ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｖａｌｕｅ ｉｓ ｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ １～ ５ ｍ／ｓ ｌｉｎｅａｒ ｉｎｔｅｒｖａｌ．Ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｈａｓ ｓｍａｌｌ ｅｒｒｏｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ

  ｅｌｅｍｅｎｔ ｓｏｆｔｗａｒｅ ＡＮＳＹＳ．Ｉｔ ｇｅｔｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ

  ｌｏａｄ．Ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ａｌ ｅ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｗｉｔｈ ａｕｇｍｅｎｔｉｎｇ ｏｆ ｔｈｅ

  ３．水润滑轴承的试验根据结果得出，在不同载荷、速度下的摩擦因数曲线形状 与Ｓｔｒｉｂｅｃｋ曲线 ｍ／ｓ线速度区间，测试值和理论计算结果趋势一 致；在不同静载荷下，测试得到的轴承变形量与理论计算结果误差较小。

  本文以水润滑轴承为研究对象，分别对凹面型、平面型、凸面型三种轴承 结构及形式进行理论和试验研究，探讨轴承结构及形式对轴承摩擦特性的影响，揭 示其润滑机理。研究取得以下成果：

  １．在基于刚性的水润滑轴承数值计算中，分别对三种不同板条结构及形式轴 承进行了润滑性能数值计算。计算根据结果得出，在不同板条结构及形式中，偏心率、 最大液膜压力、最小液膜厚度和摩擦因数等主要润滑性能参数都随着载荷、速 度等参数的变化具有相同的变化趋势；凹面型轴承承载能力最大，平面型轴承 次之，凸面型轴承最小。

  水润滑轴承在环保、节能、可持续发展等方面有巨大的发展的潜在能力。水润滑 轴承以水为润滑和工作介质，减少了以油为润滑介质的传统轴承对环境的污染， 能节约大量的油料；同时水具有无污染、来源广泛、节省能源、安全性和难燃 性等优点，能降低和减少摩擦副运动而产生的磨损、冲击、噪声、无功能耗等 问题，在很多场合都可以用它来代替油，是一种有着广阔发展前途的润滑介质。 如何利用天然水替代矿物油作为各种物理运动和流体动力系统的工作介质，以 达到高效率节约能源和环境保护的目的，是物理运动系统研究领域的一个重要方面， 已引起了人们的普遍关注，并变成全球工业发达国家竞相研究的一个热点，水 润滑轴承也因此变成全球各国关注的对象。

  ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ ｐｌａｃｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｘ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｔａｋｅｓ ｔｈｅ ｌｅａｓｔ．

  ２．Ｉｎ ｔｈｅ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｃｏｎｔａｃｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｂｅａｒｉｎｇ，ｃｏｎｔａｃｅ

  ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｐｒｏｃｅｅｄｅｄ ｕｓｉｎｇ ｆｉｎｉｔｅ

  本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留交向国家相关部门或机构送交论文的复印件和电子版， 允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，能够使用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务。

  武汉理工大学 硕士学位论文 船用水润滑轴承数值计算及结构优化 姓名：梁强 申请学位级别：硕士 专业：轮机工程 指导教师：刘正林

  水具有来源广泛、安全性和难燃性等优点。水润滑轴承以水为润滑介质， 能节约大量的油料和贵重有色金属，减少传统油轴承对环境的污染，以及提 高水下航行器的隐蔽性，因此丌展水润滑轴承研究不仅满足“环境友好”和“资 源节约＂的“两型社会”建设的需要，也符合我国国防建设需求，具备极其重大的 理论意义和工程应用价值。

  ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｂｅａｒｉｎｇ ｂａｓｉｎｇ ｏｎ ｒｉｇｉｄ，

  ｔｈｒｅｅ ｄｉ行ｅｒｅｎｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｆｏｒｍｓ ｏｆ ｂｅａｒｉｎｇ ｌａｔｈ ａｒｅ ｐｒｏｃｅｅｄ ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ

  ｐｌａｎａｒ，ｃｏｎｖｅｘ ｓｕｒｆａｃｅ．Ｔｈｅ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｂｙ ｔｈｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ

  ｉｓ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ，ａｎｄ ｉｔｓ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｉｓ ｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｔａｉｎ ｔｈｅ

  ｔｈｅ ｓｅｃｏｎｄ，ｔｈｅ ｃｏｎｃａｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｉｓ ｔｈｅ ｍｉｎｉｍｕｍ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｔｈｅ ｐｌａｎａｒ ｂｅａｒｉｎｇ ｂｏｔｔｏｍ ａｆｔｅｒ ｄｅｆｏｒｍｅｄ ｔｒｅｎｄｓ ｔｏ ｂｅｃｏｍｉｎｇ ｔｈｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｃｏｎｃａｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｂｏｔｔｏｍ．

  ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｉｔｓ ｍａｉｎ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｎｇ ｐｒｏｐｅｒｔｙ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ

  ｗｈｉｃｈ ｃｏｎｔａｉｎ ｆａｃｔｏｒ ｏｆ ｅｃｃｅｎｔｒｉｃｉｔｙ，ｍａｘｉｍｕｍ ｐｒｅｓｓ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ｓｈｅｅｔ，ｍｉｎｉｍｕｍ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ ｏｆ ｌｉｑｕｉｄ ｓｈｅｅｔ ａｎｄ ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｃｈａｎｇｅ ｗｉｔｈ ｌｏａｄ ａｎｄ ｖｅｌｏｃｉｔｙ．Ｔｈｅ ｃａｒｒｙｉｎｇ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｃｏｎｃａｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｉｓ ｍａｘｉｍｕｍ，ｔｈｅ ｐｌａｎａｒ ｂｅａｒｉｎｇ ｔａｋｅｓ

  本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及 取得的研究成果。尽我所知，除了文中特－３１Ｊｉｊｎ以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 武汉理工大学和其它教育学习管理机关的学位和证书而使用过的材料。与我一 同工作的同志对本研究所作的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示了感谢。

  ３．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ－ｌｕｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｔｅｓｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈｅ ｃａｒｖｅ ｓｈａｐｅ ｏｆ

  ｆｒｉｃｔｉｏｎ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｉｓ ｓｉｍｉｌａｒ ｗｉｔｈ Ｓｔｒｉｂｅｃｋ ｓｈａｐｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｖａｌｕｅｓ ｏｆ ｌｏａｄｓ ａｎｄ

  ２．在水润滑轴承有限元接触分析中，应用有限元软件ＡＮＳＹＳ分别对不同 板条结构及形式的轴承进行接触仿真计算。计算结果还表明，三种轴承的垂向位 移都随着载荷的增大而增大，基本都呈线性分布；在相同载荷下，凸面型轴承 垂向位移最大，平面型次之，凹面型最小；随着载荷的增大，平面型轴承下底 板的变形形状与凹面型轴承下底板形状相似。

  水润滑轴承是以水为润滑介质的。水的粘度低，仅为油的１／１００～＂１／２０，具 有摩擦阻力小，摩擦因数低等优点，但水膜承载能力要比油膜低，一般认为只 有在高速、轻载的条件下才能形成流体动压润滑，而在启动和停机工作速度有 所变化的情况下，轴承则往往处于边界润滑和干摩擦状态，因此要求水润滑材 料应具有低摩擦冈数，以保证在边界润滑和干摩擦条件下安全运作【ｌ】。

  ｒｅｓｕｌｔ ｏｆ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｓｔａｔｉｃ ｌｏａｄｓ．

  Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｗａｔｅｒ－ｌｕｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｅａｒｉｎｇ；ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｓｔｙｌｅ；ｃｏｎｔａｃｔ ａｎａｌｙｓｉｓ；ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ

  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ；ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ

  水润滑轴承的优越性主要体现在：①购买和使用成本低。地球上有着非常丰富 的水资源，用水替代油作润滑介质，既：节约了能源，又节省了购买、运输、储 存油液所需的费用和麻烦；②环境友好。矿物油作润滑介质对环境的污染是众 所周知的严重问题，泄漏的油液使空气中充满异味，工作环境和旁边的环境变得 恶劣，使用过的废液必须回收处理。用水作摩擦副润滑介质，工作场所清洁， 对环境没有一点危害。由于水的比热容大，对于摩擦发热的冷却效果比油好； ③易维护保养。用水作介质的摩擦副系统的维护保养十分便捷，清洁、维护成 本比油介质系统低；④阻燃性好。水不会燃烧，而且本身是一种优良的灭火介 质，安全性好。而油液在高温、明火下很容易燃烧而可能会引起恶性事故。但水 润滑轴承还存在一些缺点，水尤其是海水有较强的锈蚀作用，纯水的导电性比 普通润滑油高数亿甚至数百亿倍，它能引起绝大多数金属材料的电化学腐蚀和

  Ｗａｔｅｒ ｈａｓ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ ｏｆ ｅａｓｙ ｔｏ ｇｅｔ，ｓａｖｅ ｅｎｅｒｇｙ，ｎｏｎ’ｉｇｎｉｔｅ ｅｔｃ· Ｗａｔｅｒ－ｌｕｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｔａｋｅｓ ｗａｔｅｒ ａｓ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｖｅ ｍｅｄｉｕｍ．Ｉｔ ｒｅｄｕｃｅｓ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｃｏｍｐａｒｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ｂｅａｔｉｎｇ ｔａｋｉｎｇ ｏｉｌ ａｓ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｖｅ ｍｅｄｉｕｍ．Ｉｔ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓａｖｅｓ ｖａｓｔ ｏｉｌ ａｎｄ ｐｒｅｃｉｏｕｓ ｍｅｔａｌ，ａｖｏｉｄｓ ｌｅａｋａｇｅ ｏｆ ｏｉｌ ｔｏ ｍａｋｅ ｗａｔｅｒ ｐｏｌｌｕｔｅｄ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｅ１１ｈａｎｃｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅａｌｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｖｅｈｉｃｌｅ．Ｓｏ ｅｘｐｌｏｉｔｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ｗａｔｅｒ－ｌｕｂｒｉｃａｔｅｄ ｂｅａｒｉｎｇ ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｓａｔｉｓｆｉｅｓ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｓＯＣｉｅｔｙ ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｍａｄｅ ｕｐ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｆｒｉｅｎｄｌｙ ｓｏｃｉｅｔｙ ａｎｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅ‘ｓａｖｉｎｇ ｓｏｃｉｅｔｙ．，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｓ ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｎｅｅｄｓ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｏｕｒ ｎａｔｉｏｎａｌ ｄｅｆｅｎｓｅ．Ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅ ａｎｄ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

  Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔａｋｉｎｇ ｔｈｅ ｗａｔｅｒ ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ｂｅａｒｉｎｇ ａｓ ｔｈｅ ｏｂｊｅｃｔ，ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｒｅ ｐｒｏｃｅｅｄｅｄ ｉｎ ｔｈｒｅｅ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ ｃｏｎｃａｖｅ ｓｕｒｆａｃｅ，

  ｖｅｒｔｉｃａｌ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｌｏａｄ ａｒｅ ｓｔｒａｉｇｈｔ—ｌｉｎｅ．Ｉｎ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｌｏａｄ．ｔｈｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ

  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｘ ｓｕｒｆａｃｅ ｂｅａｒｉｎｇ ｉｓ ｔｈｅ ｍａｘｉｍｕｍ，ｔｈｅ ｐｌａｎａｒ ｂｅａｒｉｎｇ ｔａｋｅｓ