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摘 要：水润滑橡胶轴承以其无污染、省材料、低成本；耐磨损、耐泥沙、耐腐蚀等一系列优点而在船舶、水泵业获得广泛应用，成为水下最适宜的轴承之一。它对于解决目前水介质中使用金属滑动轴承频繁出现密封失效、轴瓦磨损问题的矛盾，对于简化机械润滑与密封系统结构和节约贵重有色金属轴瓦材料，都具有重要的意义。
关键词：水润滑橡胶轴承；研究进展
随着人口增长和工业的日益发展，资源短缺和环保问题已成为人们日益关注的问题，目前节能节材和环保要求已成为机械产品设计中必须考虑的因素之一。而水润滑橡胶轴承以其无污染、结构尺寸小、摩擦系数小以及对轴的振动和偏斜的不敏感性，在加上低成本、良好的耐磨、耐腐、对泥砂的不敏感和良好的緩冲吸振性能等优点在石油化工设备、污水泵、立式多级泵等，尤其在水力机械中采用以其自身输送的水介质作为润滑、冷却的水润滑橡胶轴承已成为结构设计的发展方向。
一、水润滑轴承的发展现状
1.国外发展现状
从1886年英国水力学家雷诺（Reynolds）推导出著名的流体动力润滑方程（即雷诺方程），提出流体动力润滑理论至今，人们对摩擦、磨损与润滑的研究与发展日益丰富，润滑理论也日趋完善，但人们对水润滑轴承特别是橡胶轴承的研究和应用，却是以Muijderman的低粘度流体动压轴承理论为基础发展起来的。从40年代末期开始，苏联一直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在50、60年代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—泰勒公司在无填料泵结构中采用了水润滑滑动轴承，其轴材料为马氏体不锈钢或在碳钢表面镀铬。而轴瓦材料为石棉填充酚酐树脂，使用效果较好。德国的维克斯和米契尔公司则在深井泵中和潜水泵中采用水润滑橡胶轴承，即以橡胶材料作轴瓦。加拿大的汤姆逊—戈尔登有限公司在船舶尾轴的支承中采用了水润滑系统，在不锈钢轴承上复合一层聚合材料作轴瓦。日本在离心泵和船用离心泵中广泛采用了水润滑轴承；在大型内燃机油轮用辅锅炉给水泵中，采用了自给式的水润滑轴承，轴瓦材料为渗碳合金。东芝公司还在汽轮发电机和水轮发电机上开发了泵用水润滑轴承等。
2.国内发展现状
中国从50年代中期开始在船用离心泵和轴流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。例如二机部第一设计院设计的核泵水润滑轴承；江都三站大型立式轴流泵上采用的酚酐塑料水润滑轴承；潜水电泵上采用的水润滑塑料推力轴承等。在70、80、90年代这方面的报导较少，特别是以橡胶为轴瓦材料的水润滑轴承。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。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。
二、水润滑橡胶轴承的设计原则
1.橡胶层的厚度
橡胶轴瓦的厚度是橡胶轴承设计中的重要参数，取决于轴径、轴的平衡度、轴的转动频率和沟槽的断面以及载荷等。但在实际中橡胶层的最小厚度主要考虑轴承正常工作时，悬浮于水中的砂粒尺寸，其次还考虑结构尺寸，包括为了满足橡胶轴承表面和旋转轴颈表面之间建立流体动压润滑所要求的最小楔形角，也就是说要限制轴颈陷入橡胶材料的程度，因此也与载荷有关。一般橡胶层以薄为好。理论上橡胶层最小厚度为1.5～2.5mm，但由于制造工艺困难，建议橡胶层最小厚度为6mm。另外，橡胶轴瓦与金属轴套间要有良好的粘附强度。橡胶与黄铜的粘合是最安全可靠的，操作也简单，因此应优先采用黄铜轴套。钢制轴套有时需要在钢套内表面进行特殊加工，以保证橡胶与金属之间的粘附强度不低于4.5MPa。
2.橡胶轴承的线速度
对水润滑橡胶轴承来说，线速度越高，摩擦系数越小。但当线速度达到一定值后，摩擦系数会逐渐稳定，但温度会上升，所以线速度并非越大越好。而线速度太小时，会引起摩擦系数过大，轴承的功耗过大。通常橡胶轴承的线速度在5～20m/s之间时，摩擦系数和温升是比较理想的。另外，线速度对水润滑橡胶轴承的承载能力也有一定的影响。实验研究表明，在低速范围内，轴承的最大承载能力与线速度几乎成线性比例关系。但当速度达到一定值后，再提高线速度对承载能力不会再有明显的影响。
3.轴承间隙
为了保证轴能够轻快的旋转，轴承内孔和轴外径之间的间隙应选取合理值。数值计算发现，橡胶轴承的承载能力在其他条件不变的情况下随轴承间隙的增大而减小，随间隙的变小而增大。但并不是说轴承的间隙可以无限增大或减小，超过一定值就会破坏流体动力润滑状态而使承载能力大幅度下降。根据实验，轴承间隙受轴直径、橡胶层厚度和硬度的影响。橡胶层越厚、硬度越软，轴直径越大则轴承间隙相应越大；而轴承橡胶层越薄、硬度越高，轴直径越小则轴承间隙相应就要小些。例如对直径为 65mm的轴，表面光洁度Ra0.8，橡胶轴承表面光洁度Ra1.6，邵氏硬度75，橡胶层厚度22mm，经实验表明最佳轴承间隙值为0.12～0.14mm。
三、结语
通过对水润滑橡胶轴承的结构设计研究表明，在轴承设计过程中除了选择合适的轴承材料，还应从以下几个方面重点考虑水润滑橡胶轴承结构设计：采用平面型轴瓦结构，改善轴承在低转速工况的运行条件；通过理论分析和原理试验相结合的方法，设计出具有最佳橡胶层的厚度的轴瓦；采用底部为流水槽道的轴瓦布置形式。通过以上方法的采用，能明显降低水润滑轴承的摩擦、磨损，提高轴系传动效率，并延长轴承使用寿命。
参考文献：
[1] 王优强.水润滑橡胶轴承润滑机理的研究.沈阳：东北大学，1995.
[2] 王贤烽等.水润滑橡胶尾管轴承的性能研究.船舶工程，1993（4）：45～49.
关键词：水润滑橡胶轴承；研究进展
随着人口增长和工业的日益发展，资源短缺和环保问题已成为人们日益关注的问题，目前节能节材和环保要求已成为机械产品设计中必须考虑的因素之一。而水润滑橡胶轴承以其无污染、结构尺寸小、摩擦系数小以及对轴的振动和偏斜的不敏感性，在加上低成本、良好的耐磨、耐腐、对泥砂的不敏感和良好的緩冲吸振性能等优点在石油化工设备、污水泵、立式多级泵等，尤其在水力机械中采用以其自身输送的水介质作为润滑、冷却的水润滑橡胶轴承已成为结构设计的发展方向。
一、水润滑轴承的发展现状
1.国外发展现状
从1886年英国水力学家雷诺（Reynolds）推导出著名的流体动力润滑方程（即雷诺方程），提出流体动力润滑理论至今，人们对摩擦、磨损与润滑的研究与发展日益丰富，润滑理论也日趋完善，但人们对水润滑轴承特别是橡胶轴承的研究和应用，却是以Muijderman的低粘度流体动压轴承理论为基础发展起来的。从40年代末期开始，苏联一直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在50、60年代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—泰勒公司在无填料泵结构中采用了水润滑滑动轴承，其轴材料为马氏体不锈钢或在碳钢表面镀铬。而轴瓦材料为石棉填充酚酐树脂，使用效果较好。德国的维克斯和米契尔公司则在深井泵中和潜水泵中采用水润滑橡胶轴承，即以橡胶材料作轴瓦。加拿大的汤姆逊—戈尔登有限公司在船舶尾轴的支承中采用了水润滑系统，在不锈钢轴承上复合一层聚合材料作轴瓦。日本在离心泵和船用离心泵中广泛采用了水润滑轴承；在大型内燃机油轮用辅锅炉给水泵中，采用了自给式的水润滑轴承，轴瓦材料为渗碳合金。东芝公司还在汽轮发电机和水轮发电机上开发了泵用水润滑轴承等。
2.国内发展现状
中国从50年代中期开始在船用离心泵和轴流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。例如二机部第一设计院设计的核泵水润滑轴承；江都三站大型立式轴流泵上采用的酚酐塑料水润滑轴承；潜水电泵上采用的水润滑塑料推力轴承等。在70、80、90年代这方面的报导较少，特别是以橡胶为轴瓦材料的水润滑轴承。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。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。
二、水润滑橡胶轴承的设计原则
1.橡胶层的厚度
橡胶轴瓦的厚度是橡胶轴承设计中的重要参数，取决于轴径、轴的平衡度、轴的转动频率和沟槽的断面以及载荷等。但在实际中橡胶层的最小厚度主要考虑轴承正常工作时，悬浮于水中的砂粒尺寸，其次还考虑结构尺寸，包括为了满足橡胶轴承表面和旋转轴颈表面之间建立流体动压润滑所要求的最小楔形角，也就是说要限制轴颈陷入橡胶材料的程度，因此也与载荷有关。一般橡胶层以薄为好。理论上橡胶层最小厚度为1.5～2.5mm，但由于制造工艺困难，建议橡胶层最小厚度为6mm。另外，橡胶轴瓦与金属轴套间要有良好的粘附强度。橡胶与黄铜的粘合是最安全可靠的，操作也简单，因此应优先采用黄铜轴套。钢制轴套有时需要在钢套内表面进行特殊加工，以保证橡胶与金属之间的粘附强度不低于4.5MPa。
2.橡胶轴承的线速度
对水润滑橡胶轴承来说，线速度越高，摩擦系数越小。但当线速度达到一定值后，摩擦系数会逐渐稳定，但温度会上升，所以线速度并非越大越好。而线速度太小时，会引起摩擦系数过大，轴承的功耗过大。通常橡胶轴承的线速度在5～20m/s之间时，摩擦系数和温升是比较理想的。另外，线速度对水润滑橡胶轴承的承载能力也有一定的影响。实验研究表明，在低速范围内，轴承的最大承载能力与线速度几乎成线性比例关系。但当速度达到一定值后，再提高线速度对承载能力不会再有明显的影响。
3.轴承间隙
为了保证轴能够轻快的旋转，轴承内孔和轴外径之间的间隙应选取合理值。数值计算发现，橡胶轴承的承载能力在其他条件不变的情况下随轴承间隙的增大而减小，随间隙的变小而增大。但并不是说轴承的间隙可以无限增大或减小，超过一定值就会破坏流体动力润滑状态而使承载能力大幅度下降。根据实验，轴承间隙受轴直径、橡胶层厚度和硬度的影响。橡胶层越厚、硬度越软，轴直径越大则轴承间隙相应越大；而轴承橡胶层越薄、硬度越高，轴直径越小则轴承间隙相应就要小些。例如对直径为 65mm的轴，表面光洁度Ra0.8，橡胶轴承表面光洁度Ra1.6，邵氏硬度75，橡胶层厚度22mm，经实验表明最佳轴承间隙值为0.12～0.14mm。
三、结语
通过对水润滑橡胶轴承的结构设计研究表明，在轴承设计过程中除了选择合适的轴承材料，还应从以下几个方面重点考虑水润滑橡胶轴承结构设计：采用平面型轴瓦结构，改善轴承在低转速工况的运行条件；通过理论分析和原理试验相结合的方法，设计出具有最佳橡胶层的厚度的轴瓦；采用底部为流水槽道的轴瓦布置形式。通过以上方法的采用，能明显降低水润滑轴承的摩擦、磨损，提高轴系传动效率，并延长轴承使用寿命。
参考文献：
[1] 王优强.水润滑橡胶轴承润滑机理的研究.沈阳：东北大学，1995.
[2] 王贤烽等.水润滑橡胶尾管轴承的性能研究.船舶工程，1993（4）：45～49.