1.1选题的目的及意义

近年来，国家大力推进可持续发展，提倡节能减排的战略，树立“绿水青山就是金山银山”的理念，研发新型的节能无污染设备得到了前所未有的重视。二十一世纪以来随着新型材料的研发和制造业的进步，水润滑轴承克服了早期使用中容易发生的易腐蚀、易磨损、泄漏大、效率低等缺点，具备成本低、环境友好、易维护保养、阻燃性好等优势，开始在食品、医疗、采矿等各个行业里得到运用。

在船舶行业中，水润滑轴承是船舶推进轴系的重要的组成部分，自20世纪70年代出现石油资源危机和近年来人们对环境资源保护的重视，水润滑轴承开始逐步推广应用，并经过各个科研机构的理论研究与试验数据的采集进行优化设计，目前已成为舰船尾轴承的主要形式，尾轴承的作用是支撑艉轴及螺旋桨重量，但由于悬伸布置的艉轴和大重量的螺旋桨，使得艉轴在船舶轴系中负荷最大，受力最复杂，除了艉轴和螺旋桨自身重量外，还有由于螺旋桨重力不平衡所引起的惯性力和船体变形产生的附加力^[1] ，这会使艉轴发生烧曲，轴线倾斜等现象，造成局部载荷过大，极大的影响艉轴承性能。如何提高轴承润滑特性、减小摩擦和降低振动是目前大型船舶所面临的重要难题。

水润滑尾轴承由非金属瓦面层（或称“内衬”）和金属基体（或称“衬套”）组成。目前水润滑轴承结构形式和材料类型比较丰富，根据瓦面层和基体的关系来看，可以分为整体式和板条式；按水槽的布置形式可分为半开式槽与全开式槽，前者是指水槽在周向等间距分布，后者水槽指设置在轴承上部，轴承下半部分不开槽。瓦面材料主要包括丁晴橡胶、改性橡胶和复合聚合物材料等。但无论是哪种型式的尾轴承，其瓦面层全是等厚设计的，在偏载作用下，导致靠近出水端的轴承瓦面严重变形，并且容易出现磨损、剥落、噪声等影响。因此，通过变形补偿原理对轴承进行非等厚结构设计，优化尾轴承承载性能显得十分必要。

1.2国内外的研究现状分析

1.2.1国内发展情况

我国对水润滑橡胶轴承进行理论探索和试验研究工作以及应用的时间较晚，我国从20世纪50年代中期开始在船上装备水润滑轴承，60年代初期开始进行理论与试验研究工作。

1987年武汉理工大学和扬州橡胶总厂开始了船用水润滑橡胶轴承的研制工作，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^[2]，重庆大学机械传动国家重点实验室与重庆奔腾科技发展有限公司在合作开发生产出轴径20-320mm以下500多种中小规格尺寸的BTG水润滑橡胶合金轴承系列产品。

在水润滑轴承承载性能研究方面，武汉理工大学的金志鸿^[3]等人应用弹性理论分析了国产材料MSC-2-1和铁梨木的弹性接触应力，结果表明水润滑尾轴承局部最大接触压力是设计比压的几十倍乃至百倍；福建工程学院的彭晋民^[4]通过轴承材料改性的研究，确定轴承材料的基础配方，加上纳米级ZnOw晶须的强化作用，制成的水润滑轴承承载能力可提高30%左右；重庆大学的韩彦峰^[5]建立了多场多因素耦合润滑模型，进行水润滑橡胶合金轴承多场多工况数值分析，着重研究了考虑表面粗糙度、轴向流量供给、轴向倾斜等多场多工况耦合条件下水润滑橡胶轴承的混合润滑行为，发现轴承出水端温升远大于供水端，导致水膜压力、接触压力、弹性变形、热变形等沿周向均承非对称分布，适当的轴倾斜可以改善轴承动压润滑。中北大学的刘奇^[6]建立了六种不同推力瓦型面的几何模型和数学方程，利用Matelab计算轴承的运行工况参数和轴承几何参数对润滑性能特别承载性能的影响，得出摆线型面是最佳推力瓦面。

目前国内虽然已有较多学者研究轴承承载特性，现在看来提高承载特性的方法大致分为两种，一种是对材料的改性研究，另一种则是对轴承瓦面结构的设计。后者的研究极少，刘奇^[6]只针对六种瓦型面进行了分析，没有考虑瓦面材料弹性变形的影响，并且没有进一步对瓦面进行优化改良，因此基于变形补偿原理对轴承内衬结构进行非等厚设计，进而提高轴承承载性能，有更加重要的实际意义。