摘 要

近年来，水润滑轴承船舶推进系统中的应用越来越广泛，它工作的可靠性、经济性和环保性对船舶的航行安全、隐蔽性能、环保性能和营运成本有直接影响。研究水润滑尾轴承的摩擦磨损对保证船舶航行安全和减少运营成本有重要的意义。本文在摩擦磨损试验机上进行摩擦实验的基础上，对菱形表面纹理水润滑轴承的摩擦磨损进行了系统的分析和研究，对仿生鲨鱼皮菱形纹理是否能有效改善水润滑轴承的摩擦磨损进行探讨和验证。

本文分析了水润滑尾轴承的润滑水膜的形成、承载机理。在以聚乙烯制成的基体材料上添加了仿生鲨鱼皮表面纹理。使用CBZ-1摩擦磨损试验机对两种水润滑尾轴承材料的摩擦磨损性能进行测试，对无纹理轴承和有菱形纹理轴承进行对比。结合实验后的水润滑轴承材料的表面形貌，对两种表面纹理情况的水润滑轴承在经历磨损后的表面微观结构进行比对，以此研究仿生鲨鱼皮菱形表面纹理改善水润滑轴承摩擦磨损性能的机理。结果表明，有菱形纹理的轴承的摩擦系数相较于无纹理轴承有明显的缩减，可很好的提高水润滑尾轴承的摩擦磨损性能。

关键词：水润滑轴承；仿生鲨鱼皮；菱形纹理；摩擦磨损

Abstract

In recent years, the water lubricated bearing of ship propulsion system is used more and more widely, it has a direct impact on ships’ hidden performance, environmental performance and operating costs. It is important to study the friction and wear of water lubricated tail bearing to ensure the safety of navigation and reduce the operation cost. On the basis of the friction test on the friction and wear machine, the friction of the diamond shape surface texture water lubricated bearing are systematically analyzed and studied, Whether the diamond shape of bionic shark skin can effectively improve the friction and wear of water lubricated bearings is discussed and verified.

This paper analyzes the formation and bearing mechanism of lubricating water film in water lubricated stern bearings. The surface texture of bionic shark skin was added on the base material made of polyethylene. The friction and wear properties of two kinds of water lubricated journal bearing materials were tested by using CBZ-1 friction and wear test machine. Combined with the surface morphology of water lubricated bearing material after the experiment, the water lubricated bearing of two kinds of surface texture were compared in surface microstructures after wear, in order to study the bionic shark skin diamond surface texture improvement mechanism of friction and wear performance of water lubricated bearings. The results show that the friction coefficient of the diamond bearing is obviously reduced compared with that without the grain bearing, so it can improve the friction and wear performance of the water lubricated stern bearings.

Keywords: water lubricated bearings; bionic shark skin; diamond texture; friction

目录

第一章 绪论 1

1.1背景与意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.2.1水润滑轴承 1

1.2.2 表面微造型技术在轴承上的应用 2

1.3 现有研究的不足 4

1.4研究内容 4

第二章 水润滑尾轴承润滑理论 5

2.1水膜的建立 5

2.2水润滑尾轴承润滑状态的转化 7

2.3小结 8

第三章 试验设备与试验设计 9

3.1 引言 9

3.2 试件 9

3.3 试验设备 10

3.3.1船舶轴系摩擦磨损试验设备 10

3.3.2 试样磨损质量测量设备 12

3.3.3 摩擦副表面形貌测量设备 13

3.4试验流程 13

3.5 小结 14

第四章 数据的整理与分析 15

4.1不同转速下的摩擦系数分析 15

4.2磨损量分析 19

4.3磨损表面形貌分析 20

4.4小结 21

第五章 结论与展望 22

5.1结论 22

5.2展望 22

参考文献 23

致谢 25

第一章 绪论

1.1背景与意义

步入21世纪以来，人们对环保的越来越重视，这不仅仅是因为“雾霾”现象的广泛出现，也是因为水资源污染的严重。船舶动力系统的滑油泄露是水资源污染的重要原因之一。在海洋中，因为船舶密度较小以及海洋具有强大的自我净化能力，滑油泄漏污染并不明显。但在内河中，由于船舶密度大、河流自我净化能力较差以及管理规范不健全等原因，使得船舶滑油泄露成为了内河污染的主要原因之一。按照我国船舶尾轴密封系统安装检验标准，尾轴密封的滑油泄漏允许量为2~3滴/min；现今广泛采用的黄氏密封HKT系列则规定旋转轴密封装置的滑油泄漏不得大于1L/d。中国海事局曾对船舶滑油泄露进行过统计分析，分析表明，1艘总功率约为880Kw的在航船舶，每年泄露滑油在300kg左右；而在三峡库区建成后，长江该段水域机动船舶数量急剧增加到10000艘以上，在库区航行或停播的船舶则更多^[1]。由此可以推断，在三峡库区每年船舶尾轴密封装置泄露的滑油将达到上千吨，这给三峡库区的水资源带来不可忽视的污染和破坏^[2]。而在全国内河航行水域的船舶总量在20万艘以上，滑油泄露量更庞大，这对人类基本生存环境带来极大威胁。

由于水具有来源广泛、不易燃、无污染等特性，其发展潜力在众多润滑介质中最大，因此，为了降低或者减少各类摩擦副产生的震动、摩擦磨损、噪声，增加摩擦副可靠性和寿命等，尤其为了保护内河水资源不受滑油泄漏污染，保护人类和其他生物赖以生存的自然环境，如何将摩擦副中的工作介质由矿物油替换为水这一研究课题，已经成为机械传动系统与环境保护科研领域的前沿，是世界各个工业强国竞相研究的热点^[3]。