水润滑轴承摩擦噪声实验研究

水润滑轴承摩擦噪声实验研究开题报告1、课题的目的及意义（含国内外的研究现状分析或设计方案比较、选型分析等）水润滑轴承的研究背景轴承是机器中用来支撑轴的一种重要零件，随着流体力学理论的建立和数值计算技术的发展，滑动轴承的应用日益广泛，普遍应用于船舶、汽车、金属切削机床、仪表、矿山、冶金等设备中。

如何减少轴承与轴之间的动摩擦、噪声，提高机械效率和使用寿命，是滑动轴承研究需要迫切解决的问题，研究者们在轴承结构、润滑剂、减摩材料、制造加工工艺等方面进行了大量的研究工作，取得了相当的成果。

近几年来, 由于人们逐渐认识到保护环境、节约能源资源对人类可持续发展的意义, 开发新型的节能无污染产品的很急切。

长久以来，船舶轴承大多采用金属构件，以油为介质，这不但消耗大量贵金属和油料，并且为了防止油泄漏，需要进行密封，使其结构相当复杂，而且很难解决由于各种摩擦副而引起的摩擦、磨损、振动、冲击、噪声、无功能耗、可靠性差、寿命较短等一系列问题。

根据我国有关调查报告：目前我国使用油润滑尾轴轴承的所有中型船只，每年要从尾轴轴承中泄漏出的润滑油总量约有312 t，这对江河湖海的水系造成严重的污染。

利用天然水替代矿物油作为各种机械传动和流体动力系统工作介质以及利用非金属作为传动摩擦副的研究课题，是机械传动系统的高效节能与环境保护科学研究领域的前沿，现已引起了人们的普遍关注。

用水代替油作润滑介质，不仅能节约油料，还可以避免以油为润滑介质对环境造成的污染。

同时水润滑轴承成本低，阻燃性好，易维护保养，承载能力高；还能降低摩擦副的摩擦、磨损、振动、噪声、无功能耗等关键问题。

因而水润滑轴承的研究对于提高机械效率和保护环境等都有着重要的理论研究和实践应用价值。

但是由于水的沸点低，所以水润滑轴承不能应用于高温环境中。

水尤其是海水的锈蚀作用较强，纯水的导电性比普通润滑油高数亿倍以上，能引起绝大多数金属材料的电化学腐蚀和高分子材料的老化。

河流的含沙量也会对船舶上的水润滑轴承也会产生影响。

同时由于水的黏度很低，仅为油的1／100～1／20，低黏度的润滑剂一方面具有摩擦阻力小，摩擦因数低等优点，但水膜的承载能力要比油膜低的多，很难形成流体动压润滑，一般认为只有在高速、低载的适宜条件下才能形成流体润滑，但在启动和停机过程中，运行速度有所变化时，往往会使轴承处于边界润滑和干摩擦状态。

因此，对水润滑轴承要求其能在边界润滑和干摩擦条件下安全运行，并具有低摩擦因数。

水润滑轴承的应用研究现状40 年代末开始, 苏联对采用水作为润滑液的流体静力轴承和流体动力轴承的特性和材料进行深入的研究。

英国、德国和日本以及其他许多国家也在水润滑轴承的研究方面做了大量的工作。

英国的海沃德- 泰勒公司、德国的维克斯和米契尔公司、丹麦Danfoss 公司、芬兰Tampere、加拿大的汤姆逊- 戈尔登公司、日本的东芝公司等在水泵、液压元件和船舶尾轴中应用了水润滑轴承, 其中日本的海水液压传动技术非常领先, 制成了在12km 深水下的成套液压系统; 德国汉堡工业大学研究了陶瓷摩擦副, 试制的轴向柱塞泵中的滑靴、缸体和支承盘均采用了陶瓷材料, 润滑介质和工作介质都采用了水。

中国从50 年代中期开始在船用离心泵中采用水润滑轴承, 60 年代初期开始进行这方面的理论探索和试验研究工作。

目前, 国内应用的水润滑轴承相对仍较少。

例如在泵上应用的水润滑橡胶轴承大多是从德国引进技术, 通过模型试验, 对比和评价试验等总结出经验参数而加工制造的。

目前国内生产厂家也很少, 其中沈阳滑动轴承研究所与西安交通大学润滑理论及轴承研究所组成的联合体在这方面做过一些有益的探索,重庆大学机械传动国家重点实验室、重庆奔腾科技发展有限公司合作研究开发了170 多种规格的RTG 水润滑复合橡胶轴承和塑料轴承等产品。

在水润滑轴承的摩擦学研究方面, 我国的报导较少。

重庆大学机械传动国家重点实验室王家序、秦大同教授在水润滑橡胶轴承方面有着深入的研究, 在试验机上做了大量的橡胶、塑料的摩擦性能试验, 得出不同水质、不同工况下的摩擦学特性, 确定了载荷、转动速度、运行时间等对摩擦系数、磨损量的影响。

重庆大学段芳莉的博士对水润滑橡胶轴承的润滑机理做了研究, 并进行了相关流体润滑计算。

青岛建筑工程学院的王优强、杨成仁教授等针对沈阳水泵厂生产的八纵向沟水润滑橡胶轴承进行了试验研究和理论数值计算, 得到摩擦系数随载荷、速度、温度和间隙的变化曲线, 系统的分析了其润滑机理及内在规律, 提出了一些降低摩擦损耗和控制摩擦过程改进措施, 确定了该类轴承的最佳设计参数和使用范围。

此外，武汉理工大学、武汉第二船舶设计研究所等在水润滑轴承的研究上处于领先地位。

与油相比，对于水这种不能产生有效润滑效果的环境介质中，希望有性能更好的轴承材料。

基于这一点，在塑料材料中进行了诸如增加某种亲水性的添加剂，以改进提高其水润滑特性。

另外，在陶瓷材料方面进行其水润滑机理的研究。

即使对水来讲，也要试用一下使其含有象油中的脂肪酸那样的能在轴承表面形成润滑油膜的添加剂。

可以认为，今后应开发更高性能的水润滑轴承及其润滑方法。

水润滑轴承的前景水润滑轴承的研究已有数十年，仍有许多问题需要研究。

在理论方面, 进一步完善滑动轴承的边界润滑和流体润滑理论，揭示各种材质（尤其是非金属材料）的水润滑摩擦副在边界润滑和干摩擦下的摩擦学机理及其减少摩擦的方法研究。

在应用方面, 水润滑轴承将改变某些在恶劣环境中工作的机械的结构, 如泵、风机等, 使这些机械的结构在设计、制造、安装、维修上趋于简单化, 并能提高使用寿命、机械效率和承载能力, 节约贵重有色金屑材料, 其经济效益和社会效益将是十分可观的。

为实现以水替代油为工作介质、以非金属替代金属摩擦副材料两个方面的重大突破，进而提高我国在该领域的国际竞争力，抢占该学科前沿的制高点，特别是从根本上解决船舶推进系统油泄漏污染水资源及环境日趋严重的现状，用水作介质的环保型产品开发与产业化研究具有普遍而重要的意义。

相信在不久的将来，水润滑轴承的研究与应用会得到长足的发展。

2、课题任务、重点研究内容、实现途径课题任务水润滑轴承摩擦噪声实验是研究水润滑轴承的关键技术之一。

1）.资料收集、整理，了解水润滑轴承摩擦噪声的研究现状和发展。

2）.学习相关知识和软件，进行水润滑轴承摩擦噪声实验方案设计。

3）.进行水润滑轴承摩擦噪声实验和结果分析。

4）.撰写毕业论文。

要求立论正确，证据充分，条理清晰，书写工整，图文并茂，字数不少于1.5万。

现有条件（包括资料的准备.经费落实.实验条件.场地条件等）：有相关资料和实验装置。

对学生的要求：对实验研究感兴趣，有一定测试技术基础，具有基本的实验分析知识。

主要内容、研究方案1.理论研究方案1）建立轴承传动的数学模型，并分析其几何关系，运动特性，并进行润滑数值的分析。

2）在几何分析的基础上，简单地进行速度分析、膜厚分析，分析不同时刻轴承接触线上不同位置的膜厚压力的变化趋势。

3）利用有关理论，对水润滑橡胶合金轴承系统进行了噪声分析，讨论不同的转速、加载力、润滑状态、水质等情况下对摩擦噪声的影响，提出通过改变其工作条件降低摩擦噪声的方法。

2.实验研究方案1）受实验条件的限制，实验研究不可能如理论研究那样完整和全面。

根据实验室和学校现有的条件，分别研究不同的转速、加载力、润滑状态、水质等情况下对摩擦噪声的影响。

2）通过声级计测量摩擦噪声信号，利用数据采集卡将所得数据输入计算机，然后进行相应分析，从而得出实验结论。

3、进度计划序号起止周次工 作 内 容11周至 2 周查阅资料，开题报告，文献综述23周至 6周方案设计，外文翻译，学习软件37周至 9周初步结构设计，进行参数设计、分析计算410周至 14周整理资料，完成毕业论文515周准备答辩678主要参考文献：[1] 李国斌.机械设计基础[M].机械工业出版社，2010[2] 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册[M].高等教育出版社，1992[3] 周忆，于今.流体传动与控制[M].科学出版社，2008[4] 水金勇,刘正林.润滑橡胶艉轴承动态性能的试验与分析[J].噪声与振动控制，2011[5] 姚世卫，杨俊等.水润滑橡胶轴承振动噪声机理分析与试验研究[J].振动与冲击，2011，30（2）：214-216[6] 姚世卫，王娟等.水润滑橡胶轴承摩擦行为及试验研究[J].船舶科学技术，2009，31（12）：32-35[7] 王家序，刘静等.水润滑橡胶轴承不同结构的摩擦噪声分析[J].机械传动，2011,35(9):12-14,29[8] 余江波.水润滑复合橡胶轴承摩擦学性能研究[D].重庆大学，2002[9] 王家序，刘静等.水润滑橡胶轴承摩擦特性分析.重庆大学，2011[10] 秦大同，彭晋民等.水润滑塑料合金轴承润滑机理及设计研究.重庆大学，2003[11] 刘宇，周建辉等.水润滑轴承弹流动压润滑和摩擦特性数值计算分析.武汉理工大学，2011[12] B C Majumdar1*, R Pai2 and D J Hargreaves，Analysis of water-lubricated journalbearings with multiple axial grooves[13] K.P. Gertzos, P.G. Nikolakopoulos, C.A. Papadopoulos，CFD analysis of journal bearinghydrodynamic lubrication by Bingham lubricant[14] B. S. Shenoy_, R. S. Pai, D. S. Rao, R. Pai，Elasto-hydrodynamic lubrication analysis offull 360_ journal bearing using CFD and FSI techniques[15] *Nobuyoshi Ohno, Sobahan Mia, Shigeki Morita, Shingo Obara,Friction and WearCharacteristics of Advanced Space Lubricants，2008[16] Rolling Bearing Lubrication，Publ. No. WL 81 115/4 EA，2002[17] Yukio Hori，Hydrodynamic Lubrication，University of Tokyo，Japan学生签名：年 月 日4、指导教师意见指导教师签名：年 月 日说明：1、开题报告应根据教师下发的毕业设计（论文）任务书，在教师的指导下由学生独立撰写，在毕业设计（论文）开始后两周内完成。