摘 要

在船舶行进过程中，尾轴承发挥的作用巨大，它的存在使得船舶螺旋桨可以处于稳定的工作状态。其性能的好坏对舰船进行航行的安全性、快速性、隐蔽性、经济性等方面有很大的影响。虽然研究和利用水润滑橡胶轴承至今已有100多年的历史，但它的基础研究还很薄弱，还需要在其摩擦振动噪音和摩擦振动的产生机理方面做更多的测试与研究。因此开展船舶水润滑尾管轴承摩擦振动实验，分析摩擦振动行为特征及其影响机理，具有非常重要的理论指导意义及实用价值。

通过开展摩擦磨损实验与水润滑轴承摩擦振动实验，完成了对摩擦振动信号的分析以及对不同工况下水润滑轴承的摩擦性能的探究，取得了如下结论：

（1）在相同的载荷和频率下，采取水润滑方式的轴承有较小的摩擦系数；不论是干摩擦状态或水润滑状态，试件的摩擦系数均随着工作载荷与频率的增大而增大。

（2）通过扫描电镜和共聚焦显微镜对试件表面形貌的观察，可以发现在较高的载荷与较大频率下，试样表面出现较为明显的磨痕及变形。

（3）在低速重载条件下，水润滑轴承会出现剧烈的摩擦振动，轴承的时域振动信号出现明显的脉冲，且磨损越严重时域信号的振幅就越大。

关键词： 水润滑；尾轴承；摩擦磨损；振动噪声

Abstract

The stern bearing plays a huge role in the course of the ship. Its existence makes the ship's screw shaft in a stable working state. Its performance has a great influence on the safety, rapidity, concealment and economy of ship navigation. Although the research and application of water lubricated rubber tail bearing has a history of more than 100 years, its basic research is still very weak, and more experiments and research are needed in the mechanism of friction vibration and noise. Therefore, it is of great theoretical significance and practical value to carry out the friction vibration experiment of water lubricated stern tube bearing and analyze the characteristics and mechanism of friction vibration.

Through the friction and wear experiments and the friction and vibration experiments of water lubricated bearings, the analysis of the friction and vibration signals and the research of the friction performance of water lubricated bearings under different working conditions are completed, and the following conclusions are obtained:

(1) Under the same load and frequency, the water lubricated bearing has a smaller friction coefficient; whether in dry friction state or water lubricated state, the friction coefficient of the specimen increases with the increase of load and frequency.

(2) By scanning electron microscopy and confocal microscopy, it can be found that under high load and high frequency, there are obvious wear marks and deformation on the surface of the specimen.

(3) Under the condition of low speed and heavy load, there will be violent friction vibration in the water lubricated bearing, and the time-domain vibration signal of the bearing will appear obvious pulse, and the more serious the wear is, the greater the amplitude of the time-domain signal.

Keywords: Water lubrication; tail bearing; friction and wear; vibration and noise

目 录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 水润滑轴承国内外研究现状 1

1.2.1 尾轴承振动噪声的产生机理 2

1.2.2 水润滑尾轴承振鸣音的影响因素 3

1.2.3 船舶水润滑尾轴承噪声的控制方法 3

1.3 小结 4

第2章 摩擦磨损实验设备及仪器介绍 6

2.1 材料合成及成型设备介绍 6

2.1.1 FA2104N电子天平 6

2.1.2 QE-70B微型密炼机 6

2.1.3 PE-180F铁质破碎机 7

2.1.4 SA900海天注塑机 7

2.2 摩擦磨损实验仪器介绍 8

2.2.1 全自动金相磨抛机 8

2.2.2 RTEC多功能摩擦磨损试验机 8

2.3 试样磨痕表征仪器介绍 9

2.3.1 扫描电镜 9

2.3.2 VK-X200激光共聚焦扫描显微镜 10

2.4 小结 10

第3章 实验材料的制备及摩擦磨损实验的开展 12

3.1 实验材料的选择与制备 12

3.1.1 实验材料的选择 12

3.1.2 实验材料的制备 12

3.2 开展摩擦磨损实验 12

3.2.1 实验工况 12

3.2.2 测试方法 13

3.2.3 摩擦系数分析 13

3.3 表面形貌分析 14

3.3.1 VK-X200激光共聚焦扫描显微镜分析 14

3.3.2 扫描电镜SEM分析 16

3.4 小结 17

第4章 振动实验的开展与振动信号的测试分析 19

4.1 振动信号采集与处理系统 19

4.2 试验过程 20

4.3 振动信号的时域特征 20

4.4 摩擦系数 21

4.5 小结 21

第5章 结论与展望 22

5.1 结论 22

5.2 展望 22

参考文献 24

致 谢 27

第1章 绪论

1.1研究背景及意义

在船舶行进过程中，尾轴承发挥的作用巨大，它的存在使得船舶螺旋桨可以处于稳定的工作状态。为了使悬伸装置得以正常工作，通常螺旋桨的质量要设置很大，而且螺旋桨的形变量与船舶的载重量成正相关，同时由于螺旋桨发生了形变，船尾处轴承外围所受的外力会迅速增大。此时，船尾轴承同时受到了三种力的作用，分别是螺旋桨的重力、由于螺旋桨形变引起的状态不平衡带来的惯性力以及螺旋桨形变使得轴承边缘所受到的急剧增大的合外力。在这种情况下，尾轴承的操作和润滑条件非常差，导致大量摩擦和磨损，并且会导致密封失败^[1-3]。在低速、高负荷、起停等特殊工况下，当轴承的润滑工作做得不到位时，船舶运行会发出极大的噪声，这种噪声会使得水下航行器在执行任务时的安全性与隐蔽性降低^[4-6]。现在，船尾轴承的摩擦，磨损和噪声已成为船舶稳定运行的主要威胁^[7]。

汽车制动与飞机着陆时进行制动产生的噪声是当前工业界对于摩擦与振动机理的主要研究对象^[8-9]。这和船舶水润滑橡胶尾轴承在未开始运行到匀加速前期的低速度航行状态以及船舶的高载重量运行模式下的振动噪声和摩擦振动机理的研究是大不相同的。当发生摩擦振动时，在尾轴承的轴瓦表面和轴的接触表面上发生“粘着滑动”，从而导致尾轴承的异常振动，并且产生尖锐的摩擦噪声。通常来说，振动越大，噪音越大，振动越小，噪音越低^[10]。由于橡胶尾轴承材料本身具有引起噪音的固有缺陷^[11-12]，因此无法完全消除噪音，从而导致环境噪音污染^[13]。