滑动轴承实验台的设计

1、引言

滑动轴承是一种最基本的机械部件，其正常工作时轴颈和轴瓦间的润滑液体在一定条件下形成动压油膜，处于液体润滑状态，且动压油膜形成后具有一定的承载能力，也是滑动轴承性能的主要因素。一般高等工科院校的相关专业所开设的机械设计课程中，都会讲解滑动轴承的原理及设计方法，为了配合学生更好的理解滑动轴承动压油膜形成原理，以及滑动轴承承载特性曲线，利用专门的滑动轴承教学实验台，开设滑动轴承实验课。以前使用的仪器设备，结构已老化严重，实验手段落后。为此我们设计出一种新型的滑动轴承实验台，可以大大提高实验台的工作性能。

2、实验台的主体设计

新型滑动轴承实验台的主体由几个部分组成，各部分的功能设计与实现如图1所示，系统将7路采集来的信号通过多路开关送入A/D转换电路进行模数转换，然后通过译码器译码，通过

数字显示板显示；主轴速度经过放大整形之后，通过数字显示板显示；步进电机、直流电机分别用在加载机构和调速电路上，实现自动连续加载，直流电机速度可调。

图1滑动轴承实验台的组成框图

2.1步进电机驱动杠杆放大加载机构设计

加载机构的设计是本实验系统的主要部分，步进电机驱动杠杆放大加载机构示意图如图2所示，为了保证能够在轴承的轴瓦上加上足够的连续变化的载荷，采用步进电机带动丝杆转动再带动螺母做直线运动，通过杠杆放大机构把载荷连续均匀地加到轴瓦上。

1.托板 2.螺母 3.支架 4.杠杆放大机构5.丝杆 6.销轴座 7.步进电机 8.称重传感器

图2步进电机驱动杠杆加载机构

2.2 轴瓦及传感器的安装方案的设计

原实验台轴瓦结构为半瓦，为了减少端泄改为全瓦结构使轴承动压油膜曲线能更符合雷诺曲线。轴瓦及传感器的安装示意图如图3所示，轴瓦包角3600度，由青铜材料制成，与轴承间的配合为间隙配合。在轴瓦径向上按周向每隔22.50钻一个1mm的小孔，每个小孔都连接有压力传感器，将传感器安装在轴瓦边上而不是中部，是兼顾滑动轴承实验台整体结构设计而定的，轴承内形成动压油膜后，每点的油膜压力可以通过压力传感器测出并通过放大，并将数据经过转换显示出来。

图3 轴瓦及传感器的安装示意图

3、实验台的电路设计

3.1 实验台的硬件电路系统

实验台的硬件电路组成如图4所示，包含有7路压力传感器信号、1路承载力传感器信号、1路摩擦转矩传感器信号、传感器放大电路、多路转换电路、A/D转换电路、直流电机调速、测速系统、步进电机驱动系统等。7路传感器信号从实验台的后面板输入，接入放大板，放大板上有传感器共桥电源调零电路和信号放大电路。双端输入的传感器信号经过放大电路放大成单端输出0-5V的信号，通过拨码开关与数据采集板相连。数据采集板上的A/D转换电路可通过拨码开关控制，测量电机转速的光电开关从后面板接入，通过整形电路在前面板的电机转速显示电路显示。

图4 硬件电路组成

3.2 多路转换电路

由于只对手动控制进行设计，因此只需将7路放大电路直接接入拨码开关SW-DIP9，手动控制采集通道的切换，即通过手动控制开关来决定哪路放大电路接通，每次只能有一路电路接通并显示压力值。

3.3 A/D 转换电路

直流电压信号的模数转换电路，常用积分式A/D 转换器。特点是：变换速度慢（2-3次/秒），但转换精度较高，抗干扰能力较强，构造较简单，适用于组成各种便携式或板式数字仪表的A/D转换器。通过对本实验台的使用环境进行分析，测量时油压的稳定速度较慢，也不存在需要实时控制的问题，因此本系统选择了双积分型A/D转换芯片，型号是ICL7135。该芯片是高准确度、通用型单片CMOS四位半A/D转换器，能够自动调零、自动判断输入信号的极性，具有数据保持功能。

为了调节平滑，可以实现无级调速，实验台采用改变电枢电压调速方式，属于恒转矩调速，并在空载或负载转矩时也能得到稳定转速这种调速时，电动机采取他励方式保持其励磁不便，只改变电枢电路的供电电压，转速降Δn不便，特性硬度大，稳定性较好，可以调节至较低转速，调速范围一般可达10--12rpm。通过电压正向变化，使电动技能平滑地起动和工作在四个象限，能实现反馈制动，而且控制功率较小，效率较高，配上各种调节器组成性能指标较高的调速系统。

本文主要介绍了新型滑动轴承实验台的硬件组成，并对系统组成中设计的各电路模块加以概述。利用步进电机驱动加载系统代替原有实验台的手动加载，实现自动连续加载，转速实时显示，提高了实验台的性能。通过实验能更好的理解滑动轴承动压油膜形成机理以及轴承承载能力等各项性能指标。