船舶水润滑尾轴承研究进展
时间：2020-12-15 08:00:23 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘 要：水润滑尾轴承由于具有节能环保、材料资源丰富等特点，一直是各国争相研究的热点之一。该文聚焦于水润滑尾轴承，分析了水润滑尾轴承的摩擦特性，总结了尾轴承材料的改性与选择、振动噪声及结构设计等问题的国内外研究现状，指出了其中所存在的不足并在此基础上展望其发展趋势，旨在为船舶水润滑尾轴承的进一步研究提供思路。
关键词：水润滑尾轴承 摩擦特性 材料改性 振动噪声 结构设计
中图分类号：TB53 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2017）03（c）-0109-08
Present Research Status of Marine Water-lubricated Stern Bearings
Chang Tie1 Guo Zhiwei1，2 Zhao Liangliang3 Liu Zhiqiang1 He Kuilin1
（1.School of Energy and Power Engineering， Wuhan University of Technology， Wuhan Hubei， 430063， China；2.Reliability Engineering Institute， National Engineering Research Center for Water Transportation Safety， Wuhan Hubei， 430063， China；
3.Wuhu Maritime Safety Administration， Wuhu Anhui， 241000， China）
Abstract： Due to the characteristics of energy-saving， environment-friendly and resourceful，water-lubricated stern bearing has been one of the research hotspots in many countries. This paper focused on the water-lubricated stern bearing. The frictional properties of water-lubricated stern bearing were analyzed. The domestic and foreign current research status of water-lubricated stern bearing materials modification and selection， vibration noise and structural design were summarized. The shortages of these researches were pointed out， and on this basis， the development trends were prospected. It aimed toprovide the perspectives to the further study of the marine water lubricated stern bearings.
Key Words： Water-lubricated stern bearing； Friction characteristic； Material modification； Vibration and noise； Structural design
近年来，随着环保意识逐渐深入人心及石油资源的日渐枯竭，以水代替传统润滑油作为润滑剂的水润滑尾轴承逐渐走进了人们的视野。由于水润滑尾轴承具有无污染、低成本及材料来源丰富等优点，因此其一直是各国在船舶领域内争相研究的热点。目前国内外对于水润滑尾轴承的研究主要集中在尾轴承材料选择与改性、振鸣音分析及结构优化这3个方面。传统的油润滑尾轴承往往以金属为衬套，以润滑油为润滑介质，不仅消耗了润滑油和金属资源，而且由于尾轴密封技术的复杂性导致大量润滑油泄露，严重污染了航行水域，随着人们环保意识的增强，少数工业发达国家投入了巨额资金及大量精力投入其治理技术和装备研究[1-3]。除此之外，油润滑尾轴承具有的无功能消耗较大、可靠性不高及振动噪音等问题也难以解决[4-5]。相比以油作为润滑介质，以水作为润滑介质具有环境友好及来源丰富等优点，因此具有广阔应用前景的水润滑逐渐受到人们的关注和青睐，成为国内外相关领域竞相研究的热点。该文总结阐述了水润滑尾轴承的研究进展，对于其在发展过程中存在的问题及解决方法进行了总结，并对接下来的发展趋势进行了展望。
1 尾轴承材料的选择与改性
水润滑尾轴承材料的使用主要经历了3个阶段[6]：第一阶段：以铁犁木为代表的木质材料阶段。铁犁木性能优异，但资源日渐稀少，价格昂贵。第二阶段：天然、丁腈、氯丁等单体橡胶材料应用阶段。但是因其一些无法克服的缺点限定了其使用范围，催动了飞龙、尼龙复合性材料的研发和使用。第三阶段：SPA、赛龙、BTG等以橡胶为基体，添加其他材料的复合材料使用阶段。表1列出几种水润滑尾轴承材料优缺点[7]，可以看出，复合材料SPA的性能优于单一材料。总体来看，通过材料改性得到的复合材料由于综合了各自的优点使其性能更加优异，作者认为未来的尾轴承材料发展趋势将会以性能优异的高分子及改性复合材料为主，而传统的铁梨木尾轴承材料将逐步被替代。
1.1 陶瓷材料的應用与改性
陶瓷材料相比其他材料更适合在高温、高转速及腐蚀性等特殊的海洋条件下工作，且具有强度高、耐磨性好的性能，因此也被作为水润滑轴承材料的选择对象。余歆尤[8]通过对sialon、Zro2和Al2O3三种陶瓷材料在水润滑条件下进行了轴承实验后，结果表明sialon轴承寿命最长，Al2O3轴承寿命最短，且sialon轴承的摩擦系数较小，摩擦性能更好，更适合作为轴承材料。张仁坤[9]通过对几种陶瓷在水润滑条件下进行摩擦实验，结果显示，WC作轴套的SiC的系径向陶瓷滑动轴承摩擦系数较小，耐磨性较好，适合在无水启动和异物混入的污水中使用。Nastasi等[10]通过在SiC、TiB2、B4C及Al2O3陶瓷中注入N+，发现注入N+后可降低SiC、TiB2和B4C陶瓷的摩擦系数及磨损率，而提高了Al2O3陶瓷的摩擦系数及磨损率，原因是N+注入SiC、TiB2和B4C陶瓷与其能形成“类氮化物键”，此种化学键的形成会降低摩擦系数与磨损率。袁英光等[11]发现，将N+注入至SiC后可在水润滑条件下降低其表面摩擦系数及磨损率。N+注入SiC陶瓷前后碳化硅陶瓷的截面磨损形状都是一个抛物线槽，但注入N+后深度低于未注入的深度，证实在水润滑条件下注入N+可以提高陶瓷轴承的摩擦性能。Zhou[12-13]将一层a-CNx薄膜沉积在SiC盘的表面，使沉积薄膜的SiC盘与SiC球在水润滑条件下对磨，发现沉积薄膜后的SiC盘摩擦系数得到了明显的降低，并且缩短了磨合时间，可以看出，采取对陶瓷表面特定涂层的措施有效地降低了其在水润滑条件下的摩损。目前来看，由于陶瓷的脆性导致其承受冲击性能较差且对磨粒的嵌藏性较差等缺点也限制了其使用范围，所以单一的陶瓷材料必须通过表面再处理或者与其他材料结合使用使其发挥各自优势，从而让陶瓷材料具有广阔的应用前景。
