论文总字数：21047字

摘 要

船舶尾轴承是支撑船舶轴系的旋转体。它的可靠性直接影响着船舶的经济性和安全性。船舶轴系由传动轴（中间轴，推力轴，螺旋桨轴和连接轴与轴用的联轴器），轴承（中间轴承，推力轴承和尾轴承），和其他一些附件构成。其中，尾轴用来支撑螺旋桨轴，它是船舶轴系的重要组成部分。研究尾轴承的材料摩擦磨损特性，具有非常重要的实际意义。

本文以热塑性聚氨酯材料（TPU）为实验对象，主要研究以它为制作材料的尾轴承在不同载荷，不同温度，不同热老化状态下的摩擦磨损特性。利用摩擦系数、磨损量、表面形貌等参数。对比分析热塑性聚氨酯材料（TPU）为尾轴承在不同热老化状态对摩擦磨损特性的影响。研究结果表明不同老化温度及时间对TPU材料的摩擦磨损性能具有明显影响，其摩擦形式也有不同。且高载荷条件下，导致老化试样摩擦性能更容易恶化。

本文的特色：利用真空恒温干燥箱得到符合试验要求的试样，在 CBZ-1船舶轴系摩擦磨损试验机上进行摩擦磨损试验，最后借助超景深显微镜，表面轮廓仪，扫描电镜SEM等工具对摩擦后的试验材料进行表面形貌的观测和分析，使试验结果更直观。结合试验数据和表面形貌图片总结出不同热老化状态下的摩擦现象和规律。

关键词：尾轴承；热塑性聚氨酯；磨损；热老化

Abstract

The stern bearing is the rotating body supporting the ship shafting. Its reliability directly affects the economy and safety of ships. The ship shafting consists of a drive shaft (intermediate shaft, thrust shaft, propeller shaft and coupling for connecting shaft to shaft), bearings (intermediate bearing, thrust bearing and tail bearing), and other accessories. Among them, the propeller shaft is used to support the propeller shaft, which is an important part of ship shafting. It is of great practical significance to study the friction and wear characteristics of the tail bearing.

This paper takes thermoplastic polyurethane (TPU) as the experimental object, and mainly studies the friction and wear characteristics of the tail bearing made of it under different loads, different temperatures and different thermal aging states. Using friction coefficient, wear, surface morphology and other parameters. The influence of thermoplastic polyurethane material (TPU) on the friction and wear characteristics of the tail bearing in different thermal aging states was analyzed. The results show that different aging temperature and time have obvious influence on the friction and wear performance of TPU material, and the friction form is also different. Moreover, under high load conditions, the friction performance of the aging sample is more likely to deteriorate.

This article features: meet the requirements of the test specimens are obtained by vacuum constant temperature drying box, ship shafting in CBZ - 1 friction and wear testing machine to carry on the friction and wear test, finally using super depth, surface contourgraph, scanning electron microscopy, SEM and other tools to test materials after the friction surface morphology observation and analysis, make the results more intuitive. Based on the test data and the surface topography, the friction phenomena and laws under different thermal aging conditions are summarized.

Keywords: Stern bearing; Thermoplastic polyurethane; Wear; Thermal aging

目 录

第一章 绪论 1

1.1水润滑轴承简介 1

1.2研究目的及意义 1

1.3国内外研究现状分析 1

1.3.1国内研究现状分析 1

1.3.2国外研究现状分析 3

1.4本文主要研究内容 5

第二章 试验设备及方案 6

2.1前言 6

2.2 CBZ-1船舶轴系摩擦磨损设备 6

2.3磨损质量测量设备 7

2.4恒温真空干燥箱 8

2.5 VHX-2000超景深显微镜 8

2.6表面轮廓仪 9

2.7扫描电镜SEM 10

2.8 技术路线 10

2.9 本章小结 11

第三章 热老化对TPU材料摩擦学性能影响的研究 12

3.1前言 12

3.2试验设计 12

3.2.1试验材料 12

3.2.2 试验仪器 13

3.2.3 试验条件 13

3.2.4试验测试 13

3.3 试验结果 13

3.3.1热老化对摩擦系数的分析 13

3.3.2热老化对TPU磨损量的分析 15

3.3.3热老化TPU水润滑轴承材料磨损形态分析 17

3.4摩擦机理分析 18

3.5本章小结 20

第四章 结论与展望 22

4.1结论 22

4.2展望 22

致 谢 23

参考文献 24

第一章 绪论

1.1水润滑轴承简介

船舶轴系是将主机的动力转移到螺旋桨的系统。然后将螺旋桨产生的推力转移到船体，实现船舶的推进任务。它由传动轴包括“中间轴、推力轴、传动轴和连接轴与轴的联轴器”、轴承包括“中间轴、推力轴承和尾轴承”等附件组成。其中，尾轴用于支撑尾轴，尾轴是船舶轴系的重要组成部分。与油润滑轴承相比，水润滑轴承具有许多天然的优点。水润滑轴承采用水作为润滑剂，不需要考虑渗漏造成的污染，具有天然的环保优势。水润滑轴承还具有结构简单、安全性高、节约资源等优点。因此，水润滑轴承已成为船舶尾轴承的主要轴承形式。热塑性聚氨酯（tpu）属于热塑性弹性体的一类，它提供橡胶的机械性能和热塑性聚合物的可加工性，使其可回收利用。由于其优异的韧性、耐用性和易加工性，TPU广泛应用于汽车工业和体育器材等领域。因为聚氨酯弹性体是介于橡胶和塑料两者间的一类高分子材料，所以它耐油，耐水，耐磨，机械强度高，加工性能好，因此被广泛运用于各种工业制造中。

1.2研究目的及意义

TPU水润滑尾轴承工作环境恶劣，在船舶的长时间航行中，受高低温，高载荷，低转速等影响较大。造成尾轴承失效的主要原因可分为两部分。一方面，船舶螺旋桨悬挂在尾轴轴承上，在重力作用下易引起形变，于是造成轴承和螺旋桨的旋转重心不在同一条直线上，最后导致轴承出现更大的形变。另一方面，尾轴承的温度过高。出现温度过高的情况主要是由于摩擦磨损严重所导致的。尾轴承在工作中磨损严重，其表面必定发热，尽管有水介质作冷却剂但仍无法阻止温度异常升高。从而使尾轴承长时间处于一个高温加速老化的过程。不同工作状态下的尾轴承所处的热老化状态必然不同，且随着使用时间的增加热老化状态必然随之增加，所以就热老化对TPU水润滑尾轴承的性能影响所做出的分析有助于延长它的使用寿命，具有十分重要的实际价值和意义。

1.3国内外研究现状分析

1.3.1国内研究现状分析

国内有许多科研人员就热塑性聚氨酯弹性体橡胶的老化与防老化及改善措施都有相关的研究。在李慧慧《热塑性聚氨酯弹性体结构及其老化性能的研究》^[8]中指出，聚氨酯的热降解主要是因为分子链化学键随温度的升高而氧化，使得聚合物化学键断裂，物理性能下降。其中，在热老化初期材料强度变化不大，随着老化时间继续增加，材料强度迅速下降，之后下降缓慢。

杨慧在《热塑性聚氨酯弹性体的老化与防老化研究》^[14]中指出，温度升高对TPU老化程度的推进，比时间延长所带来的效果更加明显。这是由于在热氧加速的老化过程中，它的主要变化集中在TPU的硬段部分，它的氨酯基水解生成伯胺，通过更进一步的反应生成了缩二脲基,有研究表明TPU在紫外光下老化, 其化学结构无明显变化, 但随老化时间的延长, 氢键化的氨酯基增多, 氢键含量增大, 仅少量氨酯键断裂, 生成烯胺, 导致外观变黄。^[15]

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