水润滑轴承的研究涉及机械设计、 摩擦学、 材料科学、 表面 工程、 流体力学、 润滑与密封等多学科, 是具有综合性的科学研 究项目。水润滑轴承的主要发展趋势为 [6] : ( 1) 基于很多类型材质高、 低摩擦副水润滑理论的建立; ( 2) 具有自润滑性能并与水有良好亲和性的水润滑轴承材 料研究; ( 3) 基于表面工程的水润滑摩擦学机理研究;

  自英国水力学家雷诺在 1886 年推导出著名的流体动力 润 滑方程, 摩擦、 磨损与润滑的理论研究和发展也日趋完善。 但人 们对水润滑轴承研究和应用, 却是以低粘度流体动压轴承理 论 为基础发展起来的。 德国和 国外对水润滑轴承的研究起步较早。 近年来 , 英国、 日本等国家在水润滑轴承的研究方面做了大量的工作, 产 品多 用于船舶艉轴、 水轮机、 水泵以及农业机械和矿山机械等。 例如 英国的海沃德—泰勒 公司在无填料泵的 结构中采用了水润滑 滑动轴承, 其轴承材料为马氏体不锈钢或在碳钢表面镀铬, 而 轴瓦材料为石棉填充酚酐树脂, 使用效果较好。德国的维克 斯 ( Vickers) 和米契尔 M ( ichell) 公司则在 深井泵中和 潜水泵中 采 用水润滑橡胶轴承。 加拿大的汤姆逊—戈尔登有限公司在船舶 尾轴的支承中采用了水润滑系统, 在不锈钢轴承上复合一层 聚 合材料作轴瓦。 日本在离心泵和船用离心泵中广泛采用了水润 滑轴承;在 大型内燃机 油轮用辅锅 炉给水泵 中, 采 用了自给 式 的水润滑轴承, 轴瓦材料为渗碳合金。 目前国内应用的水润滑轴承仍相对较少。 例如在泵上应用 的水润滑橡胶轴承大多是从德国引进技术, 通过模型试验、 对 比和评价试验总结出经验参数而加工制造的。中国从 20 世纪 50 年代开始在船用离心泵和轴流泵中采用水润滑轴承。目 前

  收稿日期 : 2007- 10- 0 5 基金项目 : 黑龙江省教育厅科学技术研究项目 项目编号 : 11 5212 83) ( 作者简介 : 张 霞 1974 —) , 女, 黑龙江省双鸭山人, 佳木斯大学机械工程学院讲师, 在读硕士, 主要研究方向 : 机械设计制造及自动化。 (

  Equipment Manufactring Technology NO.1, 2008 ( 4) 橡胶材料: 橡胶材料 弹性较好, 可以有明显效果地地减缓 振动、 噪音 和冲击。橡胶轴承 在水润滑的条件下 具有很小的摩擦系 数 , 并具有 良好的包容 性,使 嵌入杂质通 过轴颈的 回转导入通 水沟槽内被润滑水冲走, 因此橡胶轴承寿命较长。缺点是导热 性差,不耐油、 起动力矩大。能够最终靠添加剂来改善橡胶材料与 水的亲和性, 在某些特定的程度上提高承载能力与自润滑性能。 ( 5) 石墨材料: 石墨轴承的自润滑性很强, 耐腐蚀, 耐高温, 化学稳定性高。在许多特殊设备中, 因零件与侵蚀介质接触而 不允许采 用其它耐磨材料 如青铜、 ( 巴氏合金) 时, 可应用石墨 材料。硅化石墨不仅仅具备碳石墨材料的自润滑性、 良好的导电 导热性及抗热震性, 还具有碳化硅的高硬度、 抗氧化、 耐化学腐 蚀等优点 。适用于在磁力驱 动泵、 蔽泵、 屏 潜水电泵上作泵口 环、 端面密封和滑动轴承等 。 ( 6) 碳基薄膜: 在金属材料表面沉积硬质薄膜, 如类金刚石 薄膜 DLC) 和非晶氮化碳 a- CNx) 薄膜。碳基薄膜不仅具有高 ( ( 硬度、 高热导率 和低摩擦系数, 还具有极好 的耐蚀性和生物相

  ( 4) 理论的验证对实验检测手段要求特别高; ( 5) 各种材质的水润滑轴承在边界润滑和干摩擦下的摩擦 学机理及其减摩方法研究; ( 6) 水润滑轴承承载能力的提高; ( 7) 水润滑轴承的制备与成形研究。

  水润滑轴承作为一个新的研究课题, 仍存在大量问题需要 研究。为实现以水替代油为工作介质、 以非金属替代金属摩擦 副材料两个方面的重大突破, 提高我国在该领域的国际竞争力 和抢占该学科前沿的制高点, 特别是从根本上解决三峡库区及 江河湖海 船舶推进系统油泄 漏污染水资源及环 境日趋严重的 现状, 用水作介质的环保型产品开发与产业化研究具有普遍而 重要的意义。相信在不久的将来,水润滑轴承的研究与应用会 得到长足的发展。

  二机部第一设计院设 计的核泵水润滑轴承;江都三站大型立式 轴流泵上采用的酚酐塑 料水润滑轴承;潜水电泵上采用的水润 滑塑料推力轴承等。 重庆大学机械传动国家重点实验室和重庆 奔腾科技发展公司合作研究了 170 多种规格的 BTG 水润滑复 合橡胶轴承和塑料轴承, 金属表面覆瓷制造水润滑摩擦副 材料目前已成功开发。 华中理工大学开发的斜盘式柱塞泵中采 用了陶瓷材料的滑靴和斜盘, 并应用于水润滑。

  自 20 世 纪 70 年代 出现石油资源危机 和近年来人们对 环 境保护的重视, 水润滑轴承开始逐步推广应用。用水代替油作 润滑介质, 不 仅节约大量的油料 , 还可以 避免以油为润滑介 质 对环境造成的污染。 同时水润滑轴承成本低, 阻燃性好, 易维护 保养, 还能降低摩擦副的摩擦、 磨损、 振动、 噪声、 无功能耗等关 键问题。 因而水润滑轴承的研究对于提高机械效率和保护环境 等都有着重要的理论研究和应用价值。

  水是一 种低粘度液体, 在其他条件 都相同的情况下, 为获 得相等的承载能力, 水膜的厚度仅为油膜厚度的 1/8。 这表明水 润滑轴承承载能力比较低, 而且很有可能在非流体摩擦工况下 工作, 容易产生轴瓦和轴颈配合材料间的相互接触。 因此, 水润 滑轴承 材料的性能是决定 其工作性能和使用 寿命的一个主要 因素 [1] 。常用的水润滑轴承材料各自的特点简介如下: ( 1) 金属材料 [2]: 金属材料的弹性系 数和硬度高, 耐磨性很 好, 所以这种轴承 在高负荷、 低转速的边界润 滑条件下得到很 多应用。金属与水反应过程中会形成氧化物, 为了进行自身润 滑, 必须采用除了 水以外的固体润滑剂 等材料, 而仅仅应用单 金属是很难达到目的的。 用作水下滑动轴承的金属材料必须充 分考虑电化腐蚀问题。 ( 2) 塑料材料: 应用最多 的塑料轴承是酚醛 树脂轴承和氟 化乙烯树脂轴承。 不同的塑料材质, 对水的润滑性能也不同。 如 果塑料 或其填充剂与水的 亲和性很好, 就显示 出优良的润滑 性。 对于塑料材料的耐热性能差、 水溶胀和易发生老化等缺陷, 可以通过添 加剂、 优化结构和改进工艺 方法, 使 之满足特定的 性能要求。 ( 3) 陶瓷材料: 陶瓷材料具有强度高、 硬度大、 耐高温、 抗氧 化、 耐非物理性腐蚀性优良、 热膨胀系数小等特性。 可用于代替金属 轴承应用于高速、 高温、 腐蚀等特种工作环境的场合。 但陶瓷材 料零部件的成型和加工较困难。

  摘要: 阐 述了水润滑轴承 的特点, 介绍 了水润滑轴承的 工程应用和水 润滑轴承材料的 研究现状, 分 析了目前水润滑 轴承用的金属、 塑 料、 陶瓷、 橡胶、 石墨、 碳基薄膜等材料的特点, 并对水润滑轴承的发展趋势进行了综述。 关键词: 水润滑; 轴承; 材料 中图分类号: TH13 3.3 文献标识码: A 文章编号: 16 72- 54 5X 2 008) 01- 01 01- 02 (