接触角表面能

实验题目用接触角测量仪测量材料表面的接触角和表面能

（学时数：2学时）

一、实验目的

1. 认识和掌握接触角测量仪测量表面的接触角和表面能的基本原理；

2. 熟悉接触角测量仪（Kruss 公司，型号DSA1000）的操作技术；

二、实验内容

1. 掌握DSA1000型接触角测量仪的工作原理和操作步骤；

2. 测量医用无机薄膜表面的接触角和表面能；

三、实验仪器、设备及材料

本实验所使用的设备为DSA1000型接触角测量仪，测试材料为医用无机薄膜或医用高分子材料。实验中所用到的测试液体为双蒸水、甲酰胺。样品清洗时用到丙酮、无水乙醇、单蒸水和电炉、烧杯等。

四、接触角测量仪的基本原理

将一液体滴到一平滑均匀的固体表面上，若不铺展，则将形成一个平衡液滴，其形状由固液气三相交界处任意两相间之夹角所决定，通常规定在三相交界处自固液界面经液滴内部至气液界面之夹角为平衡接触角，以θ表示。接触角与三个界面张力之关系为如下所示的Young 方程：

cos s g s l l g γγγθ----=

式中s g γ-、s l γ-、l g γ-分别为固-气、固-液和液-气界面张力。由上式知, 只有当

l g s g s l γγγ--->-时才有明确的三相交界线, 即有一定的值；而l g s g s l γγγ---=-时，θ为零；l g s g s l γγγ---<-时不存在平衡接触角。

Young 方程也称为润湿方程，它是界面化学基本方程之一。将Young 方程与三个润湿过程的定义相结合，得到判断润湿过程的几个公式：

沾湿 (cos 1)a s g l g s l l g W γγγγθ----=+-=+；浸湿 c o s i s g

s l

l g W γ

γθ

---=-=；铺展 (c o s 1)s g

s l

l g S γγ

γθ-

---=-+=-；

式中，a W 、i W 和S 分别称为粘附功、浸润功(润湿能、粘附张力)、铺展系数。由上三式可知，θ越小(cos θ越大)，相应的a W 、i W 和S 越大, 即润湿性越好，因而θ可作为润湿性能的度量指标。

接触角即液-气表面张力与固-液表面张力之间夹角。将液滴（L ）放在一理想平面（S ）

上，若有一相是气体，则接触角是气－液界面通过液体而与固－液界面所夹的角。如下图示：

本实验室的接触角测量仪采用躺滴法测量样品表面与几种已知液体之间的接触角。在每个样品表面不同位置测量5～10次，读取液滴左右两边的数据，计算求其平均值及置信区间。

仪器型号：DSA1000型接触角测量仪。

躺滴法最为广泛使用的测量方法之一。该方法测量简单、方便，准确度一般在±2度左右，如果液滴很小，重力作用引起的变性可以忽略，这时的液滴可以认为是球形的一部分。

五、通过接触角计算表面能及其极性分量、色散分量

若设固-液接触面积为单位面积，在恒温恒压下，此过程引起体系自由能的变化是：

SV SL G γγγ--=? （1）

式中

SL γ ，SV γ ，LV γ分别为单位面积固-液、固-气和液-气的界面自由能。沾湿的实

质是液体在固体表面上的粘附，粘附功的定义表示为：

LV SV a W γγγ-+= （2）

又有Young 方程

θγγγcos LV SL SV += （3）

由（2）（3）得

)

cos 1(θγ+=LV a W （4）

同时，粘附功又可以用两相中各自的极性分量和色散分量来表示

LV p SV p LV d SV a W γγγγ22+= （5）

式中p

γ和p LV

γ为固体和液体表面自由能的极性部分，式中d SV

γ和d LV

γ为固体和液体表

面自由能的色散部分。

由式（4）和式（5）得

p S d LV d S LV r r r r r 22)cos 1(+=+θ （6）式中有p

γ和d SV

γ两个未知数，但只要找到两个已知p LV

γ和

d LV

γ的探测液体（见表1），

测二种液体在固体表面的接触角，分别把液体的表面张力和接触角的数据代入上式，即可得两个独立的方程，解此方程组即得

γ和

d SV

γ。

固体的表面自由能： d

SV p SV SV γγγ+= （7）

s g γ-

l g γ-

表1五种液体的表面能参数（单位mN/m）

六、实验步骤

1．开机：开仪器、电脑、软件。

2．安装针头和液体。

3．接触角的测量

3．1设定测量条件：

调整针头位置；调整放大倍数与调焦；调节载物台。

3．2测量：

进样；测量过程纪录（以录像方式记录测量数据）。

4．接触角及表面能的结果计算分析：

4．1调出录像中的图片进行基线调节后测量接触角；

4．2．表面能及其极性分量、色散分量的计算窗口；

七、实验报告要求

1.实验名称、学生姓名、班号和实验日期；

2.简要叙述DSA1000型接触角测量仪的工作原理；

3.说明实验中所用的实验仪器和材料；

4.叙述测量材料表面接触角时的操作步骤；

5.实验数据的原始记录（包括接触角、表面能及其极性分量、色散分量）；

6.根据本节五的方法，通过所测得的接触角计算材料的表面能，及其极性分量、色散

分量，并与DSA1000型接触角测量仪所测量出的结果相比较。

八、实验注意事项

1.实验室场地比较拥挤，学生务必注意遵守纪律；

2.学生必须在教师的指导下进行操作；

3.做好实验原始记录，整理好实验数据，不清楚的地方要及时问指导教师；

4.实验结束后清理好实验场地，收好实验样品。

九、思考题

1.材料表面与水的接触角的大小反映了材料表面的什么性能？

2.材料的表面能的单位是什么？表达的是什么物理量？

3.极性分量与色散分量分别代表什么意义？

角接触轴承安装方法

角接触球轴承，可同时承受径向负荷和轴向负荷，也可以承受纯轴向负荷，极限转速较高。该轴承承受轴向负荷的能力由接触角决定，接触角大，承受轴向负荷的能力高。接触角α的定义为，径向平面上连接滚球和滚道触点的线与一条同轴承轴垂直的线之间的角度。单列角接触球轴承有以下几种结构形式：（1）分离型角接触球轴承这种轴承的代号为S70000，其外圈滚道边没有锁口，可以与内圈、保持架、纲球组件分离，因而可以分别安装。这类多为内径小于10mm的微型轴承，用于陀螺转子、微电动机等对动平衡、噪声、振动、稳定性都有较高要求的装置中。（2）非分离型角接触球轴承这类轴承的套圈沟道有锁口，所以两套圈不能分离。按接触角分为三种： ①接触角α=40°，适用于承受较大的轴向载荷； ②接触角α=25°，多用于精密主轴轴承；

③接触角α=15°，多用于较大尺寸精密轴承。（3）成对配置的角接触球轴承成对配置的角接触球轴承用于同时承受径向载荷与轴向载荷的场合，也可以承受纯径向载荷和任一方向的轴向载荷。此种轴承由生产厂按一定的预载荷要求，选配组合成对，提供给用户使用。当轴承安装在机器上紧固后，完全消除了轴承中的游隙，并使套圈和纲球处于预紧状态，因而提高了组合轴承的钢性。单列角接触球轴承以径向负荷为主的径、轴向联合负荷，也可承受纯径向负荷，除串联式配置外，其他两配置均可承受任一方向的轴向负荷。在承受径向负荷时，会引起附加轴向力。因此一般需成对使用，做任意配对的轴承组合，成对安装的轴承按其外圈不同端面的组合分为：背对背配置、面对面配置、串联配置（也称：O型配置、X型配置、T型配置）三种类型：背对背配置O型配置面对面配置 X型配置串联配置 T型配置 ①背对背配置，后置代号为DB（如70000/DB），背对背配对的轴承的载荷线向轴承轴分开。可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。背对背安装的轴承提供刚性相对较高的轴承配置，而且可承受倾覆力矩。 ②面对面配置，后置代号为DF（如70000/DF），面对面配对的轴承的载荷线向轴承轴汇合。可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。这种配置不如背对背配对的刚性高，而且不太适合承受倾覆力矩。这种配置的刚性和承受倾覆力矩的能力不如DB配置形式，轴承可承受双向轴向载荷； ③串联配置，后置代号为DT（如70000/DT），串联配置时，载荷线平行，径向和轴向载荷由轴承均匀分担。但是，轴承组只能承受作用于一个方向上的轴向载荷。如果轴向载荷作用于相反方向，或如果有复合载荷，就必须增加一个相对串联配对轴承调节的第三个轴承。这种配置也可在同一支承处串联三个或多个轴承，但只能承受单方向的轴向载荷。通常，为了平衡和限制轴的轴向位移，另一支承处需安装能承受另一方向轴向载荷的轴承。此外，还有一种可供任意配对的单列角接触球轴承。这种轴承经特殊加工，可以两个背靠背、两个面对面或两个串联等任意方式组合，配对组合的轴向间隙可根据需要选择，后置代号CA表示轴向间隙较小，CB表示轴向间隙适中，CC表示轴向间隙较大。万能配对的轴承，也可按使用要求配置成有预过盈的轴承，并以后置代号GA、GB、GC表示。GA 表示配对后有较小的预过盈；GB表示配对后有中等预过盈；GC表示配对后有较大的预过盈。

接触角仪器的操作步骤

一、测试样品的制备： 1．尽量保持测试样品本身的洁净度。 2．尽量保持测试样品表面的水平度。固体粉末样经充分干燥后，压成片状；粘稠状样先溶解在强挥发性溶剂中后成膜，干燥后再测试。 3．确认测试样品的尺寸是否符合要求。最好是直径小于150mm。 4．测试过程中，不可用手接触测试区域。 5．为保证测试结果更符合实际值，测试过程会进行多次测试。二、测试过程： 1．参数的设置：启动程序→选择测试向导→普通接触角→选择图像来源→新建一个测试报告（如图一所示）→校正测量界面（如图二所示）→类型1（平面样品）→测量方法（悬滴法）→测试环境（标准环境如图三所示）→测试模式（如图四所示）→测试实时窗口控制主界面（如图五所示）图一图二图三图四

图五 2. 吸取测试液体、完成液滴转移过程：具体操作步骤如下： A 从进样器中滴出液滴，体积为2ul左右。 B 从镜头内可以看到液滴会形成如图1所示图像。然后，将针头向下移动。直到接触到样品表面如图2。注意，不要过度向下，以免压弯针头。 C 移动针头向上。由于表面张力体系的作用，液体会留在样品表面如图3所示。继续移动针头，直到从镜头内消失，通常为3mm左右。 D 通过如上过程，我们完成了一次进样过程。如果您需要再次测第二个位置，请重复如上操作即可。 E 调整水平线位置。通过鼠标选中实时窗口内的红色水平线，然后通过键盘上下键或鼠标调整水平线的位置。请对比图4与图3，前者已经调到水平接触位置。 3. 完成测试液滴转移后，按“测试”，即进入实际测试过程测试过程，会弹出如下界面：

三、数据的处理及保存 1. 测试数据分析及管理界面如下所示： 2．进入θ/2 法人手修改接触角界面，如下所示：调整接触角点位置的具体步骤： A 通过逐个选中3个点，将上点位于液滴最上面，左点位于液滴最左边，右点位于液滴最右边。如图所示

测接触角实验方案

测试接触角实验申请实验内容：主要测定水、乙二醇、二碘甲烷在石墨、石英、绢云母、柴油上的接触角。实验目的：通过测定水在石墨、绢云母、石英的接触角，以表征石墨、绢云母、石英的疏水亲水性；通过测定水、乙二醇、二碘甲烷在石墨、石英、绢云母、柴油上的接触角，可以用来石墨、石英、绢云母的表面能的计算和隐石墨浮选体系中矿物与水、捕收剂与水、矿物与气泡、矿物与捕收剂之间等一系列界面相互作用自由能的计算，进而对各界面之间的范德华力、疏水引力、水化斥力等界面热力学行为进行研究。样品加工：采用压片机对辉钼矿样品进行压片，制各样品。压片时样品质量为10g，压片压力为2．45×104kPa，压片直径为20mm，压片表面平整光滑。采用“浸渍法”制备捕收剂表面膜，剪取尺寸为20mmx20mm的空白铜板纸，浸入捕收剂纯液中，浸渍时间1min，置于硅胶干燥器内干燥24h，备用。采用GBX润湿角测量仪测量液体在崮体表面上的接触角。测量时，按照测量接触角的步骤、小心地滴加在固体表面，形成液滴，取10次读数的接触角平均值作为该座滴的接触角。所有测量均在室温(25℃)进行。实验方法测量接触角步骤( 自动滴管, 自动平台) 1. 打开计算机 2. 打开接触角仪器的开关 3. 在计算机“桌面”上, 点选GBX digidrop 的快捷方式, 打开接触角的测量与分析软件 4. 选择新的测试选单 5. 选择“Surface Energy Menu” 6. 将滴管针头申到镜头所能看到的范围之内 7. 利用仪器上左下角的旋钮, 将镜头聚焦在滴管之上(通常是滴管最清析, 最大的位置) 8. 在操作软件上的右上角, 点选MVT, 叫出操作选单 9. 选择液滴的大小(VOL) 10. 选择连续摄影模式 11. 将开始拍照录像的时间改成0ms 12. 请点选使用自动成滴系统 13. 请点选“single”, 开始一次的测试 14. 等待仪器自动滴水, 桌面自动升降, 自动在桌面上形成液滴 15. 选择左方的分析功能, 得到你的接触角角度(一共有七种方法, 根据需要选择) 16. 得到你所需要的接触角值分析表面/界面自由能步骤 ( 在进行本实验之前?Zisman 至少必需准备两种以上的液体, 其它公式必需准备三种以上的液体, 需要极性还是非极性的液体, 请参考)

接触角原理概述

实验项目：用接触角测量仪测量材料表面的接触角一．实验目的： 1．认识和掌握接触角测量仪测量材料表面的接触角的基本原理 2．熟悉接触角测量仪JC2000D1的操作技术二．实验容： 1．掌握JC2000D1型接触角测量仪的工作原理和操作步骤 2．测量几种材料的表面接触角三．实验仪器，设备及材料设备JC2000D1型接触角测量仪，蒸馏水，解玻片，食盐水，样品木板几个四．基本原理概述 1．接触角定义及应用当液滴自由地处于不受力场影响的空间时，由于界面力的存在而呈圆球状。但是，当液滴与固体平面接触时，其最终形状取决于液滴部的聚力和液滴与固体间的粘附力的相对大小。当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，接触角通俗地说，就是液滴在固体表面自然形成的半圆形态相对于固体平面的外切线，如图1所示。接触角的应用非常广泛，甚至可以说涉及到身边的每个细节，我们希望汽车玻璃上不沾雨水，但反之我们希望汽车钢板上的油漆永不脱落。其他比如农药和蔬菜叶面；涂料和外墙面，绝缘材料，纳米材料表面化改性等等，从教学科研工农业生产到日常生活。图1 接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面力在水平方向上的分力之和应等于零，即 (1) 式中、、分别为固-气、液-气和固-液界面力；为液体与固体间的界面和液体表面的切线所夹（包含液体）的角度，称为接触角（contact angle），在之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系

的重要尺度，可作为润湿与不润湿的界限，时可润湿，时不润湿。 2．润湿润湿(wetting)的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能G降低，称为润湿。自由能降低的多少称为润湿度，用来表示。润湿可分为三类：粘附润湿（adhesional wetting）、铺展润湿（spreading wetting）和浸湿（immersional wetting）。可从图2看出。图2 三类润湿（1）粘附润湿如果原有的1固面和1液面消失，形成1固-液界面，则此过程的为：（2）（2）铺展润湿当一液滴在1固面上铺展时，原有的1固面和一液滴（面积可忽略不计）均消失，形成1液面和1固－液界面，则此过程的为：（3）（3）浸湿当1固面浸入液体中时，原有的1固面消失，形成1固－液界面，则此过程的为：（4）对上述三类润湿，和无法测定，如何求？分别讨论如下：（1）粘附润湿

接触角的测定实验报告

液-固界面接触角的测量实验报告一、实验目的 1. 了解液体在固体表面的润湿过程以及接触角的含义与应用。 2. 掌握用JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪测定接触角和表面张力的方法。二、实验原理润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。图1 各种类型的润湿当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。

图2 接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即 γSG- γSL= γLG·cosθ(1) 式中γSG，γLG，γSL分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o 之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是：粘附润湿W a=γSG - γSL + γLG≥0 (2) 铺展润湿S=γSG-γSL-γLG≥0 (3) 式中W a，S分别为粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。若将(1)式代入公式(2)、(3)，得到下面结果： W a=γSG+γLG－γSL=γLG(1+cosθ) (4) S=γSG-γSL-γLG=γLG(cosθ-1) (5)以上方程说明，只要测定了液体的表面张力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。还可以看到，接触角的数据也能作为判别润湿情况的依据。通常把θ＝90°作为润湿与否的界限，当θ

角接触和圆锥滚子轴承受力分析详解

角接触球轴承和圆锥滚子轴承受力分析详解一、反装（背靠背安装）外圈窄边称为面，宽边称为背模型建立：以轴系为隔离体，轴承内圈与轴固定为刚体，外圈与轴承座（箱体）固定为刚体设轴承所受的实际轴向力分别为1a F 和2a F ，则轴向平衡条件为 12a a ae F F F =+

受力分析：如果恰好 12d d ae F F F =+，则轴向力11d a F F =，22d a F F =。这种情况很少出现，一般情况下 12d d ae F F F ≠+，这时需要根据轴的窜动趋势进行计算。轴的窜动趋势有“向左”和“向右”两种情况： 1）如果12d d ae F F F >+，则轴有向左窜动的趋势，轴承1被压紧，轴承2被放松，此时轴承座必须附加一个力F ?给轴承1，以保持轴向力平衡因此轴承1所受的实际轴向力为 211d ae d a F F F F F +=?+= 轴承2所受的实际轴向力为 2212d ae d ae ae a a F F F F F F F =-+=-=

2）如果12d d ae F F F <+，则轴有向右窜动的趋势，轴承2被压紧，轴承1被放松，此时轴承座必须附加一个力F ?给轴承2，以保持轴向力平衡因此轴承2所受的实际轴向力为 ae d d a F F F F F -=?+=122 轴承1所受的实际轴向力为 1121d ae ae d ae a a F F F F F F F =+-=+= 结论：被放松轴承的轴向力等于自身的派生轴向力；被压紧轴承的轴向力等于除自身派生轴向力外的其他轴向力之和（注意方向）。注意点： 1）派生轴向力一定从外圈的宽边指向窄边，大小应根据公式计算； 2）精确计算时，支点位置需查手册，一般计算取轴承宽度中点； 3）计算和判断时必须注意轴向力的方向； 4）这两类轴承通常需要成对使用。

轴承尺寸规格计算方法

一、轴承类型表示法：代号（从右数第四位数字） 0：深沟球轴承 1：调心球轴承 2：圆柱滚子轴承 3：调心滚子轴承 4：滚针轴承 5：螺旋滚子轴承 6：角接触球轴承 7：圆锥滚子轴承 8：推力球轴承推力角接触球轴承 9：推力圆柱滚子轴承推力调心滚子轴承推力滚针轴承推力圆锥滚子轴承二、轴承尺寸表示法直径系列，代号（从右数第三位数字）超特轻：7 例：1000700 超轻：8 9 例：7000800 7000900 特轻：1 7 例：7000100 7002700 轻：2 例：3056200 中：3 例：300 重：4 例：2086400 宽度系列，代号（右数第七位数字）窄：7 例：7000800 正常：1 例：1000700 宽：2 例：2007900 特宽：3 例：3000700 4 例：4774900 高度系列，代号（右数第七位数字）特低：7 例：7589900 低：9 例：9008900 正常：1 例：1008900 三、轴承内径表示法代号：00 轴承标准内径：10 01 内径：12 02 内径：15 03 内径：17 代号04-99 代号数字*5=内径例：205：内径25，206，内径30

轴承代号的读法为：前置代号：轴承游隙，轴承公差等级代号数字右数： 7：宽度系列 6。5：轴承结构形式四、类型 3：直径系列 2，1：轴承内径例：3G3053220，即径向游隙按第三组，G级公差，公差等级按字母B，C，D，E，G表示，依次由高到低表示公差等级。G级在轴承代号中一般省略另：楼上的说法大错特错，只有进口轴承前置代号表示品牌，6203，6表示推力角接触球轴承，2表示轻系列，03表示轴承内径，03的内径为17 6305，6表示推力角接触球轴承，3表示中系列，05表示内径，5乘以5，内径为25 Tag:轴承规格(94)轴承尺寸表示法直径系列，代号（从右数第三位数字）超特轻：7 例：1000700 超轻：8 9 例：7000800 7000900 特轻：1 7 例：7000100 7002700 轻：2 例：3056200 中：3 例：300 重：4 例：2086400 宽度系列，代号（右数第七位数字）窄：7 例：7000800 正常：1 例：1000700 宽：2 例：2007900 特宽：3 例：3000700 4 例：4774900 高度系列，代号（右数第七位数字）特低：7 例：7589900 低：9 例：9008900 正常：1 例：1008900 3，轴承内径表示法代号：00 轴承标准内径：10

接触角的测量

液-固界面接触角的测量一、实验目的 1. 了解液体在固体表面的润湿过程以及接触角的含义与应用。 2. 掌握用JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪测定接触角和表面张力的方法。二、实验原理润湿是自然界和生产过程中常见的现象。通常将固-气界面被固-液界面所取代的过程称为润湿。将液体滴在固体表面上，由于性质不同，有的会铺展开来，有的则粘附在表面上成为平凸透镜状，这种现象称为润湿作用。前者称为铺展润湿，后者称为粘附润湿。如水滴在干净玻璃板上可以产生铺展润湿。如果液体不粘附而保持椭球状，则称为不润湿。如汞滴到玻璃板上或水滴到防水布上的情况。此外，如果是能被液体润湿的固体完全浸入液体之中，则称为浸湿。上述各种类型示于图1。图1 各种类型的润湿当液体与固体接触后，体系的自由能降低。因此，液体在固体上润湿程度的大小可用这一过程自由能降低的多少来衡量。在恒温恒压下，当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图2所示。图2 接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即 γSG- γSL= γLG·cosθ(1)

式中γSG，γLG，γSL分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是：粘附润湿W a=γSG - γSL + γLG≥0 (2) 铺展润湿S=γSG-γSL-γLG≥0 (3) 式中W a，S分别为粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。若将(1)式代入公式(2)、(3)，得到下面结果： W a=γSG+γLG－γSL=γLG(1+cosθ) (4) S=γSG-γSL-γLG=γLG(cosθ-1) (5)以上方程说明，只要测定了液体的表面张力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。还可以看到，接触角的数据也能作为判别润湿情况的依据。通常把θ＝90°作为润湿与否的界限，当θ＞90°，称为不润湿，当θ＜90°时，称为润湿，θ越小润湿性能越好；当θ角等于零时，液体在固体表面上铺展，固体被完全润湿。接触角是表征液体在固体表面润湿性的重要参数之一，由它可了解液体在一定固体表面的润湿程度。接触角测定在矿物浮选、注水采油、洗涤、印染、焊接等方面有广泛的应用。决定和影响润湿作用和接触角的因素很多。如，固体和液体的性质及杂质、添加物的影响，固体表面的粗糙程度、不均匀性的影响，表面污染等。原则上说，极性固体易为极性液体所润湿，而非极性固体易为非极性液体所润湿。玻璃是一种极性固体，故易为水所润湿。对于一定的固体表面，在液相中加入表面活性物质常可改善润湿性质，并且随着液体和固体表面接触时间的延长，接触角有逐渐变小趋于定值的趋势，这是由于表面活性物质在各界面上吸附的结果。接触角的测定方法很多，根据直接测定的物理量分为四大类：角度测量法、长度测量法、力测量法，透射测量法。其中，液滴角度测量法是最常用的，也是最直截了当的一类方法。它是在平整的固体表面上滴一滴小液滴，直接测量接触角的大小。为此，可用低倍显微镜中装有的量角器测量，也可将液滴图像投影到屏幕上或拍摄图像再用量角器测量，这类方法都无法避免人为作切线的误差。本实验所用的仪器JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪就可采取量角法和量高法这两种方法进行接触角的测定。三、仪器与药品仪器：JC2000C1静滴接触角/界面张力测量仪，微量注射器，容量瓶，镊子，玻璃载片，涤纶薄片，聚乙烯片，金属片（不锈钢、铜等）。试剂：蒸馏水，无水乙醇，十二烷基苯磺酸钠（或十二烷基硫酸钠）

接触角的测量

接触角的测量 [ 实验目的 ] 了解实验原理，掌握实验操作，学习测量接触角的方法，了解润湿过程和接触角的实际意义。 [ 仪器用具 ] JC2000C1接触角测量仪、载玻片、注射器、烧杯、蒸馏水 [ 原理概述 ] 当液滴自由地处于不受力场影响的空间时，由于界面张力的存在而呈圆球状。但是，当液滴与固体平面接触时，其最终形状取决于液滴内部的内聚力和液滴与固体间的粘附力的相对大小。当一液滴放置在固体平面上时，液滴能自动地在固体表面铺展开来，或以与固体表面成一定接触角的液滴存在，如图1所示。

2 图1 接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，即 θγγγcos ///A L L S A S += （1）式中γ S/A 、 γ L/A 、 γ S/L 分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ为液体与固体间的界面和液体表面的切线所夹（包含液体）的角度，称为接触角（contact angle ），θ在00 -1800 之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度，θ＝90o 可作为润湿与不润湿的界限，θ<90o 时可润湿，θ>90o 时不润湿。润湿(wetting)的热力学定义是，若固体与液体接触后体系（固体和液体）的自由能G 降低，称为润湿。自由能降低的多少称为润湿度，用W S/L 来表示。润湿可分为三类：粘附润湿（adhesional wetting ）、铺展润湿（spreading wetting ）和浸湿（immersional wetting ）。可从图2看出。图2 三类润湿（1）粘附润湿如果原有的1m 2 固面和1m 2 液面消失，形成1m 2 固-液界面，则此过程的W A S/L 为： W A S/L ＝γ S/A +γ L/A -γ S/L （2）（2）铺展润湿当一液滴在1m 2 固面上铺展时，原有的1m 2 固面和一液滴（面积可忽略不计）均消失，形成1m 2 液面和1m 2 固－液界面，则此过程的W S S/L 为： W S S/L ＝γ S/A -γ L/A -γ S/L （3）（3）浸湿当1m 2 固面浸入液体中时，原有的1m 2 固面消失，形成1m 2 固－液界面，则此过程的W I S/L 为：

角接触球轴承的选用与寿命计算

龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/b47130589.html, 角接触球轴承的选用与寿命计算作者：刘雪梅来源：《学周刊·A》2014年第01期摘要：本文通过对角接触球轴承的受力分析、应力分析，轴向载荷的计算，当量动载荷计算总结了角接触球轴承的选用与疲劳寿命计算方法。关键词：角接触球轴承受力分析轴向载荷寿命轴承是各类机器设备中的重要支承部件，它的主要功能是支承轴及轴上零件，保持轴的旋转精度，减少转轴与支承之间的摩擦和磨损。滚动轴承由于摩擦阻力较小，机械效率较高，润滑和维护方便，并且已经标准化，因而在机器设备的设计与维修中被广泛应用，其中角接触球轴承由于能够同时承受径向载荷和轴向载荷而经常被存在轴向推力负载的机器选用。选择角接触球轴承，必须根据工作条件对所选型号轴承的寿命进行计算，即其使用寿命的检验，其关键在于轴承轴向载荷的计算。下面笔者就其受力分析，轴向载荷计算，寿命计算等相关问题进行讨论。一、角接触球轴承的受力分析由于结构原因，即接触角的存在，当角接触球轴承承受径向载荷Fr时，滚动体与轴承内圈或外圈的作用力方向不在径向平面内，将派生一个内部轴向力FS，如图1所示，内部轴向力的方向由轴承宽边指向窄边，大小由公式求出： 70000C型：α=15° FS=eFr 70000AC型：α=25° FS=0.68Fr 70000B型：α=40° FS=1.14Fr e—判断系数，由相关机械设计手册查得 ■ 图1 二、应力分析角接触球轴承工作时随着轴承内圈相对于外圈的转动，滚动体也随着运动。于是内外圈与滚动体的接触点不断发生变化，各元件表面层接触应力也随着作周期性变化。另外，在径向载

接触角的测定实验报告

图2 接触角假定不同的界面间力可用作用在界面方向的界面张力来表示，则当液滴在固体平面上处于平衡位置时，这些界面张力在水平方向上的分力之和应等于零，这个平衡关系就是著名的Young方程，即 γSG- γSL= γLG·cosθ(1) 式中γSG，γLG，γSL分别为固-气、液-气和固-液界面张力；θ是在固、气、液三相交界处，自固体界面经液体内部到气液界面的夹角，称为接触角，在0o-180o之间。接触角是反应物质与液体润湿性关系的重要尺度。在恒温恒压下，粘附润湿、铺展润湿过程发生的热力学条件分别是：粘附润湿W a=γSG - γSL + γLG≥0 (2) 铺展润湿S=γSG-γSL-γLG≥0 (3) 式中W a，S分别为粘附润湿、铺展润湿过程的粘附功、铺展系数。若将(1)式代入公式(2)、(3)，得到下面结果： W a=γSG+γLG－γSL=γLG(1+cosθ) (4) S=γSG-γSL-γLG=γLG(cosθ-1) (5)以上方程说明，只要测定了液体的表面张力和接触角，便可以计算出粘附功、铺展系数，进而可以据此来判断各种润湿现象。还可以看到，接触角的数据也能作为判别润湿情况的依据。通常把θ＝90°作为润湿与否的界限，当θ＞90°，

测量亲水性的方法——接触角的测量

亲水性的测量方法——接触角的测量【一】特点若θ<90°，则固体表面是亲水性的，即液体较易润湿固体，其角越小，表示润湿性越好；若θ〉90，则固体表面是疏水性的，即液体不容易润湿固体，容易在表面上移动。至于是否液体能进入毛细管，这个还与具体液体有关，并非所有液体在较大夹角下完全不进入毛细管。润湿过程与体系的界面张力有关。一滴液体落在水平固体表面上，当达到平衡时，形成的接触角与各界面张力之间符合下面的杨氏公式（Young Equation）: 由它可以预测如下几种润湿情况： 1）当θ=0，完全润湿； 2）当θ﹤90°，部分润湿或润湿； 3）当θ=90°，是润湿与否的分界线； 4）当θ﹥90°，不润湿； 5）当θ=180°，完全不润湿。毛细现象中液体上升、下降高度h。h的正负表示上升或下降。浸润液体上升，接触角为锐角；不浸润液体下降，接触角为钝角。上升高度h=2*表面张力系数/（液体密度*重力加速度g*液面半径R）。上升高度h=2*表面张力系数*cos接触角/（液体密度*重力加速度g*毛细管半径r）。润湿性问题与采矿浮选、石油开采、纺织印染、农药加工、感光胶片生产、油漆配方以及防水、洗涤等都有密切关系。【二】测试方法编辑接触角现有测试方法通常有两种:其一为外形图像分析方法;其二为称重法.后者通常称为润湿天平或渗透法接触角仪.但目前应用最广泛,测值最直接与准确的还是外形图像分析方法. 外形图像分析法的原理为,将液滴滴于固体样品表面,通过显微镜头与相机获得液滴的外形图像, 再运用数字图像处理和一些算法将图像中的液滴的接触角计算出来. 计算接触角的方法通常基于一特定的数学模型如液滴可被视为球或圆椎的一部分,然后通过测量特定的参数如宽/高或通过直接拟合来计算得出接触角值。Young-Laplace方程描述了一封闭界面的内、外压力差与界面的曲率和界面张力的关系，可用来准确地描述一轴对称的液滴的外形轮廓，从而计算出其接触角。纸张的接触角测量可参照Tappi T 558执行。烟用纸张的接触角可参照我国制烟行业的行业标准YC/T 424-2011“烟用纸表面润湿性能的测定接触角法”执行。

角接触球轴承安装标准

角接触轴承安装方法标准角接触球轴承，可同时承受径向负荷和轴向负荷，也可以承受纯轴向负荷，极限转速较高。该轴承承受轴向负荷的能力由接触角决定，接触角大，承受轴向负荷的能力高。接触角α的定义为，径向平面上连接滚球和滚道触点的线与一条同轴承轴垂直的线之间的角度。单列角接触球轴承有以下几种结构形式：（1）分离型角接触球轴承这种轴承的代号为S70000，其外圈滚道边没有锁口，可以与内圈、保持架、纲球组件分离，因而可以分别安装。这类多为内径小于10mm的微型轴承，用于陀螺转子、微电动机等对动平衡、噪声、振动、稳定性都有较高要求的装置中。（2）非分离型角接触球轴承这类轴承的套圈沟道有锁口，所以两套圈不能分离。按接触角分为三种：

①接触角α=40°，适用于承受较大的轴向载荷； ②接触角α=25°，多用于精密主轴轴承； ③接触角α=15°，多用于较大尺寸精密轴承。（3）成对配置的角接触球轴承成对配置的角接触球轴承用于同时承受径向载荷与轴向载荷的场合，也可以承受纯径向载荷和任一方向的轴向载荷。此种轴承由生产厂按一定的预载荷要求，选配组合成对，提供给用户使用。当轴承安装在机器上紧固后，完全消除了轴承中的游隙，并使套圈和纲球处于预紧状态，因而提高了组合轴承的钢性。单列角接触球轴承以径向负荷为主的径、轴向联合负荷，也可承受纯径向负荷，除串联式配置外，其他两配置均可承受任一方向的轴向负荷。在承受径向负荷时，会引起附加轴向力。因此一般需成对使用，做任意配对的轴承组合，成对安装的轴承按其外圈不同端面的组合分为：背对背配置、面对面配置、串联配置（也称：O型配置、X型配置、T型配置）三种类型：背对背配置O型配置面对面配置 X型配置串联配置 T型配置 ①背对背配置，后置代号为DB（如70000/DB），背对背配对的轴承的载荷线向轴承轴分开。可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。背对背安装的轴承提供刚性相对较高的轴承配置，而且可承受倾覆力矩。 ②面对面配置，后置代号为DF（如70000/DF），面对面配对的轴承的载荷线向轴承轴汇合。可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。这种配置不如背对背配对的刚性高，而且不太适合承受倾覆力矩。这种配置的刚性和承受倾覆力矩的能力不如DB配置形式，轴承可承受双向轴向载荷； ③串联配置，后置代号为DT（如70000/DT），串联配置时，载荷线平行，径向和轴向载荷由轴承均匀分担。但是，轴承组只能承受作用于一个方向上的轴向载荷。如果轴向载荷作用于相反方向，或如果有复合载荷，就必须增加一个相对串联配对轴承调节的第三个轴承。这种配置也可在同一支承处串联三个或多个轴承，但只能承受单方向的轴向载荷。通常，为了平衡和限制轴的轴向位移，另一支承处需安装能承受另一方向轴向载荷的轴承。

角接触球轴承的安装方法

角接触球轴承的安装比深沟球轴承复杂，多为成对安装，并需采用预加载荷。安装得好，可使主机的工作精度、轴承寿命大大提高；否则，不仅精度达不到要求，寿命也会受到影响。安装形式角接触球轴承的安装形式，有背对背、面对面和串联排列三种。背对背（两轴承的宽端面相对）安装时，轴承的接触角线沿回转轴线方向扩散，可增加其径向和轴向的支承角度刚性，抗变形能力最大；面对面（两轴承的窄端面相对）安装时，轴承的接触角线朝回转轴线方向收敛，其地承角度刚性较小。由于轴承的内圈伸出外圈，当两轴承的外圈压紧到一起时，外圈的原始间隙消除，可以增加轴承的预加载荷；串联排列（两轴承的宽端面在一个方向）安装时，轴承的接触角线同向且平行，可使两轴承分担同一方向的工作载荷。但使用这种安装形式时，为了保证安装的轴向稳定性，两对串联排列的轴承必须在轴的两端对置安装。预加载荷的获得预加载荷可通过修磨轴承中一个套圈的端面，或用两个不同厚度的隔圈放在一对轴承的内、外圈之间，把轴承夹紧在一起，使钢球与滚道紧密接触而得到。预加载荷的大小对轴承使用寿命影响很大，据有关资料介绍，当轴承装配有0.012mm 过盈量时，使用寿命降低38%，有0.016mm过盈量时，使用寿命降低50%；当轴承装配有0.004mm间隙时，使用寿命显着下降，有0.008mm间隙时，使用寿命下降70%。因此，对预加载荷的大小进行合理选择，十分重要。一般高转速宜选用小的预加载荷，低转速宜选用大的预加载荷。同时，预加载荷应稍大于或等于轴向工作载荷。预加载荷的计算选择预加载荷时，最小预加载荷的计算公式如下： Aomin=1.58tgaR±0.5A（N）作用于轴承上的径向载荷（N）作用于轴承上的轴向载荷（N）

接触角测试

材料是人类生产和生活水平提高的物质基础，是人类文明的重要支柱和文明进步的重要里程碑。材料科学的发展推动社会发展，而材料科学的进步又取决于社会生产力和科学技术的进步。计算机作为一种先进的现代工具，在日常生活当中得到了越来越广泛的应用，计算机应用已广泛深入科学、技术、社会生活等各个领域。当今世界，几乎所有专业都与计算机息息相关。计算机在材料科学中应用也不断发展，其作用是明显的。比如显微镜的计算机系统、计算机用于新材料的设计、材料加工当中的计算机自动化控制，等等这些先进手段大大方便材料科学研究。许多大学的材料科学系早已经将《计算机在材料科学中的应用》列为学科基础课程。接触角是材料表面润湿性能的重要参数之一。通过接触角的测量可以获得材料表面固-液、固-气界面相互作用的许多信息。因此，接触角的测量在材料防护、医药、半导体、化妆品、生命科学、油墨工业及其他领域都有重要应用。表面自由能及其极性色散力分量（非极性分量）是固体表面最基本的热力学性质之一。诸多表面现象以及与表面性质有关的各向异性、润湿性、粘结性、吸附性等效应均与之密切相关。接触角和表面能的测量和计算方法有多种，而且还在不断的发展完善，这些方法各有其使用范围和优缺点，没有一种技术能够测量所有固体表面的接触角。在实际的操作中应该根据具体情况，选择适合的测量方法。接触角数据应该与其他的表面分析技术相结合，今后将朝着高精确度、多功能化和在线分析的方向发展。目前国内外对材料表面接触角的测量技术已经相当成熟。复杂至大型的计算量大的精密测量软件，简单至基本代码写制的计算仪；贵至几十万，而便宜至简单的基本代码写制的测量软件，对各种先进的仪器测量的出的数据能够满足不同的接触角与表面能的测量和计算需求。

角接触球轴承安装标准

角接触轴承安装方法标准 FAG NSK NTN KOYO NACHI IJK 单列角接触球轴承双列角接触球轴承 FAG精密主轴轴承系列NSK精密轴承系列 QJ:四点接触球轴承推力角接触球轴承角接触球轴承，可同时承受径向负荷和轴向负荷，也可以承受纯轴向负荷，极限转速较高。该轴承承受轴向负荷的能力由接触角决定，接触角大，承受轴向负荷的能力高。接触角α的定义为，径向平面上连接滚球和滚道触点的线与一条同轴承轴垂直的线之间的角度。单列角接触球轴承有以下几种结构形式：（1）分离型角接触球轴承这种轴承的代号为S70000，其外圈滚道边没有锁口，可以与内圈、保持架、纲球组件分离，因而可以分别安装。这类多为内径小于10mm的微型轴承，用于陀螺转子、微电动机等对动平衡、噪声、振动、稳定性都有较高要求的装置中。（2）非分离型角接触球轴承这类轴承的套圈沟道有锁口，所以两套圈不能分离。按接触角分为三种：

接触角测定仪操作步骤

接触角测定仪操作步骤： 1.连接电源，打开主机。打开接触角软件图标。 2.开始实验：调节工作台位置（顺时针旋转手轮工作台上移）调节针头位置点击“注液”图标，开始注液，液体根据设定的体积流出悬挂在针头上。旋转手轮使工作台上升，让固体接触液滴，然后迅速下降使液滴两角与红色水平线重合。点击软件界面上方工具栏“采集当前显示的图像”图标，拍下图片进行接触角测量。 (1).三点圆法：点击“手工做圆、切线法”图标。点击液滴的一端，点击圆周上的一点，再点击液滴的另一端，返回点击第一个端点，最后点击另一端。接触角自动显示。点击右键出现“将计算结果保存到图片上”。 (2)切线法：点击“采用人工做图切线法计算”图标。点击液滴的一端，再点击液滴的另一端，然后沿着液滴外轮廓做一条切线。接触角自动显示，右键点击保存到图片上即可。 (3)基线圆法：点击“基准线测量法”图标。选择水平线位置（双击鼠标左键），点击圆周上第一个点（左端点），点击圆周上第二个点（右端点），最后点击圆周上第三个点（上端点）。接触角自动显示，右键点击保存到图片上即可。

悬滴法表面张力的测定：自动测定： 1.点击“注液”使液滴流出悬挂在针头上。点击“采集当前显示的图像”将抓拍的液体悬滴显示在测量屏内。选择“标定横向尺寸”图标，在毛细管一侧点击一下不要松开，拉向另一侧点击一下，弹出“标定图像”对话框。输入尺寸（针管直径：0.51mm）。 2.点击菜单栏中的“处理”，选择“悬滴法表面张力测定”，点击软件界面中下方“计算结果”会弹出对话框，输入“外项密度”（一般是空气）和“内项密度”。点击“计算”、“退出”，结果将自动显示。手动测定： 1.同“自动测定”第1步。 2.点击“手动测量悬滴”图标。在悬滴图像最宽处点击一下，拉向另一端点击，出现一条红色的竖线，将它移动到图像的最低端点击，上方形成一条横线。在横线与液体边缘相交点点击一下，拉向另一个相交点再点击。 3.点击菜单栏中“处理”“计算”“悬滴法界面张力”，输入相关项，点击“计算”、“退出”，结果自动显示。

角接触轴承安装方法

角接触轴承安装方法文件编码（008-TTIG-UTITD-GKBTT-PUUTI-WYTUI-8256）

（3）成对配置的角接触球轴承成对配置的角接触球轴承用于同时承受径向载荷与轴向载荷的场合，也可以承受纯径向载荷和任一方向的轴向载荷。此种轴承由生产厂按一定的预载荷要求，选配组合成对，提供给用户使用。当轴承安装在机器上紧固后，完全消除了轴承中的游隙，并使套圈和纲球处于预紧状态，因而提高了组合轴承的钢性。单列角接触球轴承以径向负荷为主的径、轴向联合负荷，也可承受纯径向负荷，除串联式配置外，其他两配置均可承受任一方向的轴向负荷。在承受径向负荷时，会引起附加轴向力。因此一般需成对使用，做任意配对的轴承组合，成对安装的轴承按其外圈不同端面的组合分为：背对背配置、面对面配置、串联配置（也称：O型配置、X型配置、T型配置）三种类型：背对背配置O型配置面对面配置 X型配置串联配置 T型配置 ①背对背配置，后置代号为DB（如70000/DB），背对背配对的轴承的载荷线向轴承轴分开。可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。背对背安装的轴承提供刚性相对较高的轴承配置，而且可承受倾覆力矩。 ②面对面配置，后置代号为DF（如70000/DF），面对面配对的轴承的载荷线向轴承轴汇合。可承受作用于两个方向上的轴向载荷，但每个方向上的载荷只能由一个轴承承受。这种配置不如背对背配对的刚性高，而且不太适合承受倾覆力