1.1 选题的目的及意义

水润滑轴承的优势：尾轴承是船舶推进轴系的重要组成部分，起着支撑轴系和螺旋桨的作用。尾轴承润滑方式有水润滑和油润滑，油润滑由于油的粘度较高，容易形成油膜，承载能力大。但油的泄漏会对环境造成污染，成本较高，且结构比较复杂，所以越来越多的船舶尾轴承采用水润滑。随着水润滑理论的研究不断深入和日趋成熟，水润滑轴承以其自身特殊的优势适应了当今环保、健康和可持续发展的要求，有广阔的应用前景，尤其在船舶行业。水润滑轴承因其结构的特殊性及水润滑的多种优势，在船舶径向轴承方面有替代油润滑的趋势。

水润滑径向轴承的缺陷：水润滑径向轴承使用船舶周围的水作润滑剂，这种低黏润滑极大地降低了尾轴承的承载能力。另一方面，随着船舶吨位的增加，螺旋桨轴在螺旋桨重力的作用下发生挠曲变形，导致径向轴承边缘负荷增大。此外，水润滑径向轴承还承受各种不确定性载荷，如螺旋桨不平衡力、不均匀流场对螺旋桨的激振力、船体变形后所产生的附加力等。船舶轴系转速低、变速范围宽，约 10~200r/min，舰船轴系甚至工作在10r/min 以下。在恶劣工况下，颈项轴承常出现磨损、剥落、分层和噪声等故障。特别是在低速、重载、频繁启停和沙粒侵扰等条件下，船舶水润滑径向轴承存在磨损严重、异常摩擦噪声显著等问题。

水润滑轴承实验台：目前针对水润滑轴承的理论研究尚不成熟，具体而言，就是推演过程繁杂，且无法直观高效地得出各项性能数据。所以在这样一个大前提下，试验研究成为了一个特别重要的手段。基于当前需要对水润滑径向轴承在动静压，泥沙等不同工况下摩擦力矩、试验转速、径向压力、轴向推力的各项参数在线检测，需要更加符合实际需求的实验平台。

1.2 国内外的研究现状分析

1.2.1水润滑径向轴承材料及结构

水润滑衬层材料的性能是决定其工作性能和使用寿命的重要因素。西安科技大学的杜媛英，李明等对水润滑衬层材料展开研究，采用有限元法系统地对比了偏心率为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。国外学者TANAKA K和KAWAKAMI S讨论了材料以及填料的形状和尺寸对聚四氟乙烯复合材料磨损行为的影响;CABRERA D等通过测量轴颈上水膜压力分布, 研究了橡胶轴承衬层材料的水膜压力分布。武汉理工大学的严新平，欧阳武等对水润滑轴承结构进行研究，尾轴承一般包括衬套和轴瓦（内衬）两部分，两者通过硫化或机械方式固连。转轴轴颈处安装有轴套，轴套材质一般选用海军黄铜（ZCuSn10Zn2）。与常规油润滑轴承相比，水润滑尾轴承在结构特点主要体现在长径比大，并开设有多条轴向沟槽，设计成专用瓦块（或―板条‖）形面，如图 1 所示。

图1. 尾轴承基本结构形式

1.2.2水润滑径向轴承性能研究

邓海峰等研究了载荷、转速对水润滑橡胶轴承摩擦特性的影响, 通过实验测定了在清水、含沙量为0.5%、3%三种润滑介质下橡胶轴承在不同的转速和载荷时的摩擦系数，并用等重复双因素方差分析法对实验结果进行了分析。分析表明转速和载荷对轴承摩擦性能都有着显著的影响, 转速的影响更为显著。随着轴承的转速和载荷的增加, 轴承摩擦系数都呈现出明显的先下降后趋于稳定的趋势。北京特种机械研究所的张振华等进行了不同结构参数对水润滑滑动轴承动压效应影响的仿真计算，获得了滑动轴承水膜压力分布情况及动压承载能力值。详细分析了滑动轴承偏心率，半径间隙以及宽径比对滑动轴承水膜压力分布，偏移角及承载能力的影响。D.L.Cabrera用实验和流体力学理论计算相结合的方法，在不同转速下，研究水润滑橡胶轴承的水膜压力分布、摩擦因数和轴承承载力的变化规律。