润滑油牵引力测量系统的研制

　　轴承工作时,滚动体与滚道之间会形成一层弹流油膜。作用于滚动体上的弹流油膜牵引力将引起轴承动态特性的变化,从而影响轴承的工作可靠性和寿命。因此,开展航空轴承润滑剂牵引性能的研究有重要的实用价值。系统地研究弹流牵引问题的先驱是英国的Crook,他于1963年在双圆盘试验装置上对弹流牵引力进行了试验测量,测得了弹流牵引系数随滑滚比而变化的特征。随后,许多学者都对不同的润滑油进行了弹流牵引力的测量。目前,弹流牵引力的试验和理论研究在国外仍是一个十分活跃的研究领域[1-7],但在我国有关的研究工作很少。由于目前还没有完善的弹流摩擦理论可以较准确地预测牵引力,因而需要通过试验取得牵引力数据供工程设计应用。弹流牵引力的试验装置大致可分为双圆盘式和球盘式2类。在这些装置中,高温、高速、轻载及滑滚比较小时,牵引力的值较小,此时能否精确测量牵引力的值,与牵引力测量系统的设计是否合理有很大的关系。为了得到不同工况条件下弹流牵引力的准确数值,本文作者设计制造了润滑油牵引力测量系统。采用该牵引力测量系统在球盘试验机上测量了HKD-1型航空润滑油在各种工况下的弹流牵引力,并获得了牵引系数μ和滑滚比s试验曲线图。

　　1　球盘试验机的工作原理

　　润滑油油膜牵引力可以在球盘试验机上进行测量。球盘试验机可分为测试球盘、动力系统、加载系统及静压轴承的供油系统、试验用油的供油回油系统、加热和控温系统、冷却系统、牵引力测量系统、载荷测量系统、数据采集系统共9个部分。图1给出了球盘试验机的主机结构图。试验机的试件是钢制圆盘和钢制圆球。钢球安装在水平放置的电主轴I上,电主轴Ⅰ固定在一个可绕静压立轴在水平面内自由转动的托架上。圆盘安装在固定于机架上的竖直放置的电主轴Ⅱ上。2个电主轴的轴线互相垂直。静压立轴在油压作用下向上运动顶升托架和电主轴I,使得钢球向上运动与圆盘接触而加载,在载荷作用下,接触面发生弹性变形,原始点接触扩展成一个半径很小的圆形接触面,所加载荷的大小由静压主轴下端的载荷传感器来测量。当试件在充分润滑的条件下高速旋转时,接触区将形成一定厚度的弹流油膜;与此同时,两试件接触表面如果存在相对滑动,则油膜与2个接触表面之间将产生相应的牵引力。在弹流油膜牵引力的作用下,使得钢球连同电主轴I和托架一起绕静压立轴的轴线发生偏转,压迫安装在机架上的牵引力测量系统,从而测得弹流油膜牵引力F或油膜牵引系数μ(μ=F /W, W为球盘之间的法向载荷)。

　　2　牵引力测量系统的结构和工作原理