壓，從而油層中必然產(chǎn)生流體動(dòng)壓力，它力圖擠開配合面，達(dá)到支承外載荷的目的。當(dāng)各種參數(shù)協(xié)調(diào)時(shí)，液體動(dòng)壓力能保證軸的中心與軸瓦中心有一偏心距e。最小油膜厚度nmin存在于軸頸與軸承孔的中心連線上。液體動(dòng)壓力的分布如圖2-5（c）所示。
靜止時(shí) n=0 啟動(dòng)時(shí) 形成動(dòng)壓油膜
圖2-5徑向滑動(dòng)軸承形成流體動(dòng)力潤滑的過程
徑向滑動(dòng)軸承液體動(dòng)壓潤滑油膜形成過程經(jīng)歷啟動(dòng)、不穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)三個(gè)階段。
1.啟動(dòng)時(shí)（n>0）
剛開始啟動(dòng)時(shí)，由于速度低，軸頸與軸瓦金屬直接接觸，在摩擦力作用下
軸頸沿軸瓦內(nèi)壁向右上方爬行。（由圖2-5（a）→（c））
2.不穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段
隨著n增大，從油楔大口帶入小口的油逐漸增多，形成壓力油膜，把軸頸浮
起推向左上方。（由圖2-5（b）→（c））
3.穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段
逐漸增大的油膜壓力的垂直分量與外載荷F相等時(shí)，軸頸穩(wěn)定在某一位置上
運(yùn)轉(zhuǎn)。n越高，軸頸中心穩(wěn)定位置愈靠近軸孔中心。但兩中心永遠(yuǎn)不能重合，因?yàn)楫?dāng)兩心重合時(shí)，油楔消失，不滿足液體動(dòng)壓潤滑油膜形成的第一個(gè)條件，油膜將失去承載能力。（如圖2-5（c））
2.3.2 徑向滑動(dòng)軸承的主要幾何關(guān)系和承載能力
圖2-6 徑向滑動(dòng)軸承的集合參數(shù)和油壓分布
徑向滑動(dòng)軸承的幾何關(guān)系，如圖2-6所示。
基本參數(shù)：O—軸頸中心，O1—軸承中心，起始位置F與重合，軸頸直徑，軸承孔直徑D
根據(jù)以上基本參數(shù)可以直接計(jì)算出：
直徑間隙：
半徑間隙：
相對(duì)間隙：
偏心距：
偏心率：
以為級(jí)軸，對(duì)應(yīng)油膜厚度為，為處油膜厚度，為處的壓力角，，為壓力油膜起始角和終止角，其大小與軸承包角有關(guān)。
在中，根據(jù)余弦定律可得
略去高階微量，再引入半徑間隙，并兩端開方得
整理得任意位置時(shí)油膜厚度為
壓力最大處時(shí)油膜厚度
當(dāng)時(shí)，油膜最小厚度
2.3.3 徑向滑動(dòng)軸承的參數(shù)選擇
影響滑動(dòng)軸承油膜壓力的因素很多，根據(jù)液體動(dòng)壓潤滑理論，影響壓力分布的參數(shù)主要有軸承寬徑比、相對(duì)間隙、油槽開設(shè)形式、徑向載荷、潤滑油的粘度、主軸轉(zhuǎn)速等。
1.寬徑比
軸瓦寬度與軸頸直徑之比成為寬徑比。小時(shí)，軸承軸向尺寸減小，P增大，運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，端泄量增大，摩擦功耗減小，軸承承載能力減小。高速重載軸承溫升溫，應(yīng)取小量；低速重載軸承為提高支承剛性，應(yīng)取大值；高速輕載軸承為提高支承剛性，應(yīng)取小值。
2.相對(duì)間隙
改變軸承的相對(duì)間隙并不影響軸承的總體尺寸，但對(duì)軸承的靜動(dòng)態(tài)特性影響很大。若想改變，只有通過改變軸與軸承的配合公差來實(shí)現(xiàn)。一般可根據(jù)軸承所受載荷和軸頸速度選取。速度高時(shí)，值應(yīng)取大一些，可減少發(fā)熱；載荷大時(shí)，值應(yīng)取小一些，可以提高承載能力。配合間隙是靜壓和動(dòng)壓軸承裝配、調(diào)整中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，過大的間隙會(huì)降低承載能力和剛度，而過小的間隙可能引起溫升過高，一般按經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式估算：（其中是軸頸圓周線速度，單位），最后在綜合考慮軸承材料、工作狀態(tài)等因素來決定。
3.軸承的平均比壓
P較大，有利于提高軸承平穩(wěn)性，減小軸承的尺寸；但P過大，油膜變薄，對(duì)軸承制造安裝精度要求提高，軸承工作表面易破壞。
4.軸承的轉(zhuǎn)速
轉(zhuǎn)速是影響滑動(dòng)軸承油膜壓力分別的參數(shù)之一。
5.粘度
潤滑油的粘度是建立流體潤滑的關(guān)鍵，它對(duì)軸承承載能力、功率損失和軸承的溫升起著不可忽視的作用。粘度是通過選擇潤滑油來選定。當(dāng)轉(zhuǎn)速高、壓力小時(shí)，應(yīng)選粘度低的油；反之，當(dāng)轉(zhuǎn)速低、壓力大時(shí)，應(yīng)選粘度較高的油，這樣就盡可能的減小實(shí)驗(yàn)誤差，得到較為準(zhǔn)確的油膜壓力分布圖。
第3章 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承油膜特性分析
3.1 徑向滑動(dòng)軸承油膜壓力分布的理論基礎(chǔ)
3.1.1液體動(dòng)壓潤滑的基本方程
從數(shù)學(xué)的觀點(diǎn)來看，各種流體潤滑計(jì)算的基本內(nèi)容就是對(duì)動(dòng)壓潤滑的基本方程——雷諾方程的應(yīng)用與求解。從十九世紀(jì)起，人們開始對(duì)液體動(dòng)壓現(xiàn)象的研究以來，液體動(dòng)壓油膜產(chǎn)生機(jī)理現(xiàn)在已經(jīng)趨于成熟，現(xiàn)代液體潤滑理論已經(jīng)得到長(zhǎng)足的發(fā)展[2]。
3.1.2 雷諾方程的簡(jiǎn)化
雷諾方程為各量都是變量的三維非線性偏微分方程，對(duì)它進(jìn)行積分求解并非易事。解析法求解存在很多困難，因而需要采取一系列的簡(jiǎn)化。
根據(jù)不同的工作狀況，可以采用不同的形式簡(jiǎn)化。通常的徑向滑動(dòng)軸承設(shè)計(jì)采用不可壓縮的等粘度潤滑計(jì)算，進(jìn)行一系列的假設(shè)，即假定潤滑油具有相同的粘度，流體的密度為常數(shù)，同時(shí)認(rèn)為間隙只是的函數(shù)而不考慮誤差和軸的彎曲變形，可以得出在穩(wěn)定載荷作用下的流體動(dòng)壓潤滑二維雷諾方程為
對(duì)于普通徑向動(dòng)壓滑動(dòng)軸承，式中：
——油膜厚度，，為偏心率，，R，r分別為軸承、軸頸半徑，為所求油膜厚度到軸承與軸頸連線的角度；為流體粘度；為油膜壓力；為軸頸圓周速度；為軸頸中心運(yùn)動(dòng)的徑向速度；，分別為軸頸方向和軸線方向的坐標(biāo)。
上式方程右邊第一項(xiàng)為楔形間隙所引起的楔形項(xiàng)，第二項(xiàng)為由軸承中液體法向相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的擠壓效應(yīng)項(xiàng)，一般后一項(xiàng)是可以忽略。這種忽略是有根據(jù)的，因?yàn)樵诜€(wěn)定勻速的情況下，切向速度一般均不隨的變化而變化，故伸張可不考慮；另外，當(dāng)壓力不是很高時(shí)，楔形項(xiàng)是主要的，也可忽略擠壓效應(yīng)項(xiàng)。于是方程就變成：
（3-1）
式（4-1）是最常見的計(jì)算有限長(zhǎng)向心動(dòng)壓軸承的二維雷諾方程。
3.1.3 雷諾方程的無量綱形式
對(duì)動(dòng)壓滑動(dòng)軸承進(jìn)行分析計(jì)算，常以無量綱的形式進(jìn)行。這樣，一方面可將問題歸納成最緊湊的形式，突出各有關(guān)因素的作用，并且使處理的變量的數(shù)值盡可能地不致大到天文數(shù)字或小到微乎其微，以便于用于計(jì)算機(jī)運(yùn)算。并且，分析所得結(jié)果，可直接以無量綱形式推廣應(yīng)用到相似的軸承問題當(dāng)中[3]。
以徑向滑動(dòng)軸承為例，先將雷諾方程中的自變量（和）用無量綱坐標(biāo)表示。是無量綱量，它是用作為“相對(duì)單位”來度量值的結(jié)果，即轉(zhuǎn)換來的，所以就是坐標(biāo)的無量綱值。相似的，對(duì)于軸向坐標(biāo)，選取軸承寬度的一半作為相對(duì)單位，則方向的無量綱坐標(biāo)就是：。對(duì)于方程中之變系數(shù)（膜厚），因其級(jí)數(shù)量遠(yuǎn)小于和方向尺寸的數(shù)量級(jí)，而與半徑間隙占同級(jí)，故選為其相對(duì)單位，于是無量綱膜厚為：。P是未知變量，選定某一特征值作為其相對(duì)單位，假設(shè)用某一未知變量。表示，則無量綱壓力為。是經(jīng)過計(jì)算和對(duì)公式形式的簡(jiǎn)化最終確定的，。
將這些無量綱量代入（4-1）中，最終得到雷諾方程的無量綱形式：
（3-2）
式中： ，其中成為偏心率
，的區(qū)間是0≤≤2π
，如果坐標(biāo)原點(diǎn)放在寬度中央，則的區(qū)間是-1≤≤1
3.1.4 雷諾方程的無量邊界條件
圖3-1 壓力分布的邊界條件
在穩(wěn)定工況下，要求解承受載荷軸承的微分方程，必須先確定邊界條件。這些條件規(guī)定了壓力分布的邊界，稱為壓力分布邊界條件。
對(duì)于徑向滑動(dòng)軸承其邊界條件如圖4-1所示：
1.沿軸向 ；
2. 沿周向
（1） 全索默菲爾德（sommerfeld）邊界條件
全索默菲爾德邊界認(rèn)為油壓在收斂區(qū)為正值，在發(fā)散區(qū)為負(fù)值，壓力曲線連續(xù)，并對(duì)處成反對(duì)稱。具體邊界條件或P=0；處P=0。該邊界條件與實(shí)際相差很大，通常不采用。
（2） 半索默菲爾德條件
通常軸承只能承受正壓而不能承受負(fù)壓，因?yàn)樨?fù)壓下油膜會(huì)破裂，故半索默菲爾德邊界只應(yīng)計(jì)算收斂區(qū)正壓的承載能力，而不應(yīng)考慮發(fā)散區(qū)負(fù)壓的影響。具體的邊界條件為：處P=0；處P=0，。該邊界使液體流動(dòng)呈不連續(xù)態(tài)勢(shì)，故將產(chǎn)生計(jì)算誤差，這是其不足之處。但因其計(jì)算相對(duì)簡(jiǎn)單，常備使用。
（3） 雷諾（Reynolds）
雷諾邊界以油膜區(qū)內(nèi)液體流動(dòng)的連續(xù)性為出發(fā)點(diǎn)，理論上更加嚴(yán)密，結(jié)果也相對(duì)正確，只是計(jì)算難度更大。具體的邊界條件為：
壓力起點(diǎn)：；
壓力終點(diǎn)：；
雷諾在1886年就提出液體連續(xù)流動(dòng)和不能承受明顯的負(fù)壓的兩個(gè)物理?xiàng)l件，壓力的終點(diǎn)位于最小潤滑間隙之后。經(jīng)過許多科學(xué)家的理論研究以及令人信服的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：雷諾邊界條件是符合實(shí)際油膜壓力分布狀況的。盡管對(duì)于某些實(shí)驗(yàn)的結(jié)果還有一定的誤差，但比較另外兩種邊界條件更準(zhǔn)確。在實(shí)際計(jì)算過程中，多數(shù)采用雷諾邊界條件。
本文在計(jì)算雷諾方程時(shí)的邊界條件就是采用了雷諾邊界條件。實(shí)現(xiàn)雷諾邊界條件常用的最有效且簡(jiǎn)單的方法是：在用差分法計(jì)算油膜壓力時(shí)，每行上均由起始邊向終點(diǎn)邊方向逐點(diǎn)計(jì)算，如算出某點(diǎn)壓力為負(fù)，既取為零。此點(diǎn)位置即可作為改行上油膜自然破裂邊的近似位置。該點(diǎn)以后各點(diǎn)壓力均取為零，而不再按雷諾方程計(jì)算。每次迭代均按此處理，則破裂邊近似位置會(huì)逐漸逼近應(yīng)有的自然破裂邊界。
3.1.5 開設(shè)油槽時(shí)油膜壓力的計(jì)算
無油槽軸承計(jì)算中油膜壓力分布主要取決于軸頸的偏心率；而在開設(shè)油槽軸承中，壓力分布還與軸心相對(duì)油槽位置，油槽的開設(shè)形狀有關(guān)，需要綜合考慮的因素更加復(fù)雜[9]。
當(dāng)油槽開設(shè)方式比較簡(jiǎn)單時(shí)，我們可以根據(jù)以下兩條計(jì)算法則來進(jìn)行計(jì)算：
1)開設(shè)軸向油槽時(shí)油膜壓力的計(jì)算
這類軸承由一系列同心的部分軸承做成，而這些部分軸承則由供給潤滑劑的軸向溝槽所分割。將每一瓦塊上所產(chǎn)生的力矢量相加，即可得到這類軸承的解。
2)開設(shè)周向油槽時(shí)油膜壓力的計(jì)算
因?yàn)橹芟驕喜蹖?shí)質(zhì)上將軸承變成B/d值減小的兩個(gè)或更多個(gè)軸承，而這些軸承的解則可以從普通的圓柱軸承的結(jié)果中獲得。
第4章 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)的實(shí)現(xiàn)
4.1 實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)
4.1.1 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖
1-電 機(jī) 2-皮 帶 3-摩擦力傳感器 4-壓力傳感器：測(cè)量軸承表面油膜壓力，共7個(gè)F1~ F7， 5-軸 瓦 6-加載傳感器：測(cè)量外加載荷值 7-主 軸 8-溫度測(cè)試儀 9-油 槽 10-底 座 11-面 板 12-調(diào)速旋鈕：控制電機(jī)轉(zhuǎn)速 13-溫度傳感器 14-加熱裝置
圖4-1 滑動(dòng)軸承部分簡(jiǎn)圖
由電機(jī)1通過皮帶2帶動(dòng)主軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，由無級(jí)調(diào)速器實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，主軸的轉(zhuǎn)速由裝在面板11上的數(shù)碼管直接讀出。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，所以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。
徑向滑動(dòng)軸承的摩擦系數(shù)f隨軸承的特性系數(shù)λ=μ n/p值的改變而改變（μ—油的動(dòng)力粘度，—軸的轉(zhuǎn)速，—壓力，，—軸上的載荷，=軸瓦自重+外加載荷。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)軸瓦自重為40N，—軸瓦的寬度，—軸的直徑。）
在邊界摩擦?xí)r，隨λ的變大而變化很小，進(jìn)入混合摩擦后，λ的改變引起的急劇變化，在剛形成液體摩擦是達(dá)到最小值，此后，隨λ的增大油膜厚度也隨之增大，因而也有所增大。摩擦系數(shù)之值為
F=（π2/30ψ）·（μn/p）+0.55ψξ (4-1)
式中，ψ—相對(duì)間隔；
ξ—隨軸承長(zhǎng)徑比而變化的系數(shù)，對(duì)于1/d＜1的軸承，ξ=1.5；1/d＞1時(shí)，ξ=1.
在軸承上半部中間即軸承有效寬度B/2處的剖面上沿圓周120°內(nèi)鉆有七個(gè)均勻分布的小孔，每個(gè)小孔聯(lián)接一個(gè)壓力傳感器（測(cè)周向壓力），在軸承周向有效寬度B/4處也鉆有一個(gè)小孔，并連接一只壓力傳感器（測(cè)周向壓力）。從而可繪出軸承的周向和軸向壓力分布曲線。
實(shí)驗(yàn)臺(tái)啟動(dòng)后，主軸7在油槽9中轉(zhuǎn)動(dòng)，在油膜粘力作用下通過摩擦力傳感器3測(cè)出主軸旋轉(zhuǎn)時(shí)受到的摩擦力矩；當(dāng)潤滑油充滿整個(gè)軸瓦內(nèi)壁后軸瓦上的7個(gè)壓力傳感器可分別測(cè)出分布在其上的油膜壓力值；待穩(wěn)定工作后由溫度傳感器t1測(cè)出入油口的油溫，t2測(cè)出出油口的油溫。
在此基礎(chǔ)上，另外添加了幾個(gè)熱敏電阻溫度傳感器跟加熱裝置，這樣可以更加好的完成這個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)。熱敏電阻溫度傳感器可以分別測(cè)出油槽內(nèi)油的溫度和油膜溫度，而加熱裝置可以對(duì)油槽內(nèi)的油加熱，從而通過改變油的溫度來得到不同的油膜壓力分別曲線。
4.1.2 關(guān)于電機(jī)的選擇
直流電機(jī)是指能將直流電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（直流電動(dòng)機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成直流電能（直流發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。它是能實(shí)現(xiàn)直流電能和機(jī)械能互相轉(zhuǎn)換的電機(jī)。當(dāng)它作電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流電動(dòng)機(jī)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能；作發(fā)電機(jī)運(yùn)行時(shí)是直流發(fā)電機(jī)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能[8]。
交流電機(jī)是用于實(shí)現(xiàn)機(jī)械能和交流電能相互轉(zhuǎn)換的機(jī)械。由于交流電力系統(tǒng)的巨大發(fā)展，交流電機(jī)已成為最常用的電機(jī)。交流電機(jī)與直流電機(jī)相比，由于沒有換向器（見直流電機(jī)的換向），因此結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造方便，比較牢固，容易做成高轉(zhuǎn)速、高電壓、大電流、大容量的電機(jī)。交流電機(jī)的功率覆蓋范圍很大，從幾瓦到幾十萬千瓦、甚至上百萬千瓦。
1.直流電機(jī)電源難找，需要專門的整流設(shè)備。同時(shí)，成本也高，控制稍微復(fù)雜。而交流電機(jī)電源方便，成本也低。因此在選擇上用了交流電機(jī)。
圖4-2 直流電機(jī)（左） 交流電機(jī)（右）
2.在交流電機(jī)中，我們則選用了三相異步電動(dòng)機(jī)。相比較而言，三相異步電動(dòng)機(jī)所需設(shè)備少，啟動(dòng)方式簡(jiǎn)單，成本更低。在三相電機(jī)中，YD（IP44）電機(jī)體積小、機(jī)身輕，便于安裝跟試驗(yàn)臺(tái)相連接。此電機(jī)可作一般用途的驅(qū)動(dòng)源，即用于驅(qū)動(dòng)對(duì)起性能、調(diào)速性能及轉(zhuǎn)差率無特殊要求的機(jī)器和設(shè)備；亦可用灰塵較多、水土飛濺的場(chǎng)所。這些性能恰好都滿足我們?cè)囼?yàn)臺(tái)的要求。
圖4-3 Y801-2電動(dòng)機(jī)
型號(hào)
Y801-2
額定功率（KW）
0.7
額定轉(zhuǎn)矩
2.2
轉(zhuǎn)速（r/min）
2830
額定電壓（V）
380
最低環(huán)境溫度（℃）
-25
額定頻率（Hz）
50
4.1.3 關(guān)于熱敏電阻傳感器的選擇
熱敏電阻是用半導(dǎo)體材料，大多為負(fù)溫度系數(shù)，即阻值隨溫度增加而降低。溫度變化會(huì)造成大的阻值改變，因此它是最靈敏的溫度傳感器。但熱敏電阻的線性極差，并且與生存工藝有很大關(guān)系。制造商給不出標(biāo)準(zhǔn)化的熱敏電阻曲線。
熱敏電阻還有其自身的測(cè)量技巧。它非常適合需要進(jìn)行快速和靈敏溫度測(cè)量的電流控制應(yīng)用。尺寸小對(duì)于空間要求的應(yīng)用是有利的，但必須注意防止自熱誤差。熱敏電阻在兩條線上測(cè)量的是絕對(duì)溫度， 有較好的精度，但它比熱偶貴， 可測(cè)溫度范圍也小于熱偶。一種常用熱敏電阻在25℃時(shí)的阻值為5kΩ，每1℃的溫度改變?cè)斐?00Ω的電阻變化。注意10Ω的引線電阻僅造成可忽略的 0.05℃誤差[6]。
熱敏電阻體積小是優(yōu)點(diǎn)，它能很快穩(wěn)定，不會(huì)造成熱負(fù)載。功率等于電流平方與電阻的積，因此要使用小的電流。
在傳感器的選擇上，鑒于油膜溫度在0℃～100℃之間，在此工作溫度范內(nèi)的傳感器首先看準(zhǔn)直接輸出數(shù)字型的筆形。如圖
圖4-4 筆形溫度傳感器
然而，這種傳感器只能測(cè)得表面，無法深入到內(nèi)部。
在排除了上面這種只能測(cè)外表溫度的傳感器后，將目光瞄準(zhǔn)了可以測(cè)得內(nèi)部溫度的傳感器，同時(shí)也要可以簡(jiǎn)便安裝。因此，在眾多的傳感器中，找到了一種剛好合適，同時(shí)也比較經(jīng)濟(jì)的一種。如圖3-5
是否提供加工定制
是
品牌
kontan
型號(hào)
KT-C
種類
溫度
材料
金屬
材料物理性質(zhì)
絕緣體
制作工藝
集成
輸出信號(hào)
數(shù)字型
防護(hù)等級(jí)
0
線性度
0（%F.S.）
遲滯
0（%F.S.）
重復(fù)性
0（%F.S.）
靈敏度
5S
漂移
0.1
分辨率
1度
圖4-5 熱敏電阻溫度傳感器
（中山市東風(fēng)鎮(zhèn)康騰電子廠）
下圖為溫度傳感器在試驗(yàn)臺(tái)中的安裝位置。
圖4-6 溫度傳感器在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的裝配位置
這2個(gè)溫度傳感器的位置剛好可以測(cè)得油槽內(nèi)的油溫和油膜溫度，并且把信號(hào)傳輸出來。
4.1.4 關(guān)于加熱裝置的選擇
在眾多的加熱器中，陶瓷加熱器具有安裝靈便、耐高溫、傳熱快、絕緣良好、制作不受型號(hào)和規(guī)格大小的限制等優(yōu)點(diǎn)。陶瓷加熱器是用不銹鋼皮做外殼，內(nèi)有較高絕緣耐火程度的陶瓷內(nèi)穿上電阻絲，再用機(jī)械絞制成型，接通電源，即可使用。升溫快30秒可達(dá)500度 ，熱效率90%以上是PTC發(fā)熱器的1.5倍 ，功率可從50W-2000W任意 ，電源從12V-380V任意 ，形狀不受外型限制（可以定做）。
陶瓷加熱器是一種高效熱分布均勻的加熱器，熱導(dǎo)性極佳的金屬合金，確保熱面溫度均勻，消除了設(shè)備的熱點(diǎn)及冷點(diǎn)。具有長(zhǎng)壽命、保溫性能好、機(jī)械性能強(qiáng)、耐腐蝕、抗磁場(chǎng)等優(yōu)點(diǎn)。
一種是將合金絲澆鑄在石英玻璃為原材料的半導(dǎo)體中。具有耐高溫（可達(dá)1200度）、防腐、美觀耐磨的特點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于高溫采暖爐、半導(dǎo)體工程、玻璃、陶瓷及電線工程中。
陶瓷加熱器產(chǎn)品結(jié)構(gòu)：陶瓷加熱器是用不銹鋼皮做外殼，內(nèi)有較高絕緣耐火程度的陶瓷內(nèi)穿上電阻絲，再用機(jī)械絞制成型，接通電源，即可使用。采用陶瓷加熱器加熱，不發(fā)紅光，不燃燒，升溫快，不怕水及酸堿。熱效率可達(dá)90%以上，是PTC加熱器的1.5倍，它是傳統(tǒng)電熱絲加熱器的2倍，可以節(jié)約30%能源及電費(fèi)支出。同時(shí)，啟動(dòng)時(shí)無突波電流，溫度保持恒溫。也不怕水及酸堿，適合惡劣環(huán)境使用。
如圖3-6為普通的電阻加熱器。
圖4-7 電阻加熱器
如圖3-7為一般的陶瓷加熱片。
圖4-8 陶瓷加熱片
而在考慮了價(jià)格、加熱速度等因素后，選定了上海井森電工器材有限公司的一款陶瓷加熱器。實(shí)物如下圖
圖4-9 陶瓷加熱器
是否提供加工定制
是
品牌
康慧電熱
型號(hào)
sgdr-08
材質(zhì)
99氧化鋁
常溫電阻
0.4-1000
最大電壓
3.7-220
厚度
1.0-2.0
主要用途
加熱
產(chǎn)品認(rèn)證
環(huán)保認(rèn)證
適用范圍
設(shè)備、機(jī)械、美發(fā)
產(chǎn)品性能指標(biāo)：
1、材料：基板為白色氧化鋁，含量不低于95%；引線為Φ0.50×70mm鎳絲。
2、外形尺寸：可按照客戶的要求開發(fā)制作
常規(guī)尺寸：長(zhǎng)度70mm 寬度7、10、15、20mm 厚度1.3mm
3、尺寸公差：長(zhǎng)度±1.00mm 寬度±0.50mm 厚度±0.20mm
4、外觀質(zhì)量：外觀整潔，無銹蝕、無污染、無斷裂。
5、機(jī)械特性：常溫灣曲強(qiáng)度大于310MPa，高溫彎曲強(qiáng)度大于260MPa（220℃）
6、高溫特性：溫升速率：10秒內(nèi)可達(dá)200℃，穩(wěn)定最高溫度可達(dá)600∽800℃
7、電特性：工作電壓55V、110V、220V
（一般情況下不允許空燒）
下圖為加熱陶瓷片在試驗(yàn)臺(tái)中的安裝位置
圖4-10 加熱陶瓷器在實(shí)驗(yàn)臺(tái)中的裝配位置
把加熱陶瓷片放在這里剛好可以對(duì)油槽內(nèi)的又進(jìn)行加熱，因此可以得到油膜溫度跟壓力的關(guān)系。
4.2 液體摩擦徑向滑動(dòng)軸承的計(jì)算
已知：軸承載荷F=50000N，d=100mm，軸轉(zhuǎn)速n=960r/min，試選擇軸承材料并進(jìn)行液體動(dòng)力潤滑設(shè)計(jì)。
4.2.1 主要技術(shù)指標(biāo)
原始數(shù)據(jù)：軸向載荷F=50KN 軸承直徑：d=100mm
軸轉(zhuǎn)速： n=960r/min
4.2.2 選擇軸承材料和結(jié)構(gòu)
1. 選擇軸承結(jié)構(gòu)為剖分式，由水平剖分面單側(cè)供油，軸承包角β=180°。
2. 選擇軸承寬徑比，根據(jù)機(jī)床軸承常用的寬徑比范圍[4]，去寬徑比B/d=1.5。
3. 計(jì)算軸承寬度 B/d=1.5 因此B=150mm。
4. 計(jì)算軸頸圓周速度
5. 計(jì)算軸承壓力和值
選擇軸瓦材料，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，選定軸承材料為ZcuPb30。
4.2.3 潤滑劑和潤滑方法的選擇
1.選定潤滑油牌號(hào) 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[6]，選擇機(jī)械油 AN32
2.選定平均油溫 現(xiàn)查平均油溫
3. 下油的潤滑粘度：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)知[11]
4. 油的動(dòng)力粘度，取，
得
5.潤滑方法的選擇
當(dāng)k>30～50時(shí)，用油環(huán)、飛濺潤滑，故選用飛濺潤滑
粘度對(duì)軸承的承載能力、功耗和軸承溫升都有不可護(hù)士的影響。軸承工作時(shí)，油膜各處溫度是不同的，通常認(rèn)為軸承溫度等于油膜的平均溫度。平均溫度的計(jì)算是否準(zhǔn)確，將直接影響到潤滑油粘度的大小。平均溫度過低，則油的粘度較大，算出的承載能力偏高；反之，則承載能力偏低。設(shè)計(jì)時(shí)，可先假定軸承平均溫度，初選粘度，進(jìn)行初步設(shè)計(jì)計(jì)算。最后再通過熱平衡計(jì)算來驗(yàn)算軸承的入口溫度是否在標(biāo)準(zhǔn)之間，否則應(yīng)重新選擇粘度再做計(jì)算。
4.2.4 承載能力計(jì)算
1.計(jì)算相對(duì)間隙
取
2. 計(jì)算軸轉(zhuǎn)速
3. 索氏數(shù)
4. 選擇偏心率 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)得
4.2.5 層流校核
1.半徑間隙計(jì)算
2.計(jì)算臨界雷諾數(shù)
3.計(jì)算軸承雷諾數(shù)
則12.56<1306，故滿足層流條件
4.2.6 流量計(jì)算
1. 選取流量系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，
2. 軸承潤滑油的體積流量
4.2.7 功耗計(jì)算
1. 選取摩擦特性系數(shù)：查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，得：
2. 計(jì)算摩擦系數(shù)
3. 計(jì)算摩擦功耗
4.2.8 熱平衡計(jì)算
1.熱溫升計(jì)算
得：
其中：Cp是潤滑油的定壓比熱容，常取
為軸承表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，。依軸承結(jié)構(gòu)、軸承尺寸、通風(fēng)條件而定，則取。
2.計(jì)算進(jìn)油溫度
3.計(jì)算出油溫度
由上所知：均符合要求。
此時(shí)表示軸承熱平衡易于建立，軸承的承載能力尚未用盡。
（此外要說明的是，軸承的熱平衡計(jì)算中的潤滑油流量?jī)H考慮了速度供油量，即由旋轉(zhuǎn)軸頸從油槽代入軸承間隙的油量，忽略了油泵供油時(shí)，油被輸入軸承間隙時(shí)的壓力供油量，這將影響軸承溫升計(jì)算的精確性。因此，這適用于一般用途的液體動(dòng)壓潤滑徑向軸承的熱平衡計(jì)算，對(duì)于重要的液體動(dòng)壓軸承計(jì)算暫不做處理。）
4.2.9 安全度計(jì)算
1.最小油膜厚度
2.軸頸表面粗糙度：
3.軸瓦表面粗糙度：
4.安全度計(jì)算：
S是考慮到表面幾何形狀不準(zhǔn)確和零件變形而保留的安全度，一般取S≥2。
所以：S=3.75≥2，保證動(dòng)力潤滑。
4.3 滑動(dòng)軸承內(nèi)軸瓦、油溫、油壓的關(guān)系
潤滑油的油溫高低決定了運(yùn)動(dòng)粘度的變化趨勢(shì)，油溫升高，油的粘度值降低，運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力下降，產(chǎn)生的摩擦力就降低，承載力就下降。油溫降低、油的粘度值加大，運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的摩擦阻力就增加，相應(yīng)的承載力就會(huì)提高。一般在設(shè)計(jì)液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承時(shí)油的溫度要控制在70℃左右，最高不超過100℃。
通過改變實(shí)驗(yàn)臺(tái)的轉(zhuǎn)速會(huì)引起油膜壓力值的改變，改變外載荷的大小會(huì)引起壓力油膜壓力值的改變，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)臺(tái)中我們能通過改變這2個(gè)參數(shù)來知道油膜壓力、油膜溫度的變化。
圖4-11（液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的裝配圖）
圖4-12 軸瓦軸承運(yùn)動(dòng)圖
在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，與軸瓦之間的間隙會(huì)形成一層油膜，
圖4-13 油膜形成過程圖（圖中黑色的代表油膜）
油膜在主軸轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，會(huì)轉(zhuǎn)化外下面情形
圖4-14 油膜形成過程圖（黑色代表油膜）
這是油膜在主軸跟軸瓦直接因?yàn)槟Σ炼纬傻倪^程。
對(duì)于油膜壓力隊(duì)形測(cè)量、分析，得到下圖：
圖4-15 徑向油膜壓力示意圖（平均壓力示意圖）
取偏心率=0.8，d/L=2，m=80，n=60得出一組無量綱油膜壓力分布（通過matlab）：
4-16 周向角度油膜壓力分布圖 第五章 總結(jié)
經(jīng)過了一段時(shí)間的努力工作，本課題已基本完成。
在學(xué)習(xí)機(jī)械設(shè)計(jì)滑動(dòng)軸承這一章的過程中，涉及到的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)就是液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承實(shí)驗(yàn)。本文以液體動(dòng)壓潤滑理論為基礎(chǔ)，根據(jù)教學(xué)和科研的需要設(shè)計(jì)，使我們能夠提高學(xué)習(xí)理論的興趣，加深對(duì)課堂知識(shí)的理解。
本文主要論述了雷諾方程的普遍形式、雷諾方程的簡(jiǎn)化、以及；雷諾方程的無量綱形式和雷諾邊界條件的建立；又重點(diǎn)介紹了動(dòng)壓滑動(dòng)軸承的靜態(tài)特性計(jì)算和壓力分布求解，并詳述了在求解二維雷諾方程中應(yīng)用的一些數(shù)學(xué)理論。
并且對(duì)于液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，加入了熱電陶瓷跟熱敏電阻溫度傳感器來實(shí)現(xiàn)更多的條件控制來得到更好的結(jié)果。
但是本文中也有一些問題有待解決：
1） 徑向滑動(dòng)軸承拆裝和動(dòng)壓油膜形成過程的動(dòng)畫仿真
2） 液體動(dòng)壓滑動(dòng)軸承油膜壓力曲線的仿真
希望可以通過引進(jìn)技術(shù)可以使上述問題得到解決。
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致 謝
歷時(shí)將近兩個(gè)月的時(shí)間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫主下度過了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師——唐浙東老師，他對(duì)我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。另外，在校圖書館查找資源的時(shí)候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持和幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最衷心的感謝！最后也謝謝評(píng)閱老師耐心的看完我的論文！
感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。
感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中給予了我很多素材，還在論文的撰寫和排版等過程中提供熱情的幫助。
由于我的學(xué)術(shù)水平有限，所寫論文難免有不足之處，懇請(qǐng)各位老師和學(xué)友批評(píng)和指正！
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