1、引言

滑動軸承是一種最基本的機械部件，其正常工作時軸頸和軸瓦間的潤滑液體在一定條件下形成動壓油膜，處于液體潤滑狀態，且動壓油膜形成后具有一定的承載能力，也是滑動軸承性能的主要因素。一般高等工科院校的相關專業所開設的機械設計課程中，都會講解滑動軸承的原理及設計方法，為了配合學生更好的理解滑動軸承動壓油膜形成原理，以及滑動軸承承載特性曲線，利用專門的滑動軸承教學實驗臺，開設滑動軸承實驗課。以前使用的儀器設備，結構已老化嚴重，實驗手段落后。為此我們設計出一種新型的滑動軸承實驗臺，可以大大提高實驗臺的工作性能。

2、實驗臺的主體設計

新型滑動軸承實驗臺的主體由幾個部分組成，各部分的功能設計與實現如圖1所示，系統將7路采集來的信號通過多路開關送入A/D轉換電路進行模數轉換，然后通過譯碼器譯碼，通過

數字顯示板顯示；主軸速度經過放大整形之后，通過數字顯示板顯示；步進電機、直流電機分別用在加載機構和調速電路上，實現自動連續加載，直流電機速度可調。

圖1滑動軸承實驗臺的組成框圖

2.1步進電機驅動杠桿放大加載機構設計

加載機構的設計是本實驗系統的主要部分，步進電機驅動杠桿放大加載機構示意圖如圖2所示，為了保證能夠在軸承的軸瓦上加上足夠的連續變化的載荷，采用步進電機帶動絲桿轉動再帶動螺母做直線運動，通過杠桿放大機構把載荷連續均勻地加到軸瓦上。

1.托板 2.螺母 3.支架 4.杠桿放大機構5.絲桿 6.銷軸座 7.步進電機 8.稱重傳感器

圖2步進電機驅動杠桿加載機構

2.2 軸瓦及傳感器的安裝方案的設計

原實驗臺軸瓦結構為半瓦，為了減少端泄改為全瓦結構使軸承動壓油膜曲線能更符合雷諾曲線。軸瓦及傳感器的安裝示意圖如圖3所示，軸瓦包角3600度，由青銅材料制成，與軸承間的配合為間隙配合。在軸瓦徑向上按周向每隔22.50鉆一個1mm的小孔，每個小孔都連接有壓力傳感器，將傳感器安裝在軸瓦邊上而不是中部，是兼顧滑動軸承實驗臺整體結構設計而定的，軸承內形成動壓油膜后，每點的油膜壓力可以通過壓力傳感器測出并通過放大，并將數據經過轉換顯示出來。

圖3 軸瓦及傳感器的安裝示意圖

3、實驗臺的電路設計

3.1 實驗臺的硬件電路系統

實驗臺的硬件電路組成如圖4所示，包含有7路壓力傳感器信號、1路承載力傳感器信號、1路摩擦轉矩傳感器信號、傳感器放大電路、多路轉換電路、A/D轉換電路、直流電機調速、測速系統、步進電機驅動系統等。7路傳感器信號從實驗臺的后面板輸入，接入放大板，放大板上有傳感器共橋電源調零電路和信號放大電路。雙端輸入的傳感器信號經過放大電路放大成單端輸出0-5V的信號，通過撥碼開關與數據采集板相連。數據采集板上的A/D轉換電路可通過撥碼開關控制，測量電機轉速的光電開關從后面板接入，通過整形電路在前面板的電機轉速顯示電路顯示。

圖4 硬件電路組成

3.2 多路轉換電路

由于只對手動控制進行設計，因此只需將7路放大電路直接接入撥碼開關SW-DIP9，手動控制采集通道的切換，即通過手動控制開關來決定哪路放大電路接通，每次只能有一路電路接通并顯示壓力值。

3.3 A/D 轉換電路

直流電壓信號的模數轉換電路，常用積分式A/D 轉換器。特點是：變換速度慢（2-3次/秒），但轉換精度較高，抗干擾能力較強，構造較簡單，適用于組成各種便攜式或板式數字儀表的A/D轉換器。通過對本實驗臺的使用環境進行分析，測量時油壓的穩定速度較慢，也不存在需要實時控制的問題，因此本系統選擇了雙積分型A/D轉換芯片，型號是ICL7135。該芯片是高準確度、通用型單片CMOS四位半A/D轉換器，能夠自動調零、自動判斷輸入信號的極性，具有數據保持功能。

為了調節平滑，可以實現無級調速，實驗臺采用改變電樞電壓調速方式，屬于恒轉矩調速，并在空載或負載轉矩時也能得到穩定轉速這種調速時，電動機采取他勵方式保持其勵磁不便，只改變電樞電路的供電電壓，轉速降Δn不便，特性硬度大，穩定性較好，可以調節至較低轉速，調速范圍一般可達10--12rpm。通過電壓正向變化，使電動技能平滑地起動和工作在四個象限，能實現反饋制動，而且控制功率較小，效率較高，配上各種調節器組成性能指標較高的調速系統。

本文主要介紹了新型滑動軸承實驗臺的硬件組成，并對系統組成中設計的各電路模塊加以概述。利用步進電機驅動加載系統代替原有實驗臺的手動加載，實現自動連續加載，轉速實時顯示，提高了實驗臺的性能。通過實驗能更好的理解滑動軸承動壓油膜形成機理以及軸承承載能力等各項性能指標。