摘 要

尾轴承是船舶动力推进装置中的重要组成部分，起着支撑船舶螺旋桨轴和维持船舶轴系稳定运行的作用。尾轴承的摩擦性能和润滑性能对于船舶轴系的稳定性有着很大的影响，其使用寿命以及工作时的稳定性直接影响到了船舶航行时的安全性能。

本文以超高分子量聚乙烯为试验材料，设计合理条形槽规格的试样。在了解国内外水润滑尾轴承研究现状的基础上，选择了两种载荷（181N、271N）、五种转速（50r/min、150r/min、250r/min、350r/min、500r/min）以及试验时间作为主要的试验参数，在CBZ-1摩擦磨损试验机进行试验，对条形槽和无纹理试样在试验工况下进行摩擦系数、磨损量和磨损表面形貌的对比分析，旨在为水润滑尾轴承材料表面结构的设计提供依据。

分析试验数据得到以下结论：尾轴承表面条形槽结构改善了其润滑性能，但在一定程度上加重磨损量，综合分析实验数据得出最佳工况是250r/min、181N.

关键词：水润滑尾轴承；表面纹理；摩擦；磨损；

Abstract

The stern bearing is a an important part component of marine power propulsion unit. It plays the role of supporting the propeller shaft and maintaining the stable operation of the marine. It has a great influence on the stability of marine shaft for the friction performances and lubrication properties of stern bearing. The service life and stability work of the stern bearing directly affects the safety of the marine's navigation.

In this paper, Ultra-High Molecular Weight PE (UHMWPE) was selected as the tested material. and the test specimen of reasonable bar-grooved texture was designed. On the basis of understanding the status of water-lubricated stern bearing at home and abroad, two kinds of applied loads (181 N, 271 N), five kinds of rotational speeds (50 r/min, 150 r/min, 250 r/min, 350 r/min and 500 r/min) and the testing time were taken as the main test parameters. CBZ-1 friction and wear tester was used to test the tribology performances of samples. The friction coefficients, wear losses and worn surface topographies of the bar-grooved and no texture samples were contrastively analyzed under the test conditions, The purpose of this study was to provide a basis for the surface texture design of the water-lubricated bearing material.

Analysis of test data to get the following conclusion: the bar-grooved stern bearing could improve the lubrication performance, but the wear losses of the sample were increased during a certain extent. it is concluded that the best comprehensive analysis of experimental data condition was 250 r/min, 181 N.

Key words: water-lubricated stern bearing; surface texture; friction; wear

目 录

第1章 绪论 8

1.1 课题研究目的和意义 8

1.2国内外研究现状 9

1.2.1水润滑尾轴承介绍 9

1.2.2国内外研究现状 9

1.2.3 目前存在的不足 10

1.3 水润滑尾轴承材料性能 10

1.3.1 常见几种水润滑轴承材料 11

1.3.2 水润滑尾轴承摩擦机理 12

1.3.3 水润滑尾轴承润滑机理 12

1.3.3 水润滑尾轴承润滑机理 12

1.4 基本内容和技术方案 15

1.4.1基本内容 15

1.4.2 研究目标 15

1.4.3 研究步骤 15

1.5本章小结 15

第2章 试验材料制备以及试验方法 17

2.1 实验材料介绍 17

2.1.1超分子量聚乙烯 18

2.2试验器材 18

2.2.1 CBZ-1摩擦磨损试验仪 18

2.2.2 表面轮廓仪 19

2.2.3 磨损量测试仪器 20

2.3 试验步骤设计 21

2.4 本章小结 22

第3章 摩擦系数分析 23

3.1 前言 23

3.2 形貌对摩擦系数的影响 23

3.3 试验时间对摩擦系数的影响 24

3.4 转速对摩擦系数的影响 25

3.5 载荷对摩擦系数的影响 26

3.6 本章小结 26

第4章 表面形貌分析 28

4.1 前言 28

4.2 磨损量分析 28

4.3 磨损表面形貌分析 29

4.4 本章小结 32

第5章 结论与展望 33

5.1 结论 33

5.2 展望 33

参考文献 35

致 谢 38

第1章 绪论

1.1 课题研究目的和意义

近年来，随着经济的迅速发展以及生活水平的逐步提高，人们对于节能减排领域越发重视起来。现阶段的船舶润滑形式分为水润滑和油润滑两种。传统以油作为润滑介质的船舶存在结构复杂、润滑介质泄漏和振动噪声等缺陷，船舶由于工况的变化和不稳定的状态容易导致滑油的泄露。每年从尾轴承泄露的大量油料，导致了严重的资源浪费和环境污染。据船检局检测报告称，我国现在使用的中型船舶大多数是传统油润滑，每年每艘船的平均泄油量达到3.12t，对生态环境造成了严重的污染和破坏。因为水具有来源富足、节能、安全性能好、无污染、比热容高、粘度低、能耗小、节约润滑和贵重金属等优点^[1]，吸引大量研究学者将其利用起来。水润滑尾轴承的出现代替了传统以矿物油为润滑介质的尾轴承，大大改善了环境污染和资源浪费的现象，不仅简化了轴承结构，而且节约了大量的润滑介质和轴承材料 ^[2]。

随着水润滑轴承的不断普及，问题也慢慢出现需要解决。水润滑轴承一般是非金属材料制成，其材料是影响尾轴承性能稳定性和使用寿命长短的重要因素。对于轴承材料性能的研究也取得了一定的成果，例如UHMW-PE基体中添加玻璃纤维大大提升了摩擦系数^[3]；UHMW-PE与橡胶共混胶料尾轴承材料摩擦系数随运行时间发生曲线变化，先增大后减小最后趋于稳定^[4]。除此之外，轴承表面纹理结构也是影响轴承润滑状况和摩擦系数的重要因素。选择的纹理结构合理与否，将对船舶尾轴承的润滑水膜产生和负载分布产生直接影响。近几十年来，国内外许多研究学者以及专业人士对不同规格的表面纹理的摩擦学性能以及应用展开了研究^[5]。