1．课题背景及研究的目的和意义

1.1课题背景和研究意义

传统的油润滑滑动轴承摩擦副由于润滑油的粘性高，轴承在高速运转时会产生大量的热量，影响了轴承的热稳定性，并且在运转过程中泄漏的润滑油会对自然生态环境产生很大的威胁，尤其是从轮船、舰艇等海上机械所泄漏的油液直接污染了所在水域的生态环境，会对水生物产生毁灭性的影响。水润滑轴承是以自然水为润滑介质的一种轴承，它清洁无污染，而且节省能源。，然而与传统的油润滑轴承相比，也导致了水润滑轴承承载能力的下降。由于水的高比热容、低粘度，使得水润滑轴承在高速工况下的发热量很小，并且水流还能带走一部分热量，因此水润滑轴承有更高的冷却效率。此外，水润滑轴承的轴承间隙小，抗激振能力强，能提供较高的加工精度。目前，水润滑轴承技术已经在各种船舰中得到了广泛的应用，也逐渐成为当今精密高速加工行业的前沿研究课题。

近20年来，表面织构被认为是提高表面摩擦学性能的新方法之一，表面织构作为当前最引人关注的一种表面改性方法，利用精细加工技术实现对表面形貌的精确控制，在摩擦副表面加工出一些规则的凹坑、沟槽或者微凸体等不同形貌，来提高摩擦副表面的摩擦学性能，比如，减小摩擦力、减缓磨损、提升承载力等，己经在气缸和活塞环、机械密封、轴承等方面的应用取得一定进展。

研究表明，不同的织构形状、截面、深度、分布、方向等关键几何特征对轴承的压力分布、摩擦系数、承载力、温升等润滑性能的影响不同。表面织构不仅能提高轴承的承载力，还降低了轴承表面间的摩擦系数。国内外学者针对表面织构对流体轴承润滑性能的影响开展了大量的理论与实验研究，有研究结果表明，矩形凹槽的润滑效果最优，最优的织构底部深度使其承载力最大。因此，只有进行合理的表面织构设计才能改善轴承的润滑性能。也有研究表明，即使在相同的织构几何参数下，运行参数不同，织构对轴承性能的影响也不同。

在各种提高轴承性能的改进措施中，表面织构作为一种提升滑动轴承润滑性能的潜在方法，受到了广泛的关注。轴承衬套沟槽的结构对润滑液的流动有着至关重要的影响，对轴承衬套的结构进行优化设计，找到最佳的沟槽深度和宽度，设计出最优的布局方式。另外，在流体润滑的情况下，在轴承表面加工出恰当的凹坑或凹槽等织构可以形成附加流体动压力，使之不仅有利于润滑膜的形成，降低轴承表面间的摩擦，并且能够尽可能地增加轴承的承载能力。所以对表面凹凸织构的水润滑轴承的摩擦性研究是十分具有意义的。

2．国内外在该方向的研究现状及分析

2.1表面织构对摩擦学性能的影响

高元等^[1]分析比较了矩形、椭圆形等不同形状的表面织构及其分布形式对径向轴承润滑性能的影响。结果表明，矩形凹槽的润滑效果最优。Wang等^[2]以织构内部各点深度为设计变量，开展优化设计。结果表明，最优的织构底部深度使其承载力最大，因此，只有进行合理的表面织构设计才能改善轴承的润滑性能。Gherca等^[3]研究了转速、载荷对织构化止推轴承压力分布、膜厚、流量等静态特性的影响。研究表明，即使在相同的织构几何参数下，运行参数不同，织构对轴承性能的影响也不同。Rahman等^[4]研究了织构化表面对平行推力轴承性能的影响。结果表明，表面织构不仅能提高轴承的承载力，还降低了轴承表面间的摩擦系数。

西北工业大学林乃明^[5-6]等对织构在干摩擦状态下的作用展开研究，结果表明:摩擦副表面引入织构可以起到捕捉磨屑和储存润滑剂的作用，促进动压润滑的产生，从而实现减摩、抗磨;表面织构与润滑介质(水或油等)接触时因二次涡的生成减小表面与润滑介质的接触面积从而达到减阻和降噪的效果。表面织构增大了摩擦副本身的表面粗糙度，在静态条件下，润滑介质进入摩擦副表面并充满凹坑，当摩擦副开始相对滑动时并产生局部接触时，凹坑中的润滑介质在压力的作用下从凹坑中出来补充到接触表面，使直接接触面积降低。Huang等^[7]研究表明:细小的凹坑密集分布可以使接触面在相互挤压的条件下促进润滑剂的均匀分布。Zhou等^[8]在发动机气缸套上进行了表面织构设计并优化处理，发现气缸套上部和底部的圆形凹坑可增加了润滑油膜的厚度，并且在运行时有利于产生流体动压润滑。