第1章 绪论 1
1.1 水润滑轴承的发展历史与研究现状 2
1.1.1 水润滑轴承的发展历史 2
1.1.2 水润滑轴承的研究现状 3
1.2 水润滑轴承的分类及特点 4
1.2.1 铁梨木轴承 4
1.2.2 夹布胶木轴承 7
1.2.3 胶合层板轴承 9
1.2.4 橡胶轴承 16
1.2.5 硬质高分子复合材料轴承 25
1.3 BTG水润滑橡胶合金轴承简介 26
1.3.1 BTG水润滑橡胶合金轴承研发背景 26
1.3.2 BTG水润滑橡胶合金轴承橡胶衬层 26
1.3.3 BTG水润滑橡胶合金轴承基本结构 29
1.4 BTG水润滑橡胶合金轴承研究前沿 31
1.4.1 船舶与海洋工程领域 31
1.4.2 国防武器装备工程领域 31
1.4.3 能源工程领域 32
1.4.4 装备制造业工程领域 33
参考文献 35
第2章 水润滑轴承的润滑机理 36
2.1 弹性流体动压润滑 36
2.1.1 简化的雷诺方程 36
2.1.2 全雷诺方程 40
2.1.3 特殊工况下的雷诺方程 42
2.2 混合润滑 44
2.2.1 Stribeck曲线 44
2.2.2 水润滑橡胶轴承润滑状态的判定 45
参考文献 49
第3章 水润滑橡胶合金轴承的结构设计 50
3.1 水润滑橡胶合金轴承润滑结构设计 51
3.1.1 水润滑橡胶合金轴承基本结构 51
3.1.2 橡胶合金衬层设计 59
3.1.3 橡胶轴承的设计比压 66
3.1.4 轴承的速度 67
3.1.5 轴承的pv值 67
3.1.6 轴承的pvT值 67
3.1.7 长径比设计 69
3.1.8 润滑水量 70
3.1.9 轴承间隙 71
3.1.10 轴承相对运动面粗糙度 72
3.2 螺旋槽水润滑橡胶合金轴承设计 73
3.2.1 螺旋角度对流体动压性能的影响 73
3.2.2 沟槽数量对流体动压性能的影响 73
3.3 板条式水润滑橡胶合金轴承设计 74
3.3.1 板条形状对承载力的影响 74
3.3.2 板条形状对摩擦系数的影响 75
3.4 水润滑橡胶合金轴承微观织构优化设计 75
3.4.1 微凹坑表面织构设计与优化 75
3.4.2 微沟槽表面织构润滑性能设计 89
参考文献 108
第4章 水润滑橡胶合金轴承的材料设计 110
4.1 橡胶合金材料的配方设计 110
4.1.1 橡胶合金材料配方设计的原则 111
4.1.2 橡胶合金材料配方设计的程序 111
4.2 配方设计与橡胶合金力学性能的关系 112
4.2.1 橡胶材料相关标准 112
4.2.2 橡胶材料力学性能设计 113
4.3 水润滑轴承材料摩擦磨损性能改性 124
4.3.1 填料对摩擦系数和磨损量的影响 125
4.3.2 摩擦系数和磨损量的影响因素 126
4.3.3 填料对水润滑轴承材料的改性 129
4.3.4 玻璃纤维和碳纤维对橡胶合金材料力学性能的影响 137
4.3.5 玻璃纤维和碳纤维对橡胶合金材料摩擦磨损性能的影响 139
4.3.6 纳米级氧化锌晶须对橡胶合金材料的改性 140
4.4 水润滑橡胶材料长短链分子配比设计 144
4.4.1 材料机体的选择 145
4.4.2 分子结构设计方法 146
4.4.3 材料物理化学性能分析 149
4.4.4 新型弹性体轴瓦材料力学性能 153
参考文献 158
第5章 水润滑橡胶轴承的混合润滑分析方法 160
5.1 水润滑橡胶轴承混合润滑模型 160
5.1.1 平均雷诺方程 160
5.1.2 微凸体接触模型 164
5.1.3 膜厚方程 165
5.1.4 润滑介质热传递模型 167
5.1.5 轴－轴承热传递模型 168
5.1.6 流固耦合热传递边界条件 169
5.1.7 弹性变形方程 170
5.1.8 载荷平衡方程 170
5.1.9 摩擦力和摩擦系数 171
5.2 热／热变形影响系数快速算法 172
5.2.1 热影响系数快速算法 172
5.2.2 热变形影响系数快速算法 174
5.3 斜网格虚拟节点差分模型 176
5.3.1 斜坐标系下的多工况平均雷诺方程 176
5.3.2 虚拟节点模型 178
5.3.3 虚拟节点模型计算精度 182
5.4 混合润滑并行计算模型 183
5.4.1 OpenMP多线程并行计算模型 183
5.4.2 并行速度与效率 186
5.5 数值计算方法 190
5.5.1 有限差分法 190
5.5.2 多重网格法 193
5.5.3 渐进网格加密法 198
5.5.4 空穴模型 200
5.6 润滑特性影响因素分析 202
5.6.1 橡胶衬层形变分布 205
5.6.2 载荷对润滑性能的影响 207
5.6.3 转速对润滑性能的影响 209
5.6.4 轴向倾斜度对润滑性能的影响 211
5.6.5 沟槽数量对润滑性能的影响 214
5.6.6 沟槽宽度对润滑性能的影响 215
5.6.7 橡胶弹性模量对润滑性能的影响 217
5.6.8 橡胶衬层厚度对润滑性能的影响 219
参考文献 221
第6章 水润滑橡胶轴承的动态特性分析方法 224
6.1 动载荷下的水膜刚度和阻尼系数计算方法 224
6.1.1 不定常雷诺方程 224
6.1.2 膜厚方程 225
6.1.3 弹性变形方程 225
6.1.4 动态刚度和阻尼 226
6.2 数值求解方法 228
6.3 工况参数对动态刚度和阻尼系数的影响 230
6.3.1 速度对动态刚度和阻尼系数的影响 230
6.3.2 载荷对动态刚度和阻尼系数的影响 231
6.3.3 供水压力对动态刚度和阻尼系数的影响 232
6.4 结构参数对动态刚度和阻尼系数的影响 233
6.4.1 沟槽结构对动态刚度和阻尼系数的影响 233
6.4.2 长径比对动态刚度和阻尼系数的影响 235
6.4.3 轴承间隙对动态刚度和阻尼系数的影响 236
参考文献 237
第7章 水润滑橡胶轴承的振动噪声分析 239
7.1 振动噪声机理 239
7.1.1 振动与噪声的关系 239
7.1.2 摩擦引起的振动与噪声 240
7.1.3 振动噪声动力学理论 244
7.1.4 轴承动力学模型 247
7.2 水润滑橡胶轴承摩擦噪声分析 250
7.3 摩擦噪声影响因素分析 251
7.3.1 摩擦系数对摩擦噪声的影响 251
7.3.2 速度对摩擦噪声的影响 252
7.3.3 载荷对摩擦噪声的影响 253
7.3.4 橡胶硬度对摩擦噪声的影响 253
7.3.5 几何结构对摩擦噪声的影响 254
参考文献 256
第8章 水润滑橡胶轴承的摩擦学性能试验研究 258
8.1 湿磨粒磨损机理 258
8.1.1 湿磨粒磨损的物理过程 258
8.1.2 磨损率的影响因素 263
8.2 水润滑橡胶轴承摩擦学性能试验标准 266
8.2.1 试样 266
8.2.2 仪器 267
8.2.3 试验步骤 267
8.2.4 计算结果 268
8.3 水润滑橡胶轴承摩擦学性能试验 269
8.3.1 试验方法 269
8.3.2 摩擦系数试验研究 270
8.3.3 磨损率试验研究 280
8.3.4 改性材料摩擦学性能 284
8.3.5 沟槽结构摩擦学试验研究 286
参考文献 289
第9章 水润滑橡胶轴承试验平台设计 291
9.1 水润滑橡胶轴承综合性能试验系统研制 291
9.1.1 系统总体方案设计 291
9.1.2 试验台结构设计 293
9.1.3 测试原理与数据处理方法 295
9.2 试验内容及方法 300
9.2.1 试验对象 300
9.2.2 试验内容 301
9.2.3 试验方法及步骤 301
9.3 试验结果分析与讨论 302
9.3.1 摩擦系数 302
9.3.2 水膜压力 304
9.3.3 轴心轨迹 308
9.3.4 动态刚度和动态阻尼 311
9.3.5 振动噪声 313
参考文献 316
第10章 水润滑橡胶合金轴承的精密成形方法 317
10.1 水润滑橡胶合金轴承的成形工艺 317
10.1.1 橡胶的硫化 317
10.1.2 水润滑橡胶合金轴承的硫化工艺 321
10.1.3 水润滑轴承橡胶合金材料与瓦背的黏结工艺 325
10.2 水润滑橡胶合金轴承模具 327
10.2.1 水润滑橡胶合金轴承精密成形模具的初步设计 328
10.2.2 螺旋槽水润滑橡胶合金轴承脱模装置 330
10.3 水润滑橡胶合金轴承精密成形数字制造装备 331
10.3.1 精密成形数字制造装备简介 331
10.3.2 工程复合材料精密成形电感应热压模具设计 333
10.3.3 成形装备计算机控制 334
参考文献 335
第11章 水润滑轴承系统简介 337
11.1 开式结构的水润滑轴承系统 337
11.2 闭式结构的水润滑轴承系统 338
11.3 闭式结构的水润滑轴承系统密封装置 339
11.3.1 密封装置结构 339
11.3.2 密封装置填料函安装要求 340
11.3.3 试航验收要求 340
11.4 水润滑动密封橡胶合金轴承简介 341
11.4.1 水润滑动密封橡胶合金轴承基本结构 341
11.4.2 水润滑动密封橡胶合金轴承工作原理 342
参考文献 342
第12章 硬质高分子复合材料水润滑轴承 344
12.1 简介 344
12.1.1 水润滑赛龙轴承 344
12.1.2 水润滑飞龙轴承 345
12.1.3 水润滑Vesconite轴承 347
12.1.4 水润滑Orkot轴承 347
12.1.5 水润滑Railko轴承 348
12.2 轴承力学特性 350
12.2.1 耐磨性 350
12.2.2 热膨胀性 350
12.2.3 吸水性 351
12.2.4 物理力学性能 351
12.3 轴承设计与分析 355
12.3.1 pvT曲线 355
12.3.2 轴承壁厚设计 357
12.3.3 轴承长径比设计 359
12.3.4 槽结构设计 360
12.4 成形工艺与方法 361
12.4.1 轴承结构形式 361
12.4.2 轴承的加工方法 362
参考文献 367
第13章 水润滑陶瓷轴承 368
13.1 水润滑陶瓷轴承简介 368
13.2 氧化物陶瓷材料的水润滑性能 372
13.2.1 ZrO2-Al2O3陶瓷的水润滑性能 372
13.2.2 Al2O3-TiO2复合陶瓷的水润滑性能 375
13.2.3 Cr2O3陶瓷的水润滑性能 380
13.3 非氧化物陶瓷材料的水润滑性能 382
13.3.1 Si3N4陶瓷的力学性能 382
13.3.2 温度与载荷对Si3N4陶瓷摩擦磨损的影响 383
13.3.3 Si3N4陶瓷的水润滑摩擦学性能 383
13.3.4 Si3N4陶瓷的超润滑现象 390
13.3.5 SiC陶瓷的水润滑性能 391
参考文献 394
第14章 水润滑轴承试验方法和规范 397
14.1 水润滑轴承相关标准与规范 397
14.1.1 适用范围与分类 397
14.1.2 相关标准与规范 397
14.1.3 相关要求 399
14.1.4 检验 401
14.1.5 轴承样品的选择和试样的准备 402
14.1.6 检验实施 406
14.1.7 试验方法 407
14.2 海水配制方法和规范 412
14.2.1 适用范围 412
14.2.2 主要事项 412
14.2.3 所需试剂 412
14.2.4 海水配制 414
14.2.5 含重金属的代用海水的配制 414
14.2.6 配置海水的成分 414
第15章 水润滑轴承在工程中的应用 416
15.1 在船舶推进系统中的应用 416
15.2 在机械装备系统中的应用 419
15.2.1 在水轮机上的应用 419
15.2.2 在水泵中的应用 421
15.3 在工程中的应用前景 424
15.4 水润滑轴承的工程应用指南 425
15.4.1 工作环境 425
15.4.2 轴承的装配 427
15.4.3 尺寸公差 429
参考文献 430