1.1目的及意义

随着科技的发展，石油资源的使用越来越广泛，资源枯竭的问题也随之而来，因此现代社会对可持续发展更加重视^[1]。与此同时，油润滑轴承作为石油资源消耗的一个途径，并且也是石油泄露的一个主要来源，所以油润滑轴承正逐步被水润滑轴承所代替。水润滑橡胶合金轴承由于采用水作为润滑剂以及橡胶合金材料特殊物理化学性质，具有环境友好和良好的润滑特性．成为最适宜的水下轴承之一^[2]，与此同时，以水为润滑和工作介质，具有无污染、来源广泛、安全性和难燃性等优点^[3]，此外，水润滑轴承可以有效地降低传动轴的磨损、震动、噪声、寿命短等问题^[4]，这使得各界广泛关注这一课题。而水润滑轴承的关键就是摩擦副之间的水膜的形成。

水润滑轴承的摩擦的降低，可通过对制备水润滑轴承的材料的改变来实现^[5]，现在已经在这方面取得了巨大的进展。然而，对水润滑轴承材料表面组织对摩擦性能的影响的研究仍然是本工作的薄弱环节。热塑性聚氨酯弹性体（TPU）具有耐磨性好、拉伸强度高、拉伸率大、耐油性好以及耐低温、耐候性、耐臭氧性能突出等优异特性。应用于汽车运输机械零部件、电线电缆、耐磨构件及其他各种行业^[6]。水润滑轴承材料具有很好的亲水性和自润滑性能，并且需要有良好的耐磨性。TPU在特性上适合作水润滑轴承的材料。

表面织构技术已被证明是一种改善材料表面摩擦特性的有效手段 ，近年来得到了越来越多的学者及工程技术人员的关注 ，其在硬质材料上用于减小摩擦及降低磨损的研究较多，一种是在表面加工凹槽等^[7]，同时另一种方法就是表面微凸起结构^[8]。本课题即对以TPU材料制成的轴承表面的球面微凸起的不同的几何形状以及不同的织构分布密度对水润滑轴承的摩擦性能的影响。来寻求其中的规律，找到摩擦性能最优的球面微凸织构的几何形状以及织构分布密度。

1.2国内外研究现状

由于水具有锈蚀和导电的特性、气蚀等缺点，容易使材料产生腐蚀。所以要求水润滑轴承的材料具有良好的耐腐蚀性和耐磨性以及较高的硬度，并且由于水的粘度较低所以在轴承间隙内形成的水膜较薄并且容易破裂。这就要求水润滑轴承材料具有很好的亲水性和自润滑性能。复合聚合物材料具有强度高、耐磨损和减震性好等优点^[9]。为了进一步提高轴承的摩擦性能，对材料表面织构进行了进一步的研究。

周广武^[10]等人通过数值分析的方法发现随着表面组织的形状大小的改变，轴承的摩擦性能也随之改变。Huang^[11]等人通过仿生学观察发现与无花纹相比，微凸柱状花纹能够使摩擦性能提高。Ma^[12]等人利用激光在SIC表面产生微方凸纹理，确定其对润湿性的影响，发现这种纹理增强了SIC表面的亲水性。结果表明，由于表面亲水性的增加，凸纹理可以改善摩擦副间润滑水膜的稳定性。Wu^[13]等人对凹凸表面的摩擦学性能的的研究，得出凸纹理相比与凹纹理，有效的减小了摩擦副的接触面积，从而使得摩擦系数降低，大大提升了摩擦学性能。王俊^[14]等人通过建立具有椭圆抛物面织构的轴承，进行数据分析，对比单一的凹或凸表面织构以及光滑表面轴承，得出存在最优织构使轴承的摩擦性能达到最优。郑文斌^[15]等人通过数据分析得出适当添加织构对轴承稳定性有显著提高，从而之摩擦性能得到提升。

这些研究证明了织构表面的凸起纹理的摩擦性能要优于凹纹理，因为凸起纹理能够有效的减少摩擦面积，从而减小阻力与摩擦力，而凸起纹理如果为半球面，以因为摩擦而造成微凸织构的磨损破坏，因此本工作的目的是研究不同弧度形状的球台凸起对摩擦学性能的影响。

2. 研究的基本内容与方案

2.1基本内容

针对将进行的课题，在进行的过程中，要做到以下的内容：