摘 要

随着传统的水润滑尾轴承材料，特别是铁梨木材料和稀有贵金属材料资源的日益减少，寻找原料更充足，加工更方便的材料迫在眉睫。同时水润滑尾轴承也朝着摩擦性能更好，环境更友好的方向快速发展。因此高分子聚合物材料得到了越来越多的关注。通过在高分子聚合物中添加其他聚合物或者无机物，通过改性的方法使得材料的相关物理性能及摩擦学性能有所改善，从而满足对尾轴承材料不断变化的要求。

为研究载荷、转速、不同愈创树脂含量等因素对高密度聚乙烯水润滑轴承材料摩擦磨损性能的影响。结果表明，载荷、转速以及不同组分对摩擦系数的变化有明显的影响，其中材料的组分影响最为显著。随着愈创树脂含量的增加，摩擦系数逐渐减小，减小规律符合线性函数特征。

关键词：水润滑尾轴承；高密度聚乙烯；愈创树脂；摩擦磨损性能

Abstract

The materials of traditional water-lubricated bearings were dwindled, especially the lignum vitae and some kind of noble metal. It is vital to create those new material which is more adequate and convenient processing. Meanwhile, the water lubricated bearings become more environmental friendly and better friction performance. The polymer material get a huge amount of attention. Other polymer or inorganic matter are added to improve the tribological and physical properties of the polymer material. It will meet the requirements of the changing of bearing materials.

the influences of tribological properties by the load, speed and amount of guaiac resin on the water-lubricated HDPE bearings were studed. The result showed that the load, speed and amount of guaiac resin do have apparent effect on the friction coeficient and the amount of guaiac resin apparent most. The friction decrease regularly as the linear characterisitic with the addition of the amount of guaiac resin.

Key words: water-lubricated bearings；HDPE；Guaiac resin; tribological properties

目 录

第1章 绪论 1

1.1论文背景及研究意义 1

1.2水润滑轴承的研究现状 2

1.3水润滑轴承材料的摩擦磨损与润滑 3

第2章 试验介绍 5

2.1 试验仪器 5

2.2 摩擦磨损试验台架 5

2.3 试验材料 6

2.4 分析路线 7

第3章 愈创树脂含量对材料摩擦性能的影响 10

3.1 力学性能指标 10

3.2 摩擦学性能指标 12

3.3 本章小结 14

第4章 转速和载荷对材料的摩擦性能的影响 15

4.1 定工况磨损试验 15

4.2 试验结果分析 15

4.3本章小结 19

第5章 表面形貌分析 20

5.1表面形貌分析装置基本原理 20

5.2 表面形貌 23

5.3 本章小结 26

第6章 总结与展望 27

6.1全文总结 27

6.2展望 27

参考文献 28

致 谢 30

第1章 绪论

1.1论文背景及研究意义

作为船舶动力装置的核心部件，尾轴承在承担支撑尾轴的任务的同时，最大程度保护尾轴承。目前大部分船舶依然以金属作为尾轴承的材料，采用润滑油对轴承进行润滑，虽然这种传统的尾轴承工作稳定可靠，但是耗材多、加工工艺复杂、需要密封装置以及油泵等装置才能保证轴承的稳定可靠地运行。与传统油润滑轴承相比，水润滑承具有原料资源充足、加工制造简单、维修养护方便并且所需的辅助设备少等特点。因而，对于水润滑尾轴承摩擦学性能的研究逐渐被重视起来。具有自润滑性能高分子聚合物轴承是水润滑轴承中的一种，在高分子聚合物中添加适当的添加剂形成改性水润滑轴承，可以很好地改善材料的性能。既保留高分子材料良好的吸震性和韧性，又提升材料的摩擦磨损性能 ^[1]。

以混有不同浓度愈创树脂的复合高分子水润滑轴承为试验对象，通过在CBZ-1船舶轴系摩擦磨损试验机上进行磨损试验，分析新型复合高密度聚乙烯材料的摩擦学特性以及相关的影响因素。尾轴承吸收螺旋桨在不同工况下所产生的惯性力以及因惯性力产生的剧烈振动。苛刻的工况对船舶尾轴承的工作寿命和可靠性会有严重影响，轴承工作的可靠性与船只的航行安全性和运营能力密切相关。特别是在低速、重载工况下，压力润滑水膜形成较为困难，船舶尾轴承将在恶劣的润滑状态下进行工作，轴与轴承处于干摩擦或者混合摩擦的状态。因此研制出摩擦学性能良好的复合高分子材料，可以最大程度减少磨损，延长轴承寿命^[2]。

1.2水润滑轴承的研究现状

19世纪80年代国外的学者对水润滑轴承进行了大量的研究。在这些学者的研究中，主要是对材料的硬度、弹性模量等结构参数以及不同的工况下尾轴承的摩擦学性能进行研究。^[3-4]。

R.L. Daugherty^[5]对七种不同的平面型板条式全副轴承进行了全面的摩擦学试验。实验中所使用的轴承的结构与美国海军使用的轴承相似。七种板条使用了7种不同的材料包括两种邵氏硬度分别为A 75±5，A85±5的橡胶材料，两种背衬材料（黄铜，塑料）以及不同厚度和形状的橡胶层。通过对不同材料在静加载的情况下的摩擦系数进行分析，得出了所研究的七种不同的平面型板条摩擦系数的速度特性。通过大量的试验，R.L. Daugherty认为橡胶层的厚度对尾轴承的动态摩擦系数有较为显著的影响。

Roy L. Orndorff. Jr^[6]对单个板条的摩擦性能进行了详细的研究。结果表明橡胶层厚度对摩擦性能有显著的影响，橡胶层的厚度越薄摩擦系数越小，且厚度在2.39-7.95 mm时轴承摩擦系数最小。比较了平面型和凹面型板条的摩擦性能，在试验速度范围内，平面型板条的动摩擦系数显著地小于凹面型。Roy L. Orndorff. Jr认为凹面型板条的方形边缘角刮掉了旋转的轴卷带的润滑剂，提出平面型应采用方形的边缘角，而凹面型采用圆形的边缘角。