采用Fortran编程语言,建立了水润滑径向轴承的数值模型。计算了半径间隙为0.8~1.3 mm之间、偏心率为0.2~0.9之间的各重要轴承性能参数。计算结果表明,随着半径间隙的增大,水膜压力在Y=0截面与θ=180°截面上均会降低,水膜厚度在两个截面上均会增大,但在周向方向最小膜厚处差异很小,在轴向方向无变化。同时,随着偏心率的增大与半径间隙的减小,最大水膜压力与承载力会增大,而最小水膜厚度与摩擦因数会减小。

水润滑滑动轴承是高压海水泵关键配对副,由于水介质的弱润滑性,轴承副存在严重的摩擦发热,进而引发热卡滞等问题。考虑轴承接触表面沟槽不同构形,建立了轴承的承载与散热模型,研究沟槽数量和形状对润滑支撑和散热的影响。仿真表明:四沟槽轴承的最大温升为39.14℃,八沟槽轴承的最大温升为24.77℃,两者相差36.7%,随着沟槽数量的增加,轴承散热性能得到优化;随着沟槽数量增加,轴承内表面的最大接触应力和变形量也随之增加,相较于四沟槽轴承,八沟槽轴承的最大接触应力增加了5%,最大变形量上升了12%。因此,综合考虑沟槽结构对轴承整体支撑性能和散热作用的影响,设计双向六沟槽螺旋结构,实现海水泵轴承副内循环冷却。

介绍了所设计的基于虚拟仪器技术的水润滑轴承摩擦磨损实验机。该系统除了具有传统水润滑轴承试验机的功能外，在实验机的测量和控制过程中还采用了“虚拟仪器”技术。该实验机已经应用于尼龙轴承极限值的检测中，并且取得了良好的效果。

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。

建立了计入轴承内表面微沟槽形貌的水润滑轴承混合润滑(Mixed-EHDL)数值计算模型,着重研究了不同运行工况下,半椭圆形、矩形、等腰三角形、左三角形、右三角形等多种微沟槽形貌对水润滑轴承混合润滑特性的影响.研究表明在所有微沟槽形貌中,混合润滑性能与承载性能优劣排序依次为右三角形、等腰三角形、左三角形、半椭圆形、矩形;在弹流润滑阶段,微沟槽形貌对水润滑轴承摩擦系数几乎无影响,而在混合润滑阶段,不同微沟槽形貌下接触载荷以及摩擦系数之间的差异随转速的增加呈现出先增大后减小最后趋于统一的规律性;在承载区,由于沟槽内水膜增压能力以及抽吸作用的不同引起了水润滑轴承混合润滑性能的差异,其中右三角形表现最优,而矩形最差.

针对水润滑高碳铬不锈钢轴承套圈常用材料G102&18M。的钝化及去氢处理工艺进行了试验分析,确定了合适的不锈钢套圈的钝化处理及去氢处理工艺,该工艺能够显著提高水润滑轴承套圈的耐腐蚀性能,有效避免氢脆的发生,且套圈硬度保持不变。

扬州头桥水厂取水泵房采用了立式混流泵,水泵的水润滑导轴承常年浸没在水中,工作环境差,特别是夏天长江排洪期间,原水浊度高,含沙量大,水润滑导轴承因磨损经常被更换,给生产带来安全隐患。课题组对水润滑导轴承的材料、轴承结构进行认真研究,借鉴别人的成功经验,选用赛龙材料、调节材料配比、优化轴向开槽尺寸。经过改造、试验后的混流泵已经历了两个高温供水季节,连续工作时间已超过5000小时,目前水泵运行平稳,状态良好。

综合考虑水润滑橡胶轴承不同开槽结构的润滑特性,设计出一种具有混合槽结构的橡胶轴承。采用有限元法建立了水润滑橡胶轴承双向流固耦合模型,研究不同沟槽结构对橡胶衬层变形、水膜压应力分布以及流场速度分布的影响,结果表明,混合槽结构综合了U形、V形和T形槽结构的各方面优势,能够改善水润滑橡胶轴承的流体润滑特性。

以船舶水润滑轴承为研究对象,建立水润滑轴承双向流固耦合模型,采用有限元法研究偏心率为0.6时,赛龙、飞龙、丁腈橡胶和超高分子聚乙烯4种不同衬层材料水润滑轴承的润滑特性。研究结果表明转速一定时,4种衬层材料沿轴向和周向的衬层变形分布较为一致,其中丁腈橡胶衬层的变形最大;4种衬层材料沿轴向和周向的压力分布趋势也较为一致,最大的压力值均出现在210°~270°之间,同时在270°~30°之间水膜压力波动较大。4种衬层材料的摩擦因数均随转速的增大呈现先增大后减小的趋势,其中丁腈橡胶的摩擦因数最大,超高分子聚乙烯的摩擦因数最小。

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。