改性尼龙水润滑轴承摩擦学性能试验研究

针对舰艇推进系统用水润滑轴承低噪声设计需求,研制改性尼龙（PA）的轴承材料及轴承样机,利用多功能摩擦磨损试验机对改性PA材料样品进行摩擦学性能试验,并与丁腈橡胶和赛龙SXL材料的摩擦学性能进行对比;在水润滑轴承试验台上开展PA轴承样机转速特性试验和载荷特性试验,获取不同比压和转速下摩擦因数和振动特性数据。研究结果表明：与丁腈橡胶和赛龙SXL材料相比,改性PA材料具有摩擦因数小、磨损率低的优点;低转速下,水润滑轴承摩擦因数随转速增大而减小,随比压增大而增大,转速增加至100 r/min后,摩擦因数变化趋势逐渐减缓;在工作转速范围内改性PA材料水润滑轴承无异常摩擦振动和噪声。研究结果为舰艇低噪声水润滑艉轴承设计提供参考。     

几种水润滑轴承摩擦学性能的研究

利用摩擦试验机对3种水润滑轴承材料进行摩擦研究,对比水润滑下不同载荷和转速的摩擦因数。并通过干摩擦实验对水润滑轴承材料进行考核,对水润滑轴承材料的断水安全性能进行评价。结果表明:3种水润滑轴承材料的摩擦特性均为典型的Stribeck曲线,在高载荷下均具有较好的性能,摩擦因数相差不大。国产水润滑轴承材料具有良好的干摩擦性能。国产水润滑轴承材料在摩擦性能方面已经达到甚至超越了国外同类产品。     

进水温度对水润滑轴承润滑特性的影响

为研究进水温度变化对水润滑轴承润滑特性的影响,采用有限差分法建立水润滑轴承弹流润滑模型,分析不同进水温度和载荷条件下水润滑轴承润滑特性的差异,并且通过试验验证摩擦因数的变化规律。研究发现：随着进水温度升高,轴承的水膜压力下降,但在水膜压力峰区域最大水膜压力升高、最小水膜厚度减小、偏心率增大,表明进水温度升高对润滑性能有着负面影响;在相同的载荷和转速下,轴承摩擦因数随着进水温度升高而下降,且高载荷下进水温度对摩擦因数的影响更大。通过试验发现进水温度越高对摩擦因数变化的影响越大,不同进水温度下载荷越低,载荷的变化对摩擦因数变化量的影响越大。     

UHMWPE基水润滑尾轴承润滑特性仿真及试验研究

针对UHMWPE基高分子复合材料水润滑轴承的润滑特性开展研究。采用双向流固耦合算法研究弹性模量和泊松比等材料参数以及转速、负载等工况参数对水润滑轴承偏心率、最大水膜压力、轴承最大变形量、最小水膜厚度、摩擦因数等润滑特性的影响。基于改性UHMWPE高分子复合材料轴承的试验,验证了仿真方法的正确性。研究表明:计入弹性变形的流固耦合算法在研究高分子复合材料轴承性能方面具有更高的精度;随轴瓦材料弹性模量和泊松比的增大,轴承承载力逐渐增大、弹性变形量逐渐减小;随负载增大,轴承最大水膜压力和最大变形量基本呈线性增长;随转速增大,轴承最大水膜压力和轴承最大变形量显著减小;对于高分子复合材料轴承,低速、重载工况下不计入弹性变形的算法误差更大。     

二硫化钼改性水润滑尾轴承摩擦磨损性能研究

以橡塑复合材料为基体,将纳米和普通二硫化钼添加到基体材料中,制备一种水润滑橡塑复合尾轴承材料。通过试验探究复合轴承材料在不同载荷和转速下的摩擦磨损性能。试验结果表明:在相同载荷下,复合材料摩擦因数随着转速的升高先逐渐降低并最终趋于稳定,在相同转速下,复合材料摩擦因数随着载荷的升高而逐渐降低;复合材料摩擦因数随着二硫化钼添加量的增加先降低后升高,且纳米复合轴承材料的摩擦因数都要低于普通复合材料;二硫化钼改善了材料的摩擦性能,但没有改善材料的耐磨性;改性复合材料的磨损形式属于黏着和磨粒磨损。     

水润滑橡胶轴承摩擦性能及润滑状态的实验研究

为了研究载荷、转速及其交互作用对水润滑轴承摩擦性能的影响,在MPV-20D屏显式摩擦磨损实验机上进行实验,测定轴承在清水、含沙量为0.5%和3%三种工况下,不同转速和载荷时的摩擦因数,并对实验结果进行等重复双因素方差分析。结果显示,转速和载荷均对轴承摩擦性能有着显著影响,其中以转速最为明显;含沙量为0.5%和3%的工况中交互作用对轴承摩擦性能的影响也较为显著,在相关轴承的设计和研究中应当充分考虑这几个因素的影响;此外,还根据实验数据绘制了Streibeck曲线,以研究水润滑橡胶轴承润滑状态的变化情况。     

水润滑橡胶轴承的制备及摩擦磨损性能研究

以丁腈橡胶(NBR)为基体,制备水滑润橡胶轴承;研究填料、载荷、转速、润滑介质、NBR品种等因素对橡胶轴承在水润滑介质中的摩擦磨损性能的影响,并分析其摩擦和磨损机制。结果表明,炭黑量和二硫化钼添加量明显影响橡胶轴承的摩擦因数和磨损量;随着载荷的增大,橡胶轴承的摩擦因数和磨损量均呈现先增大后减小再明显增大的趋势;随着转速的增大,橡胶轴承的摩擦因数和磨损量均明显减小,并且在海水中的摩擦因数和磨损量均大于在淡水中的摩擦因数和磨损量。     

水润滑橡胶轴承摩擦磨损性能的研究

以丁腈橡胶（ＮＢＲ） 为基体,制备水滑润橡胶轴承;研究填料、载荷、转速、润滑介质、ＮＢＲ品种等因素 对橡胶轴承在水润滑介质中的摩擦磨损性能的影响,并分析其摩擦和磨损机制。结果表明,炭黑量和二硫化钼添加量明 显影响橡胶轴承的摩擦因数和磨损量;随着载荷的增大,橡胶轴承的摩擦因数和磨损量均呈现先增大后减小再明显增大 的趋势;随着转速的增大,橡胶轴承的摩擦因数和磨损量均明显减小,并且在海水中的摩擦因数和磨损量均大于在淡水 中的摩擦因数和磨损量。     

极端工况下不同水润滑轴承材料摩擦磨损性能对比研究

在干摩擦工况下模拟水润滑膜严重破坏的极端情况,研究未经改性聚四氟乙烯(PTFE)、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)和聚醚醚酮(PEEK)3种材料在不同转速和载荷下的摩擦磨损性能。结果表明:干摩擦工况下UHMWPE材料具有优异的耐磨性和良好的自润滑性能,压力对摩擦因数影响比转速大;PTFE材料具有稳定的摩擦因数,压力和转速对摩擦因数影响明显,耐磨性较差;PEEK材料摩擦因数较大,且相对容易受转速和压力变化的影响,但具有良好的耐磨性能。综合分析,在极端工况下UHMWPE的适应能力最好,PEEK次之, PTFE最差。     

改性UHMWPE水润滑轴承材料摩擦磨损性能研究

以超高分子量聚乙烯为基体,用纳米二硫化钼和氟橡胶对其进行改性,制备一种新型复合UHMWPE水润滑轴承材料。在轴系试验台SSB-100上,研究复合UHMWPE材料在不同转速下的摩擦磨损性能,并分析其磨损形貌。结果表明,采用纳米二硫化钼改性UHMWPE时并不能有效改善其摩擦性能;采用氟橡胶改性时UHMWPE复合材料的摩擦因数呈现整体下降、局部波动的趋势,并在氟橡胶质量分数为20%时摩擦因数最低;二硫化钼和氟橡胶协同改性UHMWPE材料的摩擦因数随着二硫化钼和氟橡胶含量的升高而逐渐下降,其中纳米二硫化钼质量分数为8%、氟橡胶质量分数为16%的材料摩擦性能和磨损性能都达到最优。     

考虑粗糙度时不同衬层材料水润滑轴承润滑特性比较*

以水润滑轴承为研究对象,考虑表面粗糙度的影响,针对丁腈橡胶（NBR）、赛龙、飞龙、超高分子量聚乙烯(UHMWPE)4种新型非金属衬层材料建立润滑数学模型,并推导水膜厚度方程;采用有限差分法,研究考虑实际表面粗糙度时4种新型衬层材料的衬层变形、水膜厚度和水膜压力的变化规律,分析最大水膜压力和承载力随转速的变化,并与表面光滑轴承进行对比。结果表明：考虑表面粗糙度时水润滑轴承的衬层变形和水膜厚度均呈波状分布,衬层变形减小,最小水膜厚度变薄,而水膜压力有轻微的局部突变,最大水膜压力增大,承载力下降;4种材料的变形量和最小水膜厚度由大到小均依次是NBR、赛龙、飞龙、UHMWPE,水膜压力由大到小依次是UHMWPE、飞龙、赛龙、NBR。在相同工况下,NBR衬层材料比其他3种衬层材料相对容易形成润滑水膜,而UHMWPE衬层材料可以保证系统承受较大的承载力。研究结果对水润滑轴承材料选型和加工装配有一定的参考意义。     

水润滑赛龙轴承综述

赛龙以其抗冲击、耐泥砂、耐磨损、承载力高而逐渐成为一种新兴的水润滑轴承材料。文中简单介绍了水润滑赛龙轴承材料的分类,论述了水润滑赛龙轴承的发展现状以及其结构、特性和优点,并阐述了水润滑赛龙轴承的推广应用前景和研究现状。     

网状表面织构对水润滑轴承摩擦磨损性能的影响

为研究网状表面织构对水润滑轴承摩擦性能的影响,利用ANSYS对布置有不同密度和深度的轴承模型进行流固耦合仿真,研究不同网纹条件下水膜的承载能力;使用3D打印技术制备不同深度与密度的网状纹理的试样,使用CBZ-1摩擦磨损试验机进行摩擦试验并实时采集摩擦因数,利用表面轮廓仪对试样磨损表面的形貌进行观测.仿真结果表明:在忽略...     

Friction and wear behaviour of Thordon XL and LgSn80 in sliding against plasma-sprayed Cr2O3 coatings

This paper studies the friction and wear behaviour of two important bearing materials, Thordon XL and LgSn80, in dry and lubricated sliding vs. plasma-sprayed Cr₂O₃ coatings. As a reference, AISI 1043 steel is also studied under the same conditions. SEM, EDS and surface topography were employed to study the wear mechanisms. The results indicate that the Thordon XL/Cr₂O₃ coating pair gives the lowest dry friction coefficient (0.16) under a normal load of 45.3 N (pressure 0.453 MPa) at a velocity of 1 m/s. The dry friction coefficient of Thordon XL/Cr₂O₃ coating increases to 0.38 under a normal load of 88.5 N (pressure 0.885 MPa). The dry friction coefficients of the LgSn80/Cr₂O₃ coating are in the range of 0.31–0.46. Secondly, both dry wear rate under low normal load (45.3 N) and lubricated wear rate under a load of 680 N for Thordon XL are lower than those of LgSn80 in sliding against plasma-sprayed Cr₂O₃ coatings at a speed of 1 m/s. However, under a normal load of 88.5 N the dry wear rate of Thordon XL is much higher than that of LgSn80. Thirdly, a high viscosity lubricant (SAE 140) leads to lower wear for Thordon XL and LgSn80 than a low viscosity lubricant (SAE 30). Finally, the dominating wear mechanism for Thordon XL is shear fracture when against the plasma-sprayed Cr₂O₃ ceramic coating. For LgSn80 against plasma-sprayed Cr₂O₃ ceramic coating, abrasive wear is the governing failure mechanism.     

复合材料水润滑艉轴承结构设计研究

基于ANSYS CFX流固耦合数值计算方法,对水润滑复合材料艉轴承的润滑性能及结构设计开展研究,阐述了不同水槽结构、间隙比、长径比、直径等对轴承承载力以及水膜压力、轴承变形量、最小水膜厚度、轴承摩擦因数的影响规律。并利用水润滑轴承试验台研究了不同水槽结构对轴承启动摩擦转矩、转变速度以及摩擦因数的影响。研究表明,轴承摩擦因数、水膜最大压强、轴承最大变形随水槽数增多而增大;轴承承载力、最小水膜厚度随间隙比增大而减小,随长径比增大而增大。总结了直径为100~500 mm、长径比为2~3、间隙比为0.1%~0.2%的水润滑艉轴承承载力的变化规律,为水润滑艉轴承设计提供一定的理论依据。     

水凝胶/热塑性聚氨酯复合材料在水润滑条件下的摩擦学性能

为提高水润滑轴承的承载能力，利用水凝胶在水润滑条件下的水合作用来改善热塑性聚氨酯（TPU）轴承材料的摩擦学性能。利用聚乙烯醇、海藻酸钠、壳聚糖等材料制备水凝胶颗粒，并通过熔融共混法制备水凝胶/TPU复合材料；在0.3和0.5 MPa的载荷下测试复合材料的摩擦磨损性能，利用激光干涉表面轮廓仪和扫描电子显微镜观察其磨损表面形貌，分析其磨损机制。结果表明：水凝胶微粒可以通过水合润滑改善摩擦副的润滑条件，从而降低摩擦因数和磨损量，提高复合材料的摩擦性能；水凝胶质量分数4%时复合材料具有最佳的摩擦磨损性能，其在0.3和0.5 MPa工况下相对于TPU试样的平均摩擦因数减少率分别为52.31%和43.94%。研究结果为开发高性能水润滑轴承材料提供了一种方法。     

An Analysis and Comparison of the Tribological Behavior of Two Polymers Sliding Against a Polymeric Composite

Two polymers, ultrahigh-molecular-weight polyethylene (UHMWPE) and polycarbonate, were slid dry against continuous fiber graphite/epoxy composites in multiple-pass friction and wear tests. High and low valves of load, speed, fiber orientation, and virgin surface roughness were used to find their effect on the coefficient of friction and wear rate. Regression equations were developed from the data to help describe the effects of various independent variables. For the total distance slid of 176 m, there was no significant effect of sliding speed on coefficient of friction. The coefficient of friction for UHMWPE was found to depend on surface roughness and fiber orientation. For polycarbonate, the coefficient of friction was very complex, containing a three-factor interaction between normal load, surface roughness, and fiber orientation. The wear rate for UHMWPE was a function of normal load, surface roughness, and a nonlinear term in normal load and surface roughness. The wear rate for polycarbonate was significantly affected by all variables except fiber orientation.     

水润滑复合橡胶轴承的摩擦学特性试验研究

以自来水为润滑介质 ,用 MPV- 2 0 0型摩擦磨损试验机分别研究了载荷、速度、运行时间等对 30 mm× 5 0mm复合橡胶轴承的摩擦系数和磨损率的影响 ,结果表明 :在较高载荷和较低转速下 ,形成了水膜动压润滑 ,轴承的摩擦系数和磨损率都较低。对作用机理进行了系统的分析 ,为水润滑橡胶轴承的实际应用提供理论依据     

Marine Propeller Shaft Bearings under Low-Speed Conditions: Water vs. Oil Lubrication

Abstract

The bearings used in shipbuilding, hydropower, and water pumps have undergone a metamorphosis in recent decades. Due to environmental regulations, lubrication with grease or mineral oil is prohibited. Thus, the standard solutions include water-lubricated bearings with polymer bushings or sealed systems lubricated with oil. When properly designed, assembled, and operated, bearings can operate reliably for years. However, specific operating conditions, such as a low rotational speed of the shaft, may result in intensive wear and premature failure. In this study, four sliding bearings approved for use in shipbuilding were experimentally tested. The test results showed that the choice of the bearing type has a key effect on friction during low-speed operation. Some of the tested bearings had significant static friction with intense slip–stick phenomena; they should not be used in applications requiring low-speed operation.