作者：徐 華；劉輝萍 （西安交通大學潤滑理論及軸承研（yán）究所）
摘 要：通過（guò）實驗的方法研（yán）究滑動軸承使用不同含水量的潤滑油對滑（huá）動軸承性能的影響。通過構建滑動軸（zhóu）承實驗台，測量了工（gōng）作轉速從500r/min到2750r/min，工作載（zǎi）荷為2212N，潤滑油供油溫度在（zài）40℃，潤滑油的含水量分別為0％、1％、2％、3％時滑動軸承內溫度（dù）的變化，軸心的運動軌跡及相對的偏心（xīn）位置的變（biàn）化。在給定（dìng）實驗工況下實驗軸承（chéng）通過200h以上的實驗運行在線測量（liàng）了上述參數，分析了不同含水量潤滑油對滑動軸承壽命的影響。研究結果表明潤滑油（yóu）少量的（de）含水量對滑動軸承的溫度、軸心的運動（dòng）軌跡及相對的偏心位置影響不大，但是（shì）含水潤滑油會對滑（huá）動軸（zhóu）承使用壽命會造成一定的影響，更為準確的結果還需長期的實驗驗證。
關鍵詞：流體潤（rùn）滑；滑動（dòng）軸承；運動軌跡；性（xìng）能實驗
1 概述
對於大多數旋轉機械，如透平機械，各種泵類和壓縮機等（děng），其滑動（dòng）軸承的潤滑油循環係統,由於密封（fēng）和工質的問題，而不（bú）可避免地造（zào）成潤（rùn）滑油會（huì）含有一（yī）定量的水份。由於（yú）水的動力粘度通常僅為潤滑油粘度的數十分之一，因此潤滑油含有一定量的水份會（huì）對滑動軸承的性能產生一定（dìng）的影響，另外潤滑油含有一（yī）定量的水份對（duì）滑動軸承的使用壽命有什麽影響？也是工程實際頗為關注的問題。
為了研究不同含水量對滑動軸承性能的影響，本文建立滑動軸承實驗測量係統和滑動軸承實驗（yàn）台，通過實驗的方法研究了滑（huá）動軸承使用不同含水量的潤滑油對滑動軸承性（xìng）能的影響。實驗測量的（de）工作轉速從500r/min到2750r/mi，工作（zuò）載荷為2212N，潤滑油供油溫度在（zài）40℃，潤滑油的含水量（liàng）分別為0％、1％、2％、3％。在上述給定的實驗（yàn）工況下每套實驗（yàn）軸承通過（guò）200h以上的實驗運行，在線測量了滑動軸承內溫度的變化，軸心的運（yùn）動軌跡及（jí）相對的偏（piān）心位置的變化。分析了不同含（hán）水量潤滑油對（duì）滑動軸承壽命的影響。
2 實驗係（xì）統（tǒng）簡介（jiè）
實驗係（xì）統的結（jié）構簡圖見圖1，其中5為主軸，6下軸承座，9上軸承座，10上軸瓦（wǎ），11下軸瓦，13聯軸器。實驗軸承為剖分式圓軸承（chéng）（零件10，11），位於兩個（gè）支撐軸承支持的轉軸的中部，在外加載荷作（zuò）用下可（kě）與轉軸（zhóu）形成相對位移（yí）。轉軸（zhóu）直徑為30mm由Z－17.5型直流電機驅動，直（zhí）流電（diàn）動機采用JSC-601晶閘管（guǎn）實現無級（jí）調速。潤滑油為滿足GB11120-1989標準的L-TSA46抗（kàng）氧（yǎng）防鏽汽輪機油。靜載荷采用（yòng）杠杆係統通過鋼絲繩對實驗軸承進行柔性加載。載荷控製在2000N。采用LF-802A多功（gōng）能智能轉速計測量轉軸的（de）工作轉速。
圖1試驗台結構示意圖
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潤滑油溫度控製係統（tǒng）和潤滑（huá）油循（xún）環係（xì）統見圖3
2 實驗方法
（1）油液取樣方法
取樣的基本采樣點確定在油箱下部的中間位置，位於回油入口點附近。油（yóu）液的取樣頻率視試驗本身而定，本文（wén）取樣間隔為連續運轉（zhuǎn）7×24h一次。每次（cì）取樣200mL。
（2）信（xìn）號采集係統（tǒng）
如圖4所示，信號采集硬件上（shàng）采用了淩華公司（sī）DAQ-2214數據采集卡，該卡為PCI 結構，具備數（shù）/模轉換器（DAC）和模數轉換器（ADC），可（kě）以同時實現模擬（nǐ）輸入和模擬輸出電壓信號。與該采集卡一起采集數據的接線端（duān）子板為：DIN－68S/1M。軟件方麵所使用的平台為Labview開發的環境。Labview提（tí）供了簡單易用的圖（tú）形化開發環境，帶有專門用於數據采集（jí）和儀器控製的庫函數和開發工具，適用於測（cè）試和控製應（yīng）用係統的開（kāi）發。
（3）溫度測量
油膜溫度分布難以直接測（cè）量，本文采用的方法是在軸瓦上打孔，將溫度傳感器深入孔內。因（yīn）為溫度是慢變信（xìn）號，油膜溫度測量不追求采樣頻率，所以試驗中把探頭深入到距離軸瓦（wǎ）表（biǎo）麵（miàn）1.5mm附近（jìn），這樣既不破壞油（yóu）膜（mó）原有（yǒu）狀態，又可以測得溫度分布（bù）。由於軸瓦直徑僅為30mm，而普通熱電阻探頭尺寸基本上大於2mm，無法滿足需要，而熱電偶探頭尺寸可以（yǐ）做到1mm，占用空間小並且安裝（zhuāng）方（fāng）便，因此選用鎳鉻－鎳矽（guī）熱電偶溫度（dù）傳感器。該傳感器測得的電壓信號為10-3數量級（單位：V），而采集卡的（de）量程在－10V～＋10V，如果直接采集，難以保證有效位數，影響測量的精度，需配置合適的（de）溫度變送器。該實驗選用了ACT溫（wēn）度變送器，該變送器具有冷端補償，它的輸出電壓為1V～5V。
（4）位移測量
測位移的傳感器有接觸（chù）式和非接觸式（shì），接觸式的如光柵位移傳感器，非接觸式如電渦流位移傳感器。電渦流位移傳（chuán）感器作為非接觸式的傳感（gǎn）器具有靈敏度高、頻率範圍寬、結構尺寸小和不受油汙等介質的影響，安（ān）裝方便等優點，廣泛應用於工業生產和科學研究領域。實際測軸心（xīn）軌跡時，使用兩個相互垂直的位移傳感器測出轉軸相（xiàng）對於軸承座的位置變化。
（5）摩擦力矩測量
摩擦力（lì）矩測量時將扭矩薄壁套筒的（de）一端與浮動的軸承端麵聯接，另一端固（gù）定在靜止的底座上。當軸承由於軸頸的轉動受到潤滑油膜傳遞的摩擦力矩時會發（fā）生偏轉，使薄壁套筒發（fā）生變形，從而使貼在套筒壁上的應變（biàn）片阻值發生變（biàn）化。進而測出摩擦力矩。
3 實驗結果分析
圖（tú）5 含水量在2%時不同轉速下（xià）軸承溫度分布
圖（tú）5中綠色為轉速為500r/min的工況（kuàng），紅色為轉速為2750r/min工況下（xià）的溫度分布，由圖5可見，潤滑油在進油（yóu）孔處的溫度Z低，隨著軸頸順時針（zhēn）的旋轉，溫（wēn）度逐漸升高，到（dào）達Z小油膜厚度處，溫（wēn）度（dù）達（dá）到Z高，之後溫度又逐漸下降。
圖6 2000r/min時不同含水量情況下軸（zhóu）承（chéng）溫度分布
圖6為工作轉速在2000r/min時不同含（hán）水量情況下（xià）軸承溫度分布規律。由圖6可見，含水量為3%時所測的Z高溫度與進油溫度之差為18.85℃，稍高於含水量為1%時的溫度。
圖7 2750r/min時不同含水量情況下（xià）軸承（chéng）摩擦力隨載荷的變化
圖7為轉速為（wéi）2750r/min時摩擦力與載荷的關（guān）係圖。由（yóu）圖（tú）7可見載荷在770N以下，摩擦（cā）力隨載荷的變化比較（jiào）緩慢；四條曲（qǔ）線比較接近，因此可以認為，在轉速（sù）為2750r/min，載荷在770N以下時，含水量在1%～3%變化時對摩擦（cā）力的影響不大。載荷（hé）較大時，如1925N，潤滑油含（hán）少量的（de）水會使摩擦力（lì）增大。相同（tóng）含水量，不同轉速下的軸心軌跡見圖8。
圖8 含水量為（wéi）1%時不同工作轉速情況下軸心軌跡圖
從圖8可見在含水量為1%時隨著轉（zhuǎn）速（sù）的降低，軸心向（xiàng）左下（xià）方（fāng）偏移（軸頸的轉向為順時針），從而使Z小油膜厚（hòu）度隨之變薄。
圖9 為轉速相（xiàng）同，而含水量不同時的（de）軸心軌（guǐ）跡圖。
圖9中的“2-2750”表示，含水量為2%、轉（zhuǎn）速（sù）為2750r/min，同理“3-500”表（biǎo）示含水（shuǐ）量為3%、轉速為500r/min。圖9中粉色與藍色兩條個曲（qǔ）線為含水量為3%的（de）軸（zhóu）心軌跡（jì），其相對於含水量為2%的兩個曲線（黃（huáng）色與黑色曲線），其Z小油膜（mó）厚度要大。
4 結論
用試驗的方法（fǎ）研究了滑動軸承使用（yòng）不同含水量的潤（rùn）滑油對滑（huá）動軸承（chéng）性能的影響。研究結果表明，潤（rùn）滑油少量的含水量對（duì）滑（huá）動軸（zhóu）承的溫度、軸心運動軌跡及相對偏心位置影響不大，從較大載荷情況下滑動軸承的（de）摩擦力變化可見，由於潤滑油含水造成摩擦（cā）力增大，所以含水潤（rùn）滑油會對滑動軸承使用壽命會造成一定的影響，更為（wéi）準確的結果還需長期的實驗驗證。
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