赛龙轴承材料摩擦学性能的试验研究

《FeCrB-TiC复合材料的摩擦学性能研究》篇一一、引言摩擦学是研究不同表面间相互接触与相对运动时所产生的物理、化学及机械作用过程的科学。

材料摩擦学性能的研究对众多工业领域具有深远影响，尤其是在机械、汽车、航空航天等高技术领域。

近年来，FeCrB-TiC复合材料因其优异的物理和机械性能，在摩擦学领域展现出巨大的应用潜力。

本文将对FeCrB-TiC 复合材料的摩擦学性能进行深入研究，为该材料的实际应用提供理论依据。

二、材料与方法1. 材料制备FeCrB-TiC复合材料采用粉末冶金法制备，通过球磨、混合、压制、烧结等工艺，得到不同成分比例的复合材料试样。

2. 实验方法（1）摩擦磨损试验：采用球-盘式摩擦磨损试验机，对FeCrB-TiC复合材料进行摩擦磨损试验，探究不同成分比例、不同载荷、不同滑动速度等条件下的摩擦学性能。

（2）表面形貌观察：采用扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）对磨损表面进行观察和分析，了解磨损机制。

（3）硬度测试：采用维氏硬度计对复合材料进行硬度测试，分析硬度与摩擦学性能的关系。

三、结果与讨论1. 摩擦系数与磨损率实验结果表明，FeCrB-TiC复合材料的摩擦系数和磨损率均受到成分比例、载荷、滑动速度等因素的影响。

在一定的成分比例和滑动速度下，随着载荷的增加，摩擦系数和磨损率呈上升趋势。

在TiC含量较高的复合材料中，摩擦系数和磨损率相对较低，表明TiC的加入有助于提高材料的耐磨性能。

2. 磨损机制通过SEM和EDS分析，发现FeCrB-TiC复合材料的磨损机制主要为磨粒磨损、氧化磨损和粘着磨损。

在TiC含量较高的复合材料中，磨粒磨损和粘着磨损程度较低，而氧化磨损程度较高。

这可能与TiC的硬度和化学稳定性有关，TiC的加入有助于提高材料的硬度和抗磨性能，但同时也可能促进氧化反应的发生。

3. 硬度与摩擦学性能的关系硬度测试结果表明，FeCrB-TiC复合材料的硬度随TiC含量的增加而提高。

超低温滚动轴承材料摩擦特性试验研究
任炯历;苏冰;刘丰波;张广涛;刘鹏;张文虎
【期刊名称】《现代制造工程》
【年(卷),期】2024()3
【摘要】利用高速旋转式摩擦磨损试验机,在超低温液氮环境下测试了Ag、聚四氟乙烯(PTFE)和MoS2涂层在不同接触应力和不同滑动速度下的摩擦特性。

使用XM-200型表面形貌仪、JSM-7800F型扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)分析了钢盘的磨痕形状及主要成分,探究了超低温环境下3种涂层的摩擦系数及磨损机理。

结果表明,在2种滑动速度(高滑动速度2 m/s和低滑动速度0.4 m/s)条件下,有涂层时的摩擦系数变化范围不大,无涂层润滑时的摩擦系数则受滑动速度影响较大,其中MoS2和PTFE涂层的减摩效果最好;同种工况下3种涂层的磨损量随着载荷的增大而增大,PTFE在超低温环境下耐磨性较差,磨损量较大,钢对MoS2涂层的磨损量最小,钢对Ag涂层次之,说明Ag和MoS2在超低温环境下均表现出良好的耐磨性,磨损量较小。

【总页数】6页(P156-160)
【作者】任炯历;苏冰;刘丰波;张广涛;刘鹏;张文虎
【作者单位】河南科技大学机电工程学院;洛阳轴承研究所有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TH133.33
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轴承实验报告轴承实验报告引言在机械工程领域中，轴承是一种重要的机械元件，用于支撑旋转机械的轴。

它们承载着重要的机械负荷，同时也承受着摩擦和磨损。

为了确保轴承的可靠性和寿命，轴承的性能评估和实验测试是必不可少的。

本实验旨在通过测试不同类型的轴承，评估它们的性能和可靠性。

实验设计本次实验使用了两种常见的轴承类型：滚动轴承和滑动轴承。

滚动轴承是通过滚动元件（如钢球或滚子）来减小摩擦的，而滑动轴承则是通过润滑剂来减小摩擦。

实验过程中，我们将分别测试这两种轴承的摩擦系数、寿命和可靠性。

实验步骤1. 准备工作：清洁实验台面，确保实验环境清洁无尘。

2. 安装滚动轴承：将滚动轴承安装在实验设备上，并确保其能够自由旋转。

3. 测量摩擦系数：通过施加一定的力矩，使滚动轴承旋转，并使用力传感器测量所需的力。

根据所施加的力矩和测得的力，计算出滚动轴承的摩擦系数。

4. 测试寿命：通过连续施加一定的力矩和转速，观察滚动轴承的运行时间，直到其失效。

记录下滚动轴承的寿命。

5. 安装滑动轴承：将滑动轴承安装在实验设备上，并确保其能够自由旋转。

6. 测量摩擦系数：通过施加一定的力矩，使滑动轴承旋转，并使用力传感器测量所需的力。

根据所施加的力矩和测得的力，计算出滑动轴承的摩擦系数。

7. 测试寿命：通过连续施加一定的力矩和转速，观察滑动轴承的运行时间，直到其失效。

记录下滑动轴承的寿命。

实验结果与讨论通过实验，我们得到了滚动轴承和滑动轴承的摩擦系数和寿命数据。

根据数据分析，我们可以得出以下结论：1. 滚动轴承的摩擦系数较低，这是由于滚动元件的存在，可以减小接触面积和摩擦力。

2. 滚动轴承的寿命较长，这是由于滚动元件的分布，可以均匀分担负荷，减小磨损。

3. 滑动轴承的摩擦系数较高，这是由于润滑剂的存在，无法完全消除接触面积和摩擦力。

4. 滑动轴承的寿命较短，这是由于摩擦和磨损的积累，导致轴承失效。

结论通过本次实验，我们对滚动轴承和滑动轴承的性能和可靠性有了更深入的了解。

DOI:10.16078/j.tribology.2012.04.016第32卷第4期摩擦学学报Vol32No4 2012年7月Tribology July，2012绿色船舶的摩擦学研究现状与进展严新平1，2*，袁成清1，2，白秀琴1，2，徐立1，2，孙玉伟1，2，孙星1，2（1．武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所，湖北武汉430063；2．船舶动力工程技术交通行业重点实验室，湖北武汉430063）摘要：绿色船舶是船舶领域1个重要的发展方向，摩擦学理论及其技术在以新能源应用为特征的绿色船舶发展过程中将起到重要作用。

导致绿色船舶在运行过程中功率损失和能耗增加的原因主要涉及到内摩擦和外摩擦两方面的问题，前者主要包括船舶主机、辅机与轴系等机械装置内各摩擦副之间产生的摩擦，而后者主要存在于与空气和水接触部分，包括甲板上层建筑、船体壳板、螺旋桨、舵与艉轴外支架等。

本文在解析绿色船舶与摩擦学之间关联的基础上，以系统的观点从三方面就相关摩擦学问题进行了详细论述，重点论述了风能和太阳能在船舶上应用的摩擦学问题、船舶减阻的摩擦学研究以及船舶能效提升涉及的摩擦学问题。

最后，结合绿色船舶摩擦学的现有研究进展及发展趋势，对摩擦学相关研究工作在船舶行业的应用前景进行了展望．关键词：绿色船舶；摩擦学；清洁能源；船舶减阻；能效提升中图分类号：U662文献标志码：A文章编号：1004－0595（2012）04－0410－11 Research Status and Advances of Tribology of Green ShipYAN Xin－ping1，2*，YUAN Cheng－qing1，2，BAI Xiu－qin1，2，XU Li1，2，SUN Yu－wei1，2，SUN Xing1，2（1．Reliability Engineering Institute，School of Energy and Power Engineering，Wuhan University of Technology，Wuhan，430063，China2．Key Laboratory of Marine Power Engineering＆Technology（Ministry of Communications），Wuhan University of Technology，Wuhan430063，China）Abstract：Utilizing the new energy technology and seeking for high energy efficiency，green ship is a significant developmentfor the shipping industry in the future，and the tribology will play an important role during this developing process．It is theproblems of internal friction and external friction that actually lead to the ship's power loss and energy consumption increase，the former includes the friction problems existing in the rubbing pairs of main engine，auxiliary engine and shafting system，while the latter aims at the friction in the interface between hull and water，as well as that of hull and atmosphere．Analyzingthe relationship between green ship and tribology，this paper discusses these two fields from three specific domains in the viewof systematical standpoint，which are tribology problems of new energy ship，tribological research for hull resistance reducingand energy efficiency improving，and finally，the blueprint and entry points for relative study on tribology that takes theshipping industry as its application field are prospected by reviewing and dissecting the research progress and developmenttrend．Key words：green ship，tribology，clean energy，ship drag reduction，energy efficiency improvementReceived9March2012，revised19May2012，accepted2June2012，available online28July2012．*Corresponding author．E－mail：xpyan@whut．edu．cn cn，Tel：+86－27－86549879．The project was supported by the State Key Program of National Natural Science of China（863）（2012AA112701）．国家高技术研究发展计划项目（863）（2012AA112701）资助．航运业是综合交通运输体系的重要一环，根据联合国贸易和发展会议发表的《2010海上运输回顾》报告显示，2009年全球海上贸易总量约为78．4亿吨，全球货物流动80%的市场份额是通过海上运输进行的［1］．就我国而言，根据交通运输部《2010中国航运发展报告》，我国水路货运量、货物周转量在综合运输体系中所占比重分别为11．7%和48．2%．与陆运和航空运输相比，船舶运输在经济性、安全性和环保性方面拥有巨大的优势．运输同样的货物，卡车的能源消耗为内河船舶的10倍，火车的能源消耗为内河船舶的2倍．然而气候变化、全球变暖给全球带来了日益严峻的环境压力，将船舶及航运业对环境的污染问题推到了“聚光灯”下，船舶减排面临前所未有的挑战，统计数据显示船舶所排放的CO2、SO x、NO x和PM（固体颗粒）等污染气体总量在不断增大．另一方面，高涨的燃油成本、持续增长的燃油需求以及石化能源的可采资源量的问题，使得船舶界和航运业迫切希望寻找新的船舶营运型式．在这种背景之下，航运带来的环境保护及社会责任问题越来越引起行业的重视，“绿色船舶”的概念随之产生，以采用新技术、新能源、新材料和新工艺为基础的绿色船舶正在积极地发展．在全球节能减排呼声日益高涨的境况下，针对绿色船舶的典型特点，如综合能源利用技术、低碳润滑技术、减摩耐磨涂层和摩擦学仿生材料等，如何利用摩擦学技术理论，进一步提高其节能效率并减少污染气体的排放，对多学科交叉的摩擦学提出了新的挑战．1绿色船舶与摩擦学“绿色船舶”的概念最早出现于20世纪90年代中期，系采用相对先进技术（绿色技术）在其生命周期内能经济地满足其预定功能和性能，同时实现提高能源使用效率、减少或消除环境污染，并对操作和使用人员具有良好保护的船舶．为了更快地推进绿色船舶发展进程，IMO（国际海事组织）、欧盟以及各国船级社纷纷出台各种规范、标准，从制度上确保全球海洋环境或区域海洋环境尽可能地免受污染．2011年7月15日，在伦敦闭幕的国际海事组织海洋环境保护委员会第62次会议，通过了“新船设计能效指数”和“船舶能效管理计划”两项标准，强制实施温室气体减排．各国陆续推出应对方案：DNV（挪威船级社）推出环境和能源效率等级方案；LR（英国劳氏船级社）颁发独立审核的绿色护照，负责新造船和营运船绿色护照的审核和认证工作；GL（德国船级社）推出环境服务体系，旨在满足客户对于相关环境需求的特别服务，“环境护照”是该服务的具体体现［2－3］．中国船级社为促进节能减排技术应用，倡导绿色造船和绿色航运，推出了Green Ship（绿色船舶）附加标志作为对绿色船舶的特别标识．根据船舶各个绿色要素达到的水平，授予的绿色船舶附加标志分为3个级别．适用于所有申请绿色附加标志的船舶，贯穿于新船的设计与制造、营运和拆解的全过程．目前，绿色船舶的涉及面从基本的高效节能船型到低排放高效动力推进装置，到环保无污染涂料以及轻质材料，谓之面面俱到．人们正在通过利用世界最前沿、最先进的科学技术，从各个方面打造新型绿色船舶．可以断定，未来绿色船舶的发展方向将是综合了所有绿色因素的新概念船舶［3］．摩擦学是研究物体相互运动表面之间的相互作用，以及相关问题与实践的科学与技术，包括润滑、摩擦、磨损等，摩擦学普遍存在于生活生产实践当中，涉及范围广泛．随着资源、能源和环境状况的进一步恶化，摩擦学的作用更加突显出来，其研究目标也相应地发生了变化，即从传统的控制摩擦，减小磨损，改善润滑发展到节能、节材、减排、减振、降噪和发展生物生态润滑以及改善生命质量［4－5］．绿色船舶涉及到的摩擦可以分为外摩擦和内摩擦两部分，外摩擦主要是指与空气和水接触部分．其中，与空气的摩擦，包括船舶甲板上层设备；与水的摩擦，包括船体壳板、螺旋桨、舵与艉轴外支架．内摩擦主要指船舶主机、船舶辅机与船舶轴系等产生的摩擦．就绿色船舶而言，这两部分涉及到的重点问题及深入研究的方向，可以从三个方面展开，即清洁能源船舶的摩擦学研究、船舶减阻的摩擦学研究以及船舶能效提升的摩擦学研究．2清洁能源船舶的摩擦学研究清洁能源的是指对能源清洁、高效、系统化应用的技术体系，就目前的技术发展态势而言，以风能、太阳能、核能、燃料电池、潮汐能、氢能和生物质能为代表的清洁能源技术已在各型船舶上得以试验应用［6］．值得注意的是，由于能源形式和利用方式的不同，在实际研发建造清洁能源船舶的过程中更需综合考虑船型、船舶结构、动力系统、电气系统、船员配置、航行区域和港口物流等各个要素，所以当前清114第4期严新平，等：绿色船舶的摩擦学研究现状与进展洁能源船舶的工程化情况并不具有通用性．清洁能源作为一次能源，并不能被船舶上电气设备或动力设备直接应用，需经能量转换装置成为电能或其他二次能源．以利用海洋波浪能为例，其能量转换装置中包括铰接、轴承和缸套活塞等摩擦组件以便将不规则波浪能转换为线性往复运动－回转运动带动发电机运转的机械能．上述摩擦组件的工作过程与陆上设备工作环境相比，在具有湿度高、温变快和腐蚀性等特点的海洋环境中，摩擦磨损的边界条件更为复杂，多因素综合作用的效应更难以处理．南安普敦大学Robert J K Wood 等［7－8］从海洋可再生能源发电系统摩擦学设计约束条件这一点入手，以海上风机、潮汐和波浪发电装置等为研究对象，研究并分析众多相关因素，包含润滑、污染、轴承和齿轮箱故障、生物粘附、气蚀、磨蚀、状态监测、设计趋势和摩擦部件负荷状态等．Harish Hirani 等［9］对采用新型橡胶轴承的船用推进系统轴系中的水润滑（海水－淡水）径向轴承进行了混合润滑实船案例分析，其采用数值计算的方式估算了针对不同负载和转速情况下的润滑水膜厚度，同时根据特定表面粗糙度参数对具体润滑模式进行了预测．此外，针对提高运输工具燃油经济性和可靠性的超硬低摩擦（摩擦系数小于0．05）纳米复合材料涂层和超低摩擦涂层技术也已见诸报道．对于风能、太阳能等其他清洁能源技术而言，能量转换系统的机械机构所含摩擦副及其摩擦学特性迥异，需要进行深入研究、分析和归类，才能在解释其机理的基础上更进一步提升整个能源转换系统的工作效率和可靠性．实际上，通过对国内外学术领域近年来在清洁能源技术、绿色船舶和摩擦学（绿色摩擦学）等多个方向所发表文献进行的跟踪和分析，发现以解决绿色船舶摩擦学问题为出发点的研究极为有限．文献大都集中于解决某些系统的摩擦副的摩擦学问题，而对海洋环境因素和绿色船舶载体这两个典型特征未予考虑．本文所列述的部分研究成果仅对其中某些问题有所提及，在理论体系上并不完善．限于篇幅，本文以风帆助航船舶和太阳能船舶为典型进行论述．2．1风帆助航技术的摩擦学问题目前，世界上共有十余种不同形式和结构的船用风帆．尽管各型风帆结构存在较大的差异性，但是在基本原理上彼此之间却有着紧密的联系［6］，如图1所示为各型风帆助航船实景图或设计图．按照工作原Fig．1The various types of sail －assistant ships图1各型风帆助航船214摩擦学学报第32卷理，风帆可分为：第一，翼型原理采用翼型原理或与翼型原理相仿的风帆称为帆翼，又称作翼型帆或者翼帆，主要有矩形帆翼、三角帆翼（简称三角帆）、Walker型风帆、Skysail（天帆）；第二，利用马格努斯效应产生推进力的风帆，主要为转筒帆（又称转柱帆）；第三，将机翼原理与马格努斯效应两者结合而产生的帆型，如转子－帆翼组合体；第四，采用控制边界层分离原理的抽气式涡轮帆等．2．1．1定航速模式航行下柴油机低负荷运行的摩擦学问题从运营安全和港口物流角度出发，一般要求船舶采用定航速航行模式．当风速和风向条件达到可利用需求时，就需要降低主机输出功率并使其维持在低负荷状态下工作．船用大型低速柴油机较长时间低负荷运行时，其燃烧效率降低、积炭明显增加，进而导致缸体内表面发生变化，使得活塞运动润滑不良、阻力增大，甚至划伤气缸壁，严重时还会导致爆缸．因此，重点研究柴油机低负荷运行时各运动部件摩擦副表面的摩擦学特性，有助于提高整机工作效能，进而保证长期运转过程中的可靠性和经济性．2．1．2风载荷及风振作用于风翼机构的摩擦学问题第一，风帆船在航行的过程中，恶劣的海上环境会加剧风帆与骨架之间的接触摩擦，最终可能导致传动失效，因而在帆架结构的材料选择上提出了新的要求．选择经济可靠的抗腐蚀材料，或在钢结构材料表面覆盖耐磨材料以增加其使用寿命，进而提高整个帆面的使用寿命．第二，在不同类型折叠帆的钢架结构中，如图2和图3所示，帆面横向肋骨中的铰链机构会因在风载荷作用下进行收帆、张帆以及帆向角调整操作而发生摩擦磨损，而海上复杂气象环境的影响更将恶化摩擦副之间的摩擦特性，对帆的使用寿命产生负面影响．因此，需要研究并采用合理的润滑模式以降低其摩擦系数，保证正常工作．（a）Furlingcondition（b）Stretch conditionFig．2Foldable rigid sails图2折叠式硬帆Fig．3Foldable lifting sails图3折叠式升降帆第三，海洋环境中极具不确定性的风载荷会通过帆面受力而直接作用于风翼桅杆上，使安装于其中的机械传动机构在交变载荷的冲击作用下发生振动冲击或微动磨损，最终可能导致零件的疲劳破坏，如传动系统中轴承的疲劳失效、齿轮齿面间磨损和胶合等现象．特别是具有腐蚀性的海洋环境，传动轴承将同时承受盐雾腐蚀等众多因素的综合作用．如选用滑动轴承，需着重研究包含腐蚀磨损、微动磨损、振动冲击和疲劳磨损等多种机理的摩擦学问题．2．2太阳能光伏技术的摩擦学问题太阳能光伏技术是基于半导体材料在光照射下产生空穴－电子对的原理将太阳辐射能转换为电能进行利用．对于陆上系统而言，为实时获得最大太阳辐射能，会采用机械驱动机构进行单轴或双轴太阳角度跟踪．对于太阳能船舶而言，由于需要考虑在船舶甲板区域内最大限度地获取太阳辐射能的同时，314第4期严新平，等：绿色船舶的摩擦学研究现状与进展还需考虑到可调电池阵列在风载荷下对船舶稳性的影响问题，故在采用“太阳帆”的双体船上应用较多，而在小型船或大规模采用光伏系统的远洋船上主要采取直接平面铺装太阳能电池板的方式［10］，如图4所示．2．2．1光伏逆变器工作过程中存在的微动磨损与腐蚀磨损耦合作用问题作为将太阳能电池板所输出直流电转换为交流电的电气设备，光伏逆变器在工作过程中将承受由船体内动力设备运转所产生的低频振动影响．此外，由于腐蚀性海洋环境和机舱内高温、高油气环境因素的综合作用，逆变器内部电子元器件和开关器件的工作特性将受到何种影响，目前尚未有相关方面的研究．另外，从船舶入级规范的角度考虑，任何用于船舶上的设备均需符合相应标准要求，突显了针对大容量船载光伏逆变器在复杂环境中工作特性研Fig．4Various types of solar ships 图4各型太阳能船究的必要性．2．2．2海水蒸发后形成盐颗粒对太阳能电池表面玻璃的摩擦问题船用太阳能电池板所处的海洋环境极为苛刻，含有大量的盐份、水气及海风中夹杂的酸碱性物质，虽然大多数太阳能电池板玻璃盖片耐环境性能（光学性能、化学稳定性、冷热稳定性）较好，但长期处于温差大、盐分大、湿度高的环境中极易发生污染、着色、腐蚀和磨损等系列问题，使得光伏电池对太阳光的利用率下降，进而导致整个系统转换效率下降［11－14］．图5所示为在实验室环境模拟海洋环境的不同浓度盐水浸没试验中的玻璃表面形貌．在试验过程中，随着水份的不断蒸发，在玻璃表面会不断的析出盐粒，导致玻璃表面出现大量的盐斑，从而使得通过玻璃的太阳光透过率降低、反射率增高，也就影响了玻璃盖片的光谱透过率［15］．另外，苛刻的海洋环境更会严重影响到船用太阳能电池板的可靠性，在水浸、盐蚀、振动等因素的作用下，会出现太阳能电池板的密封开裂，内部出现裂纹等诸多情况，影响到太阳能电池板的可靠性．3船舶减阻中的摩擦学研究流体中运动物体受到的基本阻力由摩擦阻力、黏压阻力和兴波阻力组成．长期以来，人们一直在寻找减少流体阻力的有效方法，其中研究较为深入的方法有以下几种［16－17］：414摩擦学学报第32卷Fig．5Salt －water experiments of battery glass covers under the simulated marine environment图5模拟海洋环境条件下的电池玻璃盖片盐水试验第一，探索物体的流线型，包括由于形体改变对保持层流边界层的影响．希望通过型线的选择，能“自动”保持边界层层流流态，如果做不到这一点，则通过吸气、增压或其他方法“强制”保持，关于这种方法，在各种行业的应用已很普遍．第二，随着流体力学和高分子化学研究的进一步发展，众多学者提出使用高分子稀溶液以实现黏性减阻，即将高分子稀溶液注入物体壁面附近（注入到流核区无效）形成类似于鱼鳞表面的黏性液体．就内流而言，最高时可使阻力系数减少40% 50%．在相关领域的具体应用也部分证实了其有效性，但这种减阻的方法在某些领域应用时有一定的局限性，有的情况甚至是不可能的．例如，针对船舶采用黏性减阻的方式就直接面临两个方面的问题：一则，向水中加高分子稀溶液与STCW78/95公约中针对防止船舶造成海洋污染的相关条款相悖离；二则，成本不可控．第三，根据仿生学的启示，人们发现弹性材料护面可实现黏性减阻．实验表明：游泳运动员游泳时穿紧身的弹性尼龙衣，比不穿游泳衣时所受的阻力要小［17］．减阻的主要原因是此弹性边界为柔顺边界，最理想的情况下，边界的波动能自动与附面层的波动合拍，即所谓的“同步波动”．在这种情况下，流动阻力大大降低，可实现最大程度的减阻．当然，同步程度的不同，传递的能量在边界区域直接散失的能量也有所差别．通过选择合适的船型参数，利用球鼻首等造成有利的波系干扰，以及采用压浪条（板）、船艉附体等技术措施，均能改善艉部流场，可有效减少常规单体舰船的兴波阻力；采用双体船、水翼艇、潜水船、小水线面船等特殊船型，可以更有效地降低兴波阻力；鲨鱼是海洋中游得最快的动物之一．其皮肤布满微小的肋条状鳞片结构，这种带肋条的表面能有效地降低鲨鱼肌体在水流冲击中的振动，从而大幅降低游动阻力．人们已经通过对鲨鱼微鳞片进行抽象、放大和简化仿形加工出了仿生鲨鱼皮［18］，实现了7%左右的减阻率．尺度与形状是决定低阻动物表皮发挥减阻机能的关键因素［19］，制造出与生物原型表皮形貌相逼近的仿生减阻表面、实现减阻率7%的突破仍是尚待解决的难题［20］．生物加工技术可以直接将复杂生物形体引入功能形体制造，能够突破现有加工手段在工艺和效能上的瓶颈，北京航空航天大学张德远等［21］借助生物复制成形工艺对鲨鱼皮外端形貌进行大面积微复制，并进行减阻试验，结果表明：在测试范围内，减阻率高达24．6%．针对船舶而言，在摩擦阻力、黏压阻力和兴波阻力3种成份中，通常摩擦阻力是主要的．从航运企业的角度，降低船舶摩擦阻力对节约燃料、提高船舶营运利润的价值是十分显著的．船舶在真实流体中运动过程中，由于流体的黏性，在船体湿表面周围形成厚度随着船长而增长的边界层．边界层中的能量由船舶供给，由此对船舶产生了摩擦阻力，其大小与船体湿面积的大小、船体表面粗糙度、船壳涂料、污底、船壳表面流体速度以及流体密度等因素均有密切关系．一般低、中速船舶的摩擦阻力占总阻力的70 80%［22］．现有降低船舶摩擦阻力的技术，主要包括：船舶主要尺度和线型优化（在设计船体时尽可能考虑减小其湿表面积），气膜减阻和仿生船体表面减阻．其中，在仿生减阻领域的研究值得高度关注．在降低船舶兴波阻力方面，目514第4期严新平，等：绿色船舶的摩擦学研究现状与进展前有2个主要解决途径：一则，采用双体船、水翼艇、潜水船、小水线面船等特殊船型；二则，基于对流体动力学和船体摩擦阻力的认识，通过选择合适的船型参数，利用球鼻首等造成有利的波系干扰，以及采用压浪条（板）、船艉附体等技术措施，通过改善艉部流场以有效减少常规单体舰船的兴波阻力．3．1优化船舶的主要尺度和线型有统计资料表明，对中低速船舶，特别是肥大型的中低速船舶，形状阻力约占总阻力的10% 30%．随着国际远洋运输的主力船型（油船、散货船、集装箱船）向着大型化、快速化、专业化的方向发展，对此类船型的形状阻力进行减阻研究将具有实际的工程意义．首先，应用CFD优化船体线型，尽量推迟层流转变和湍流分离．因为边界层内流动若能持续维持层流状态，可使其表面摩擦阻力比处于湍流状态下要小1个量级．实际上，控制其完全处于层流状态是不可能的，延缓湍流分离过程作为折中手段也可在一定程度上实现减阻目的．其二，球鼻艏技术．球鼻艏结构外形复杂，但是其对船体减阻节能特性和声纳导流罩水声性能却具有显著且复杂的影响．国内外已有不同型号的大型驱逐舰采用了作为声纳导流罩的球鼻艏，但是基于其特殊技术要求，这类球鼻艏并不具有减阻节能功能．已有数据显示，应用该型球鼻艏可能导致使船体阻力增加约3%，故通常仅称之为声纳首［23－24］．在高速水面舰船加装新型减阻节能球鼻艏，则是近年来国内外前沿研究课题．这类球鼻艏具有近水面、大前伸的外形特征，称之为减阻节能球鼻艏．据初步分析，采用减阻节能球鼻艏有望取得优良的减阻节能效果（节能15%以上），因此具有重要的应用前景．其三，前缘引流减阻技术，源于流体力学研究中的钝体绕流技术，国内外对这一领域的研究主要集中在对流体中的柱体开孔和钝体分离流控制等方面．其中，对圆柱体绕流的研究为其技术应用的典型代表．圆柱绕流源于边界层在柱体去流段发生分离而产生的漩涡，由此形成的柱体前后压力差是柱体阻力的主要原因．在研究中通过采取在柱体前后开缝、开孔引流等措施改变表面边界层分布，推迟边界层的分离，从而改善柱体周围流场分布，实现减阻目的．国内外众多试验研究均验证了钝体前缘开孔引流对其周围流场特别是尾部流场具有明显改善作用，减阻效果亦很可观．3．2气膜减阻气膜减阻技术的原理是利用水与空气的密度、黏度的差别，在船底通入空气，形成1层薄的气液两相混合流，通过混合流密度、黏度以及流动模式的改变，减少船体的摩擦阻力．大量试验表明：在适当喷气流量和水流速度下，平板及回转体的表面摩擦阻力可减少50% 80%［25］．19世纪末，W Froude首先提出在船舶与水之间注入空气层来减小船体表面摩擦阻力的设想并进行了一些试验尝试．但限于当时的理论研究水平滞后且试验条件和设备不足，试验结果并不理想，未能取得成功．但这却为后来者的减阻研究提供了1种全新的思路，推动了这一减阻研究技术的快速发展．目前微气泡减阻已经成为船舶减阻研究领域最热门的方向之一，各国政府都投入巨大的人力、物力、财力以求在微气泡减阻领域取得突破．1984年，美国学者Madavan等［26］在试验水池中对回转体的微气泡减阻进行了研究，验证了前苏联Migirenk等的研究结论，其试验研究中得到摩擦阻力可减少50% 80%的结论．试验结果表明：相同速度下，喷气量越大，摩擦阻力减小越多，达到一定临界值后，继续增大喷气量，摩擦阻力变化不大；而相同喷气量下，航速越高，减阻效果越差；同时，喷气口上游区域受气泡影响很小，对混合介质的速度分布基本无影响．国内学者对微气泡减阻的研究起步较晚，始于20世纪80年代，但研究进展很快，已经取得了一定的成果．海军工程大学董文才等对平板和滑行艇进行了微气泡减阻的试验研究［27］，主要探讨了来流速度、喷气量、喷气方式、喷缝尺寸等因素对减阻效果的影响，得到了许多具有参考价值的数据结论．气膜减阻技术耗能较少且能够有效大幅减阻，研究发展该项技术具有显著的经济及军事优势，因而被普遍认为是船舶减阻领域最具前景的研究方向．目前，微气泡减阻作为该领域最热门的方向之一，已受到国内外船舶工程、水动力学等学科领域专家学者的高度重视．3．3仿生船体表面减阻船舶使用一段时间后，船壳由于被腐蚀等，其粗糙度就会增加．同时，海生物对船壳的污底与附着也日益严重．一般污底可影响1 1．5节航速，严重污底会降低航速2节以上．国内外有关新型防污涂料的文献专利报道非常可观，涉及到无锡自抛光、可控溶解型、生物防污、化614摩擦学学报第32卷。

公制转换表长度1m=39.37″1mm=0.0393″力1N=0.2248磅1kg=2.205磅压力1kg/cm²=14.223磅/英寸²1Mpa=145磅/英寸²符号和单位英制单位Ct=超过生产车间环境温度时的额外径向间隙英寸MMCs=吸水时的额外径向间隙d=轴径英寸MMEo=弹性模量1BS/SQN MPAID=轴承内径英寸MML=轴承长度英寸MMN=轴转速RPM RPMO.D.=轴承外径INCHES MMP=压力1BS/SQIN MPATa=生产车间环境温度（典型21℃（70℉））℉℃T0=运转温度℉℃W.T=轴承壁厚INCHES MMα=热膨胀系数IN/IN/ ℉CM/CM/℃μ=摩擦系数IN/IN/ ℉CM/CM/℃V=线速度FT/MIN M/SEC γ=拍松比不同硬度比例的大约对照（译者：表略）韦氏硬度（VICKERS）硬度莱氏B（ROCK WELL B）（BARCOL）硬度（HARDNESS）柔度（SOFTNESS）冷冻装配温度干冰：–78℃（–109℉）液氮：–196℃（–320℉）可供其它THORDON技术信息A）THORDON海洋工程安装手册B）THORDON计算机尺寸计算程序如有需要请与当地THORDON分发商或THORDON轴承公司联系1目录1．THORDON定义2．摩擦学3．物理性能A 热效应B 水效应C 形状系数D 应力应变E 刚度F 压变形-蠕变-应力释放G 冲击/恢复 H 滞后量 I 化学防腐 J 选择过程 K 故障和失效原因4．设计指导A 应用分析B 轴承压力C 速度D P.V.T图表EL/D比 J 选择过程 K 故障和失效原因5．THORDON轴承的应用设计A 应用设计B 过盈C 内径收缩D 运转间隙E 膨胀允差F 吸水允差G 分步计算H 实例计算I 键轴承计算J 计算机计算K 高压轴承6．加工指导A 一般加工B 加工XL和SXLC 尺寸和表面粗糙度测量D 加工Composite定义：THORDON 弹性轴承材料是一种热凝树脂，是三维交叉结晶聚合物。

赛龙轴承材料摩擦学性能的试验研究孙文丽;王优强;时高伟【摘要】利用数显式高速环块摩擦试验机,对赛龙轴承试块/镀镍钢环配副,分别在干摩擦、湿润滑、海水润滑条件下,进行摩擦磨损试验研究,分析赛龙轴承的摩擦磨损性能.结果表明:赛龙干摩擦时的平均摩擦因数为0.4左右,相对其他非金属材料,赛龙的干摩擦性能较好,但赛龙不耐高温,高温时材料表面会被破坏生成丝状磨屑;湿润滑时赛龙的摩擦因数比干摩擦时的低,说明湿润滑时已处于边界润滑状态;海水润滑时摩擦因数较低,此时润滑状态逐渐变为完全流体动压润滑状态.正交试验结果表明,干摩擦和湿润滑时,转速变化对摩擦因数的影响较大;海水润滑时,载荷变化对摩擦因数影响较大.%The tribological properties of thordon under dry friction, wet lubrication, seawater lubrication were investigated on high-speed ring-block tribological tester. The abrasion mechanism of thordon-steel rubbing pair was analyzed. The results show that the friction coefficient of thordon is about 0.4 under dry friction and its performance is better than other nonmetal materials under dry friction. Thordon has poor property of high temperature resistance,the contact surface is destructed to produce filiform abrasive dust under high temperature. The friction coefficient of thordon in wet lubrication is lower than in dry friction which shows boundary lubrication state. The friction coefficient is the lowest under seawater lubrication,there is hydrodynamic lubrication turned into gradually. The results by orthogonal analytic method show during dry and wet lubrication, the influence of changes in speed to friction coefficient ishigher, and in seawater lubrication, the influence of changes in load to friction coefficient is higher.【期刊名称】《润滑与密封》【年(卷),期】2011(036)005【总页数】4页(P36-39)【关键词】海水润滑;赛龙材料;摩擦磨损;正交分析【作者】孙文丽;王优强;时高伟【作者单位】青岛理工大学机械工程学院,山东青岛266033;青岛理工大学机械工程学院,山东青岛266033;青岛理工大学机械工程学院,山东青岛266033【正文语种】中文【中图分类】TH117.1赛龙弹性轴承材料是由三次元交叉结晶热凝性树脂制造的聚合物，是一种强固的合成型聚合物［1－2］。

内河船舶赛龙轴承应用浅析作者：王文双来源：《中国科技纵横》2010年第14期摘要:通过对赛龙轴承的特点进行对比分析,提出该系列轴承在当今环境保护工作高于一切的今天,其在内河船舶上的应用前景。

关键词:内河赛龙轴承水润滑应用1 引言随着社会的发展,国家对环保的越来越重视,法律制度日趋完善,对船舶防污染措施也提出了更高的要求。

船舶污染主要有油和生活水两种主要污染源,对于油污染主要为一些船舶肆意将废油倾倒江中,其二是艉轴系等设备的润滑油的使用过程的自然泄漏,虽采取了如黄氏密封、各型密封圈等防泄漏形式,但不可避免的存在着轴管内滑油的泄漏。

以600马力船为例,老式船采用白合金轴承,据不完全统计其一个夏航期消耗润滑油约在80千克左右。

因而,研究试验应用一种既能满足工作强度要求,又不会造成水质污染的轴承已成为广大科技工作者和工程技术人员的一种使命,上世纪六十年代推出市场的以水作为润滑形式的赛龙轴承取代传统的以油润滑的白合金、铜套轴承已悄然问世。

2 内河船舶轴承的对比分析目前内河船舶艉轴承多采用钨金、铜套、橡胶形式,由于内河河水含沙量大等因素存在,赛龙轴承还未普遍应用。

赛龙轴承在我国自80年代起海船赛龙轴承就有广泛应用,作为一种滑动轴承材料,其是由加拿大赛龙公司专业生产,现在在世界造船和修船行业中已广泛地采用赛龙轴承做为艉轴承、舵轴承。

赛龙材料是由三次元交叉结晶热凝性树脂制造而成的均质聚合物,同橡胶轴承一样采用水润滑。

试验数据及实船应用证明,其性能超越于传统的铜、巴氏合金、尼龙、橡胶等其它轴承材料,材料具有稳定的化学特性。

因此,不存在老化问题。

钨金轴承及铜套轴承由于其采用油脂润滑,滑油的泄漏已成为污染河水的一主要问题,橡胶轴承易老化,且其摩擦系数大,低转速起动转矩大,又由于其不抗压,故承压能力不高承压区磨损量大,河水中泥沙含量也加剧了它的磨损,因此寿命较短。

3 赛龙轴承的特性使用寿命特长,抗磨能力强:因为赛龙的弹性特性,当摩擦粒子进入轴承内部,即被压入赛龙里面,然后,藉由弹力随着轴滚动,掉入水槽后排出外面,不会卡在轴承上,形成另一摩擦源,因此,能将轴承和轴的磨损降到最低低磨擦: 赛龙可以在一定的时间内干运转,大约1-2分钟,不需预先用水润滑容易形成水膜,只需2m/s的线速度就可形成。