水潤(rùn)滑軸承研究進(jìn)展

王靖 方晉

摘 要：水潤(rùn)滑屬于一種新型軸承潤(rùn)滑方式，具有環(huán)保性能較強(qiáng)、成本較低、維修難度較低等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，因此現(xiàn)已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的軸承油潤(rùn)滑方式，被廣泛應(yīng)用在船舶推進(jìn)系統(tǒng)中。為此，本文首先分析了水潤(rùn)滑軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究進(jìn)展，其次分析了水潤(rùn)滑軸承制作材料研究進(jìn)展，以期為水潤(rùn)滑軸承設(shè)計(jì)及制作提供參考。

關(guān)鍵詞：水潤(rùn)滑軸承;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);應(yīng)用材料

引言：在應(yīng)用軸承油潤(rùn)滑方式時(shí)，船舶推進(jìn)系統(tǒng)不但需要消耗大量的潤(rùn)滑油，還會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油泄漏問(wèn)題，進(jìn)而對(duì)海洋環(huán)境造成不必要的污染?；诖?，大部分國(guó)家現(xiàn)已經(jīng)應(yīng)用水來(lái)代替潤(rùn)滑油發(fā)揮軸承潤(rùn)滑功能，不但能夠有效減少軸承由于摩擦、振動(dòng)、沖擊等操作產(chǎn)生的磨損，還能夠節(jié)約油料資源和保護(hù)海洋生態(tài)環(huán)境。

1.水潤(rùn)滑軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究進(jìn)展

1.1水潤(rùn)滑軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)

水潤(rùn)滑軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基于軸與軸承高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的水膜，具體來(lái)講，水膜能夠?qū)⑤S承摩擦面上的水帶入到楔形間隙中，將摩擦面隔離開(kāi)來(lái)，從而降低軸承的磨損程度。水潤(rùn)滑軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)為軸承襯套設(shè)計(jì)，目前普遍應(yīng)用在軸套內(nèi)側(cè)挖設(shè)軸向溝槽的設(shè)計(jì)方式，這是因?yàn)檩S向溝槽能夠改善水潤(rùn)滑軸承的內(nèi)部流場(chǎng)、降低軸承的徑向跳動(dòng)量、提高水膜的潤(rùn)滑程度、提高軸承的冷卻效率、提高軸承的抗磨損性能、有效排出潤(rùn)滑水中的泥沙等物質(zhì)，但是同時(shí)也會(huì)降低軸承的承載性能。

1.2板條結(jié)構(gòu)水潤(rùn)滑軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

目前，板條結(jié)構(gòu)水潤(rùn)滑軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要分為凸面型板條結(jié)構(gòu)、凸面型板條結(jié)構(gòu)、平面型板條結(jié)構(gòu)3種，不同板條結(jié)構(gòu)下，水潤(rùn)滑軸承的接觸壓力分布不同，使用場(chǎng)景和應(yīng)用前景也不同，具體如下：凸面型軸承能夠承受的接觸壓力最大，其次是平面型軸承，最后是凹面型軸承;平面型軸承在承受接觸壓力時(shí)的承載性能和潤(rùn)滑性能更為良好，產(chǎn)生的摩擦系數(shù)更小，因此是3種板條結(jié)構(gòu)水潤(rùn)滑軸承中應(yīng)用范圍最為廣泛的;凸面型軸承水膜的潤(rùn)滑程度更高，排出潤(rùn)滑水泥沙等物質(zhì)的效率更高。

1.3多溝槽水潤(rùn)滑軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在船舶推進(jìn)系統(tǒng)運(yùn)行工藝允許的情況下，適當(dāng)縮減水潤(rùn)滑軸承軸瓦橡膠層厚度，有利于動(dòng)壓潤(rùn)滑的形成，因此能夠減小軸承的摩擦系數(shù)，進(jìn)而增加軸承的應(yīng)用壽命和耐磨性能。此外，基于流體動(dòng)壓潤(rùn)滑理論，可以得知水潤(rùn)滑軸承軸在運(yùn)行過(guò)程會(huì)出現(xiàn)一定的偏心情況，這表示軸承的最低點(diǎn)并不是水膜的最大壓力點(diǎn)，如果在軸承底部挖設(shè)軸向溝槽，可以在溝槽兩側(cè)較偏位置處設(shè)置橡膠板條，以此來(lái)推動(dòng)水膜的形成，同時(shí)提高軸承的承載性能。

1.4螺旋槽水潤(rùn)滑軸承結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

螺旋槽結(jié)構(gòu)屬于新型水潤(rùn)滑軸承結(jié)構(gòu)，這是因?yàn)槁菪鬯疂?rùn)滑軸承在運(yùn)行過(guò)程會(huì)產(chǎn)生漩渦效應(yīng)，為潤(rùn)滑水泥沙等物質(zhì)的排出提供了便利條件，能夠進(jìn)一步降低軸承的磨損程度。此外，相比較直槽水潤(rùn)滑軸承，螺旋槽水潤(rùn)滑軸承應(yīng)力分布范圍較大，因此軸承的徑向跳動(dòng)量更小，并且軸承橡膠襯層厚度越小，軸承的徑向跳動(dòng)量越小。

2.水潤(rùn)滑軸承制作材料研究進(jìn)展

2.1陶瓷材料

陶瓷具有耐熱性能良好、熱膨脹系數(shù)較小、比強(qiáng)度較高、抗腐蝕性能良好等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，因此是現(xiàn)階段應(yīng)用頻率較高的水潤(rùn)滑軸承制作材料。但是陶瓷材料在水潤(rùn)滑軸承制作中的應(yīng)用同樣具備一些不足之處，例如，脆性較大，這會(huì)降低軸承的抗磨損性能;硬度較高，這會(huì)增加軸承的磨損程度。SiC陶瓷材料制作而成的水潤(rùn)滑軸承能夠在摩擦過(guò)程中產(chǎn)生SiO2，這種物質(zhì)能夠提高軸承的潤(rùn)滑性能，因此能夠減小軸承的摩擦系數(shù)，并且有利于潤(rùn)滑水膜的形成。

2.2石墨材料

石墨具有抗腐蝕性能良好、化學(xué)性能穩(wěn)定、耐高溫性能良好等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但是在與海水接觸的過(guò)程中容易發(fā)生偶件電極電位腐蝕現(xiàn)象，因此不適合應(yīng)用在船舶推進(jìn)系統(tǒng)中。經(jīng)常應(yīng)用在水潤(rùn)滑軸承制作中的石墨材料有純碳石墨、浸酚醛樹(shù)脂石墨等，近年來(lái)出現(xiàn)了一種浸銀石墨，其抗壓強(qiáng)度超過(guò)了上述石墨材料，能夠減小軸承的摩擦系數(shù)，提高軸承的耐磨性能，具有較為廣闊的應(yīng)用空間。

2.3橡膠材料

橡膠材料具有振動(dòng)吸收能力良好、耐磨性能良好等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并且在水潤(rùn)滑軸承制作中還能夠通過(guò)彈性變形能自動(dòng)調(diào)節(jié)軸承位置，這有利于潤(rùn)滑水膜的形成。但是橡膠材料存在承載性能較差、冷卻性能較差、耐高溫性能較差等不足之處，這對(duì)其在水潤(rùn)滑軸承制作中的應(yīng)用形成了一定限制。為了解決上述問(wèn)題，可以選擇在橡膠材料中添加石墨、碳纖維等材料使其成為改性橡膠材料，進(jìn)而強(qiáng)化其在水潤(rùn)滑軸承中的應(yīng)用性能;例如，添加碳纖維后，能夠提高材料的強(qiáng)度和潤(rùn)滑性能;添加丁晴橡膠、陶土后，能夠提高材料的定伸強(qiáng)度和扯斷強(qiáng)度;添加丁晴橡膠、石墨、超高分子量聚乙烯后，能夠降低材料的扯斷永久變形程度和阿克隆磨耗量。

2.4復(fù)合聚合物材料

賽龍具有振動(dòng)強(qiáng)度較高、抗塑性變形性能良好、彈性較高、耐磨性能良好、振動(dòng)吸收能力良好等應(yīng)用優(yōu)勢(shì);據(jù)研究實(shí)驗(yàn)顯示，在相同運(yùn)行條件下，賽龍水潤(rùn)滑軸承的磨損量?jī)H為橡膠水潤(rùn)滑軸承的50%。飛龍具有潤(rùn)滑性能良好、耐磨性能良好等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在舵軸承制作中。超高分子量聚乙烯具有潤(rùn)滑性能良好、吸水膨脹率較低、能夠回收再次利用等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。由此可見(jiàn)，復(fù)合聚合物材料在水潤(rùn)滑軸承制作中的應(yīng)用，能夠普遍提高軸承的承載性能、抗沖擊性能，并且能夠適用于人工海水、自然海水、淡水多種潤(rùn)滑介質(zhì)。

結(jié)束語(yǔ)：由此可見(jiàn)，節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)現(xiàn)已經(jīng)成為了船舶推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用的重要趨勢(shì)，水潤(rùn)滑軸承的應(yīng)用則能夠滿足船舶推進(jìn)系統(tǒng)的建設(shè)需求。具體來(lái)講，水潤(rùn)滑軸承方式能夠被應(yīng)用在船艉主軸、泵等船舶推進(jìn)系統(tǒng)機(jī)械結(jié)構(gòu)中，進(jìn)而提高這些機(jī)械結(jié)構(gòu)的應(yīng)用效率，同時(shí)減少船舶推進(jìn)系統(tǒng)應(yīng)用成本，產(chǎn)生可觀的社會(huì)效益。

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