液体动压实验装置的研制

　　在《机械设计》、《液压传动》[1]、《流体力学》、《化工原理》[2]等课程中都有介绍“流体在一定条件下具有动压力”[3]的概念、内容及其运用。如常见的滑动轴承,就是利用在轴颈与轴承之间形成具有一定厚度、并能承受外载荷的动压油膜将轴颈与轴承的相对滑动表面完全隔开,从而实现了滑动轴承的液体承载与液体摩擦润滑。为比较直观、科学地表达与演示这一液体动压力形成的过程、现象及原理,设计并制作了液体动压实验装置。

　　1　理论依据

　　本仪器是基于液体的楔效应动压机理[4]而研制的,现简要介绍其机理。取被润滑油隔开的两平板,板B倾斜一角度,与板A组成一收敛的楔形空间,板B静止不动,板A以速度v沿x轴向右运动,其原理图如图1。

　　具有一定粘度的润滑油在板A的带动下持续地流入这个楔形间隙,由于润滑油入口处间隙大而出口处间隙小,且这一间隙是沿x轴方向的一个连续楔形收敛间隙,设液体是不可压缩的,则连续流动的润滑油必将在这一楔形间隙内造成挤压,从而形成了楔形间隙内流体的动压力。只要连续充分地提供一定粘度的润滑油,并且A、B两板相对速度v值足够大,则流入楔形收敛间隙的流体产生动压力的这种楔效应就能够稳定存在。两平板间油膜中压力的变化与润滑油粘度η、相对滑动速度v以及油膜的厚度h之间的关系可以用液体动压润滑的基本方程,即一维雷诺方程来表示,油膜内油压沿x方向的变化率为:

　　式中h0为油压最大处的油膜厚度。

　　由(1)式可以求出油膜压力p沿x方向的分布规律;可知形成动压油膜必须具备3个基本条件:①两个相对滑动表面必须构成楔形空间,即h-h0≠0。②两表面间必须具有一定的相对滑动速度,即v≠0,且v的方向应该与楔形收敛方向一致。③润滑油要有一定的粘度,且供油充分。

　　2　实验装置的结构组成及工作原理

　　2·1　实验装置主要结构组成

　　根据上述液体动压油膜形成的机理,设计、制造了符合上述3个基本条件的液体动压实验装置,示意总装图如图2所示。

　　装置的核心部件是上楔板4和可以转动的下楔板3,这上、下两楔板组成一个收敛的楔形空间。在桶状油缸1中存放有一定量的润滑油2。在上楔板4上开有5个均布的小圆孔,如图3所示。小圆孔跟楔形间隙相通,透明的5支玻璃管5就装配在这5个小孔中。为了防止间隙中压力油膜压力过大而使润滑油从玻璃管中溢出,则在玻璃管5正上方装有接近开关传感器10,当润滑油在压力推动下到达警戒位置时,接近开关接通,从而可以使蜂鸣器9发出“嘟、嘟、嘟”的报警声。