水潤滑軸承顧名思義是以水作為潤滑介質(zhì)的軸承。水潤滑軸承既有滾動(dòng)軸承又有滑動(dòng)軸承，通常我們所說的水潤滑軸承一般特指動(dòng)壓滑動(dòng)軸承。下面就主要針對(duì)水潤滑滑動(dòng)軸承，介紹該類軸承的特點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、材料等的發(fā)展及應(yīng)用情況。

1、水潤滑軸承的主要用途

水潤滑軸承應(yīng)用非常廣泛。高速、輕載下，主要用作于水泵、船尾管和水輪發(fā)動(dòng)機(jī)主軸等；低速、重載下，主要用于堤壩、水閘、水輪發(fā)電機(jī)導(dǎo)葉和閥等；中低速、中等載荷下，主要用于水處理機(jī)械、輸送設(shè)備、船用舵等。除此此外，還有其他各種應(yīng)用，如美國研究的高速機(jī)床主軸、航天飛機(jī)等中采用水潤滑陶瓷靜壓軸承，以及水泵、液壓元件和船舶尾軸等都有應(yīng)用。

水面船舶舵軸和艉部推進(jìn)器所用水潤滑軸承

“蛟龍” 號(hào)推進(jìn)器所用水潤滑軸承

2、為什么選用水潤滑軸承

因?yàn)閭鹘y(tǒng)油潤滑的軸承（例如：錫青銅滑動(dòng)軸承）需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的密封結(jié)構(gòu)，而且在使用過程中存在潤滑油流失和泄漏的情況，污染環(huán)境，據(jù)有關(guān)部門估算，每年船用軸承泄露的潤滑油高達(dá)幾百萬噸，嚴(yán)重影響人類生存環(huán)境。因此，各個(gè)國家也出臺(tái)相關(guān)規(guī)定，我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定船舶艉軸密封的泄漏允許量為2~3 滴/min；美國政府還以法律形式明確規(guī)定，禁止艉軸軸承以油潤滑的船舶在密西西比河等內(nèi)陸河流中航行。因此，水潤滑軸承從20世紀(jì)70、80年代后逐步開始推行。

3、水潤滑軸承的特點(diǎn)

Stribeck曲線將潤滑狀態(tài)劃分為三種主要類型：邊界潤滑(Boundary Lubrication)、混合潤滑(Mixed Lubrication)、流體潤滑(Hydrodynamic Lubrication)。水潤滑軸承的潤滑介質(zhì)為水，水的黏度很低，僅為油的1/100~1/120，低黏度的潤滑劑具有摩擦阻力小，摩擦因數(shù)低等優(yōu)點(diǎn)，但水膜的承載能力要比油膜低得多，很難形成流體動(dòng)壓潤滑，一般認(rèn)為只有在高速、輕載的適宜條件下才能形成流體潤滑。在啟動(dòng)和停機(jī)運(yùn)行速度有所變化的情況下，軸承往往處于邊界潤滑和干摩擦狀態(tài)，因此對(duì)水潤滑材料，要求能在邊界潤滑和干摩擦條件下安全運(yùn)行，且具有低摩擦因數(shù)。

水潤滑軸承的優(yōu)點(diǎn)：

1）使用成本低；2）環(huán)境友好；3）易維護(hù)保養(yǎng)。

缺點(diǎn)：1）由于水的沸點(diǎn)低，所以水潤滑軸承不能應(yīng)用于高溫環(huán)境中。2）水尤其是海水的銹蝕作用較強(qiáng)，純水的導(dǎo)電性比普通潤滑油高得多，它能引起絕大多數(shù)金屬材料的電化學(xué)腐蝕和高分子材料的老化。3）水的汽化壓力高很容易產(chǎn)生氣蝕，使材料受到侵蝕。因此，水潤滑軸承的材料非常重要。

4、水潤滑軸承結(jié)構(gòu)

水潤滑軸承依據(jù)流體動(dòng)壓形成水膜，即依靠軸與軸承之間的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)，將摩擦表面間的水帶入楔形間隙內(nèi)形成高壓水膜，從而將兩摩擦表面隔開，減少了軸承的摩擦磨損。水潤滑軸承的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)在于軸承襯套的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，目前普遍采用的軸套設(shè)計(jì)方式是在軸套內(nèi)側(cè)挖出偶數(shù)條等距的軸向溝槽。目前普遍采用的板條結(jié)構(gòu)形式有3種：凹面型、平面型和凸面型。另一種受到廣泛關(guān)注的是螺旋形槽。

直槽和螺旋形結(jié)構(gòu)

實(shí)物圖

5、水潤滑軸承材料

水潤滑軸承材料的性能決定著軸承的工作性能和使用壽命，水潤滑軸承材料也在不斷的發(fā)展。使用的材料有：鐵梨木、樺木層壓板、夾布膠木（酚醛膠木）、金屬材料（青銅、巴氏合金等）、陶瓷（氮化硅、氧化鋯等復(fù)合材料）、石墨制品、工程塑料（包括改性橡膠和高分子材料等）。目前，從實(shí)際的應(yīng)用來看，非金屬材料的應(yīng)用前景更廣闊。

表1 常用水潤滑軸承材料的性能對(duì)比

表2 高性能材料的特性

6、水潤滑軸承主要供應(yīng)商

民用船舶市場(chǎng)上主要的水潤滑軸承品牌為加拿大Thordon公司生產(chǎn)的“賽龍軸承”和英國TENMAT公司的FEROFRM系列耐磨軸承材料（俗稱飛龍），兩家公司占全球水潤滑軸承市場(chǎng)超過一半。Thordon公司和TENMAT公司的材料特性見上表。

德國Igus公司水潤滑軸承以iglidur H370型號(hào)為代表，其材料為加強(qiáng)纖維和固體潤滑脂，此軸承可承受較高的載荷，并具有抗腐蝕性。

瑞典特瑞堡(TRELLEBORG)公司的產(chǎn)品在水面船上已有大量成熟的應(yīng)用，其具備船級(jí)社認(rèn)證，型號(hào)為Orkot TLMM和TXMM。

國內(nèi)企業(yè)有：長春安旨科技有限公司、廣州研理復(fù)合材料科技有限公司、鄭州星航耐磨材料科技有限公司等。

7、水潤滑軸承的發(fā)展

水潤滑軸承雖然具有結(jié)構(gòu)簡單，易加工，高速工況下發(fā)熱量小、清潔無污染等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也有承載能力低、摩擦磨損機(jī)理復(fù)雜、干摩擦和邊界摩擦嚴(yán)重等缺陷，還有待進(jìn)一步的摸索，比如：理論方面，需要進(jìn)一步完善滑動(dòng)軸承的邊界潤滑和流體潤滑理論，填補(bǔ)非金屬材料在軸承工業(yè)上的系統(tǒng)理論；基于各類材質(zhì)的高、低摩擦副水潤滑理論的建立；基于表面工程的水潤滑摩擦學(xué)機(jī)理研究等。在應(yīng)用方面，水潤滑軸承將改變某些在惡劣環(huán)境中工作的機(jī)械機(jī)構(gòu)，如泵、風(fēng)機(jī)等，使這些機(jī)械結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、制造、安裝維修上趨于簡單化，并能提高使用壽命和生產(chǎn)效率，節(jié)約貴重有色金屬材料，經(jīng)濟(jì)效益明顯。隨著應(yīng)用研究的不斷進(jìn)步，相信水潤滑軸承的研究與應(yīng)用會(huì)得到長足的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

1.王玉璽,楊輝.水潤滑軸承技術(shù)進(jìn)展[J].機(jī)械制造，2018：:67-71.

2.王優(yōu)強(qiáng)，李鴻琦，佟景偉.水潤滑橡膠軸承[J].軸承，2002（10）：41-43.

3.王優(yōu)強(qiáng)，李鴻琦，佟景偉.水潤滑賽龍軸承[J].軸承，2004（2）：39-41.

4.宋強(qiáng),范華濤，王瑞,等.深海水下裝備水潤滑軸承研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].船舶工程，2019,41（11）：125-130.

5.劉興華，馬永翰，王輝.幾種水潤滑軸承摩擦學(xué)性能的研究[J].機(jī)械工程師，2017（11）：119-121.

來源：軸承雜志社

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