CN105719557A - 基于动压轴承教学的油膜压力显示模块 - Google Patents

Abstract

基于动压轴承教学的油膜压力显示模块，包括一实验平台，所述的实验平台上安装有一电机，所述的电机的电机轴与一传动模块连接，所述的传动模块连接一主轴，所述的主轴的上端与一转盘键连接，所述的转盘的上表面设置有一油膜压力显示装置，所述的油膜压力显示装置包括楔形盘和油压显示管，所述的转盘的上表面与楔形盘表面接触，所述的转盘可转动，所述的楔形盘相对转盘可上下移动；所述的转盘与楔形盘设置在润滑油箱内且浸没在润滑油中；所述的转盘的上表面与楔形盘的下表面之间具有楔形间隙，所述的楔形盘的上表面中心垂直设置有一空心杆，所述的空心杆的下端与楔形盘紧密配合。本发明可以直观呈现出油压曲线，在动手操作中发现问题，解决问题。

Description

基于动压轴承教学的油膜压力显示模块

技术领域

本发明涉及一种基于动压轴承教学的油膜压力显示模块，属于动压轴承教学教具装置技术领域，具体涉及一种基于动压轴承教学的油膜压力显示模块，可以直观显示压力大小。

背景技术

动压润滑轴承被广泛运用于各种汽轮机、燃气轮机、齿轮箱等动力传输系统中，发挥其承载能力大、功耗小、耐冲击、抗振性好、运转精度高等特点，能够有效提高机械运行效率和使用寿命。随着现今各种高精密机械设备的出现，如何使各个构件转动副间的摩擦尽可能减小，以此提高机械运行效率显得极其重要。正是因为流体动压润滑在工程中发挥着日益重要的作用，所以对于机械专业的学生来说，有必要理解和掌握流体动压润滑原理。

传统的液体动压轴承实验台在探究雷诺方程影响因素的方面，仅仅考虑了转速这一因素，而对于油膜厚度没有进行考虑。这对于学生理解雷诺方程以及学习流体动压润滑这一知识点带来一定的障碍，而对于一个工科学生来说这一工程知识点又是十分重要的一个环节，工程机械在恶劣的工况条件下工作，承受大的载荷及频繁的冲击，常发生故障，这时就需要我们减少各个机构间的摩擦，而减少两个摩擦副间的摩擦和磨损最有效的方法，是在摩擦副间引入润滑剂形成润滑膜，由润滑膜承受部分或全部载荷，使摩擦副运转平稳，提高设备效率和寿命。可见研究润滑在工程上意义重大。流体动力润滑在各种润滑中是最有效的，它的摩擦系数和磨损都非常小，而且油膜对表面有良好的保护、清洗、冷却、防锈作用，能使机械稳定运转。将流体动力润滑运用于各种汽轮机、燃气轮机、齿轮箱等动力传输系统中，发挥其承载能力大、功耗小、耐冲击、抗振性好、运转精度高等特点，能够有效提高机械运行效率和使用寿命。

因此对于学习机械专业的学生来说，正确理解流体滑动轴承的工作原理非常重要。但是目前的大学课程机械设计中对于流体滑动轴承原理学习仅仅只是书本上一些生硬抽象的文字和图表描述，让人难以理解，而且印象不深，并不能有效掌握实质内容。

为了加强对油膜压力、摩擦特性、轴心轨迹等方面研究，国内各高校的研究者们做出了不懈的努力。先后研制出了多种试验平台。

卢其炎、周海峰通过对现有滑动轴承试验台的硬件系统进行了改进，设计和发出一种新型滑动轴承试验台，新型滑动轴承试验台的系统将7路采集的信号通过多路关输入A/D转换电路进行模数转换，通过译码器编译，然后通过数字显示板显示；主轴转速经过放大整形之后，通过数字显示板显示；步进电机、直流电机分别用在驱动机构和调速电路上，实现自动连续加载，直流电机速度可调。该液体动压轴承实验台的油膜压力显示模块的轴瓦包角360°，由青铜材料制成，与轴承的配合为间隙配合。在轴瓦径向上按周向每隔22.5°钻一个1mm的小孔，每个小孔都安装有压力传感器。利用直接安装在轴瓦上的压力传感器直接测量轴瓦上7个标志点的油膜压力，再将其压力值记录并输入电脑，拟合成油膜压力显示曲线。

上海大学的学者孙美丽、张直明等人就动、静载荷下油膜分布的规律进行了研究，他们在前人研究的基础上进行了大胆的创新，研制出了一种薪新的测量动、静油膜压力的试验台，该试验台最大的特点是可以获得清晰的油膜照片。当然，该试验还是存在一定的不足，首先，它只是得到了油膜分布的照片，而没有测量油膜压力的大小；第二由于照片拍摄方式的限制，得到的油膜照片存在失真的情况。

古柳鹏、巩龙龙等人提出的一种展示流体动压原理的便携式教具，专利号[201420390788.7]，该教具的主体部分是一个转盘和一个倾斜的圆盘，而在倾斜的圆盘周围安插了一排透明的玻璃管。可以直观的看到实验现象，但是该实验仪器也带来了一个缺点，由于上盘是倾斜的，与下盘的距离不一致，即上盘的受力不均匀，这势必会对实验现象产生影响。

根据以上资料可以归纳出现如今滑动轴承实验台的油压显示方式与研究对象。其一，油压显示方式：滑动轴承实验台对油膜压力的测量与显示都是利用压力传感器进行采集轴瓦压力值并对其绘制油压曲线。虽然压力传感器的精度比较高，但是实验现象不够明显，对高校的工科的工程化教育并没有实质的帮助，并不能让学生对流体动压润滑这一重要工程知识熟悉并掌握。而“一种展示流体动压原理的便携式教具”这一专利提出使用玻璃管显示，但是该实验仪器也带来了一个缺点，由于上盘是倾斜的，与下盘的距离不一致，即上盘的受力不均匀，这势必会对实验现象产生影响。其二，研究对象：现如今的滑动轴承实验台的研究对象大部分是径向的压力分布，而缺少对于止推轴承的轴向压力。

对此我们提出了一种基于动压轴承教学的油膜压力显示模块，该模块是基于动压轴承教学，止推轴承轴向压力的研究。

发明内容

为了克服现有滑动轴承实验台存在的上述缺陷，本发明提供一种基于动压轴承教学的油膜压力显示模块，使动压轴承实验台的观测油压曲线更加直观，同时弥补现今高校动压轴承实验台缺少对止推轴承轴向压力研究的空当，同时模拟工程直推轴承的轴瓦结构，使实验现象更加接近工程，帮助学生更好地学习动压轴承，促进高校的工程化教学。

本发明采用的技术方案是：

基于动压轴承教学的油膜压力显示模块，其特征在于：包括一实验平台，所述的实验平台上安装有一电机，所述的电机的电机轴与一传动模块连接，所述的传动模块连接一主轴，所述的主轴的上端与一转盘键连接，所述的转盘的上表面设置有一油膜压力显示装置，所述的油膜压力显示装置包括楔形盘和油压显示管，所述的转盘的上表面与楔形盘表面接触，所述的转盘可转动，所述的楔形盘相对转盘可上下移动；所述的转盘与楔形盘设置在润滑油箱内且浸没在润滑油中；所述的转盘的上表面与楔形盘的下表面之间具有楔形间隙，所述的楔形盘的上表面中心垂直设置有一空心杆，所述的空心杆的下端与楔形盘紧密配合；

所述的楔形盘具有四个楔形且均布的轴瓦，两个不相邻的轴瓦上分别均匀开设有若干个油孔，若干个所述的油孔上分别插设有油压显示管，并且所述的油孔与所述的楔形间隙连通。

所述的空心杆的上端穿过一法兰轴承并固设在润滑油箱上，所述的法兰轴承通过螺栓与一法兰轴承架固定连接，所述的法兰轴承架固设在所述的润滑油箱上。

所述的传动模块包括两个同步带轮和同步带，同步带的两端分别套设在两个同步带轮上，一个同步带轮与所述的电机的电机轴啮合，另一个同步带轮与主轴啮合。

所述的主轴的上下端分别通过调心轴承支承。

所述的油压显示管为透明状，材质为有机玻璃，若干根油压显示管的安插位置位于一个同心圆上。

所述的润滑油箱的底部开设有一供主轴穿过的通孔，所述的主轴与通孔之间设置有密封轴承。

所述的电机通过支撑架安装在实验平台上。

本发明静止时，楔形盘与转盘表面接触，当转盘转动时，会把润滑油带入楔形间隙，即产生一定的动压承载能力，从而把楔形盘顶起来。同时，油压显示管可以观察到液柱的高度变化，与理论得出的油压曲线基本吻合。

本发明必须严格满足流体动压润滑形成的三个必要条件：

1)转盘与楔形盘两表面之间有相对的运动；

2)转盘与楔形盘两表面之间有楔形间隙，润滑油从大口进入，小口流出；

3)转盘与楔形盘两表面之间的润滑剂有一定的粘度。

本发明动压润滑的形成大致经过三个过程：

(1)楔形盘在静止时由于自重而与转盘接触，两者间存在楔形间隙；

(2)当转盘开始旋转时，由于润滑油的粘性和金属表面的附着力，油层随着转盘一起旋转；油层经过楔形间隙时，由于油分子受到挤压以及其本身的动能，对楔形盘产生压力，将楔形盘向上抬起；

(3)当转盘达到一定速度时，油对楔形盘的压力足够大，上下两环表面完全被油膜隔开，从而形成了流体动压润滑。

转盘可转动，楔形盘只可上下移动，不能转动。转盘开始转动时，两盘形成相对运动，楔形油膜间隙形成，油膜(从大口到小口)各点的压力大小反应到油压显示管的高低上，连接各管液柱最高点可近似形成一条油压曲线。

本发明的有益效果体现在：

1、本发明可以直观呈现出油压曲线，在动手操作中发现问题，解决问题，这样的实验教学更具有趣味性，而且使学生更加直观生动的理解流体滑动轴承的工作原理和工程运用，有效地提高了课堂效率。

2、本发明弥补现今高校动压轴承实验台缺少对止推轴承轴向压力研究的空当，同时模拟工程直推轴承的轴瓦结构，使实验现象更加接近工程，更加准确。

附图说明

图1为流体动压润滑演示仪整体结构示意图。

图2为油膜压力显示模块示意图。

图中：1-实验平台，2-电机，3-电机与传动模块支撑架，4-同步带轮A，5-同步带，6-同步带轮B，7-主轴，8-转盘，9-油膜压力显示模块，10-调心轴承A，11-调心轴承B，12-密封轴承，13-法兰轴承，14-法兰轴承架，15-空心杆，16-润滑油箱

9-1楔形盘，9-2油压显示管

具体实施方式

参照图1，基于动压轴承教学的油膜压力显示模块，包括一实验平台1，所述的实验平台1上安装有一电机2，所述的电机2的电机轴与一传动模块连接，所述的传动模块连接一主轴7，所述的主轴7的上端与一转盘8键连接，所述的转盘8的上表面设置有一油膜压力显示装置9，所述的油膜压力显示装置9包括楔形盘91和油压显示管92，所述的转盘8的上表面与楔形盘91表面接触，所述的转盘8可转动，所述的楔形盘91相对转盘8可上下移动；所述的转盘8与楔形盘91设置在润滑油箱16内且浸没在润滑油中；所述的转盘8的上表面与楔形盘91的下表面之间具有楔形间隙，所述的楔形盘91的上表面中心垂直设置有一空心杆15，所述的空心杆15的下端与楔形盘91紧密配合；

所述的楔形盘91具有四个楔形且均布的轴瓦，两个不相邻的轴瓦上分别均匀开设有若干个油孔，若干个所述的油孔上分别插设有油压显示管92，并且所述的油孔与所述的楔形间隙连通。

所述的空心杆15的上端穿过一法兰轴承13并固设在润滑油箱16上，所述的法兰轴承13通过螺栓与一法兰轴承架14固定连接，所述的法兰轴承架14固设在所述的润滑油箱16上。

所述的传动模块包括两个同步带轮4、6和同步带5，同步带的两端分别套设在两个同步带轮上，一个同步带轮与所述的电机的电机轴啮合，另一个同步带轮与主轴啮合。

所述的主轴7的上下端分别通过调心轴承10、11支承。

所述的油压显示管92为透明状，材质为有机玻璃，若干根油压显示管92的安插位置位于一个同心圆上。

所述的润滑油箱16的底部开设有一供主轴7穿过的通孔，所述的主轴7与通孔之间设置有密封轴承12。

所述的电机2通过支撑架3安装在实验平台1上。

本发明静止时，楔形盘91与转盘8表面接触。当启动电机2，电机2将运动通过同步带轮4，同步带5和同步带轮6传到主轴7(同步带轮4与同步带轮6等径)，主轴支承在调心轴承10与调心轴承11之间，使主轴保持稳定，继而主轴通过与转盘键连接带动转盘转动，将润滑油油带入楔形间隙，即产生一定的动压承载能力，会把楔形盘91顶起来。同时在油压显示模块9中的油压显示管92可以观察到液柱的高度变化，与理论得出的油压曲线基本吻合。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (7)

1.基于动压轴承教学的油膜压力显示模块，其特征在于：包括一实验平台，所述的实验平台上安装有一电机，所述的电机的电机轴与一传动模块连接，所述的传动模块连接一主轴，所述的主轴的上端与一转盘键连接，所述的转盘的上表面设置有一油膜压力显示装置，所述的油膜压力显示装置包括楔形盘和油压显示管，所述的转盘的上表面与楔形盘表面接触，所述的转盘可转动，所述的楔形盘相对转盘可上下移动；所述的转盘与楔形盘设置在润滑油箱内且浸没在润滑油中；所述的转盘的上表面与楔形盘的下表面之间具有楔形间隙，所述的楔形盘的上表面中心垂直设置有一空心杆，所述的空心杆的下端与楔形盘紧密配合；

所述的楔形盘具有四个楔形且均布的轴瓦，两个不相邻的轴瓦上分别均匀开设有若干个油孔，若干个所述的油孔上分别插设有油压显示管，并且所述的油孔与所述的楔形间隙连通。

2.如权利要求1所述的基于动压轴承教学的油膜压力显示模块，其特征在于：所述的空心杆的上端穿过一法兰轴承并固设在润滑油箱上，所述的法兰轴承通过螺栓与一法兰轴承架固定连接，所述的法兰轴承架固设在所述的润滑油箱上。

3.如权利要求2所述的基于动压轴承教学的油膜压力显示模块，其特征在于：所述的传动模块包括两个同步带轮和同步带，同步带的两端分别套设在两个同步带轮上，一个同步带轮与所述的电机的电机轴啮合，另一个同步带轮与主轴啮合。

4.如权利要求3所述的基于动压轴承教学的油膜压力显示模块，其特征在于：所述的主轴的上下端分别通过调心轴承支承。

5.如权利要求4所述的基于动压轴承教学的油膜压力显示模块，其特征在于：所述的油压显示管为透明状，材质为有机玻璃，若干根油压显示管的安插位置位于一个同心圆上。

6.如权利要求5所述的基于动压轴承教学的油膜压力显示模块，其特征在于：所述的润滑油箱的底部开设有一供主轴穿过的通孔，所述的主轴与通孔之间设置有密封轴承。

7.如权利要求6所述的基于动压轴承教学的油膜压力显示模块，其特征在于：所述的电机通过支撑架安装在实验平台上。