水润滑轴承研究进展

王靖 方晋

摘 要：水润滑属于一种新型轴承润滑方式，具有环保性能较强、成本较低、维修难度较低等应用优势，因此现已经取代了传统的轴承油润滑方式，被广泛应用在船舶推进系统中。为此，本文首先分析了水润滑轴承结构设计研究进展，其次分析了水润滑轴承制作材料研究进展，以期为水润滑轴承设计及制作提供参考。

关键词：水润滑轴承;结构设计;应用材料

引言：在应用轴承油润滑方式时，船舶推进系统不但需要消耗大量的润滑油，还会导致润滑油泄漏问题，进而对海洋环境造成不必要的污染。基于此，大部分国家现已经应用水来代替润滑油发挥轴承润滑功能，不但能够有效减少轴承由于摩擦、振动、冲击等操作产生的磨损，还能够节约油料资源和保护海洋生态环境。

1.水润滑轴承结构设计研究进展

1.1水润滑轴承结构设计依据

水润滑轴承结构设计基于轴与轴承高速相对运动形成的水膜，具体来讲，水膜能够将轴承摩擦面上的水带入到楔形间隙中，将摩擦面隔离开来，从而降低轴承的磨损程度。水润滑轴承结构设计难点为轴承衬套设计，目前普遍应用在轴套内侧挖设轴向沟槽的设计方式，这是因为轴向沟槽能够改善水润滑轴承的内部流场、降低轴承的径向跳动量、提高水膜的润滑程度、提高轴承的冷却效率、提高轴承的抗磨损性能、有效排出润滑水中的泥沙等物质，但是同时也会降低轴承的承载性能。

1.2板条结构水润滑轴承结构设计

目前，板条结构水润滑轴承结构设计主要分为凸面型板条结构、凸面型板条结构、平面型板条结构3种，不同板条结构下，水润滑轴承的接触压力分布不同，使用场景和应用前景也不同，具体如下：凸面型轴承能够承受的接触压力最大，其次是平面型轴承，最后是凹面型轴承;平面型轴承在承受接触压力时的承载性能和润滑性能更为良好，产生的摩擦系数更小，因此是3种板条结构水润滑轴承中应用范围最为广泛的;凸面型轴承水膜的润滑程度更高，排出润滑水泥沙等物质的效率更高。

1.3多沟槽水润滑轴承结构设计

在船舶推进系统运行工艺允许的情况下，适当缩减水润滑轴承轴瓦橡胶层厚度，有利于动压润滑的形成，因此能够减小轴承的摩擦系数，进而增加轴承的应用寿命和耐磨性能。此外，基于流体动压润滑理论，可以得知水润滑轴承轴在运行过程会出现一定的偏心情况，这表示轴承的最低点并不是水膜的最大压力点，如果在轴承底部挖设轴向沟槽，可以在沟槽两侧较偏位置处设置橡胶板条，以此来推动水膜的形成，同时提高轴承的承载性能。

1.4螺旋槽水润滑轴承结构设计

螺旋槽结构属于新型水润滑轴承结构，这是因为螺旋槽水润滑轴承在运行过程会产生漩涡效应，为润滑水泥沙等物质的排出提供了便利条件，能够进一步降低轴承的磨损程度。此外，相比较直槽水润滑轴承，螺旋槽水润滑轴承应力分布范围较大，因此轴承的径向跳动量更小，并且轴承橡胶衬层厚度越小，轴承的径向跳动量越小。

2.水润滑轴承制作材料研究进展

2.1陶瓷材料

陶瓷具有耐热性能良好、热膨胀系数较小、比强度较高、抗腐蚀性能良好等应用优势，因此是现阶段应用频率较高的水润滑轴承制作材料。但是陶瓷材料在水润滑轴承制作中的应用同样具备一些不足之处，例如，脆性较大，这会降低轴承的抗磨损性能;硬度较高，这会增加轴承的磨损程度。SiC陶瓷材料制作而成的水润滑轴承能够在摩擦过程中产生SiO2，这种物质能够提高轴承的润滑性能，因此能够减小轴承的摩擦系数，并且有利于润滑水膜的形成。

2.2石墨材料

石墨具有抗腐蚀性能良好、化学性能稳定、耐高温性能良好等应用优势，但是在与海水接触的过程中容易发生偶件电极电位腐蚀现象，因此不适合应用在船舶推进系统中。经常应用在水润滑轴承制作中的石墨材料有纯碳石墨、浸酚醛树脂石墨等，近年来出现了一种浸银石墨，其抗压强度超过了上述石墨材料，能够减小轴承的摩擦系数，提高轴承的耐磨性能，具有较为广阔的应用空间。

2.3橡胶材料

橡胶材料具有振动吸收能力良好、耐磨性能良好等应用优势，并且在水润滑轴承制作中还能够通过弹性变形能自动调节轴承位置，这有利于润滑水膜的形成。但是橡胶材料存在承载性能较差、冷却性能较差、耐高温性能较差等不足之处，这对其在水润滑轴承制作中的应用形成了一定限制。为了解决上述问题，可以选择在橡胶材料中添加石墨、碳纤维等材料使其成为改性橡胶材料，进而强化其在水润滑轴承中的应用性能;例如，添加碳纤维后，能够提高材料的强度和润滑性能;添加丁晴橡胶、陶土后，能够提高材料的定伸强度和扯断强度;添加丁晴橡胶、石墨、超高分子量聚乙烯后，能够降低材料的扯断永久变形程度和阿克隆磨耗量。

2.4复合聚合物材料

赛龙具有振动强度较高、抗塑性变形性能良好、弹性较高、耐磨性能良好、振动吸收能力良好等应用优势;据研究实验显示，在相同运行条件下，赛龙水润滑轴承的磨损量仅为橡胶水润滑轴承的50%。飞龙具有润滑性能良好、耐磨性能良好等应用优势，现已经被广泛应用在舵轴承制作中。超高分子量聚乙烯具有润滑性能良好、吸水膨胀率较低、能够回收再次利用等应用优势。由此可见，复合聚合物材料在水润滑轴承制作中的应用，能够普遍提高轴承的承载性能、抗冲击性能，并且能够适用于人工海水、自然海水、淡水多种润滑介质。

结束语：由此可见，节约资源和环境保护现已经成为了船舶推进系统应用的重要趋势，水润滑轴承的应用则能够满足船舶推进系统的建设需求。具体来讲，水润滑轴承方式能够被应用在船艉主轴、泵等船舶推进系统机械结构中，进而提高这些机械结构的应用效率，同时减少船舶推进系统应用成本，产生可观的社会效益。

参考文献：

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（重庆长江轴承股份有限公司，重庆 401336）