作者：姜東海　來源：復(fù)興船務(wù)技術(shù)設(shè)備

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1. 故障現(xiàn)象陳述

1.1 設(shè)備配置

主機(jī)：洋馬6N260-SN

舵槳：川崎KST-165ZF/A

1.2 故障現(xiàn)象

2018年4月13日，大管輪在做設(shè)備檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)右舵槳輸入軸法蘭向外滑移，見下圖左右機(jī)對(duì)比，整個(gè)輸入軸法蘭幾乎要脫落狀態(tài)（如下圖）。

川崎KST-165ZF/A型舵槳輸入軸法蘭與輸入軸之間采用花鍵連接，通過壓板將法蘭緊緊壓在輸入軸上實(shí)現(xiàn)軸向定位（見下圖），輸入軸法蘭向外滑移也就意味著壓板螺栓發(fā)生了斷裂或脫落情況，需要進(jìn)行拆檢。

通過輸入軸端拆檢發(fā)現(xiàn)，壓板螺栓保險(xiǎn)完好，4根螺栓全部沿根部斷裂，沒有明顯拉升現(xiàn)象，呈疲勞斷裂狀（如下圖所示）。定心套上軸承鎖緊螺母松動(dòng)。軸承內(nèi)圈與定心套之間有明顯間隙（約0.15mm左右）。

2. 故障原因分析

2.1 全回轉(zhuǎn)拖輪軸系布置介紹

全回轉(zhuǎn)拖輪普遍采用Z形傳動(dòng)舵槳，舵槳基座平臺(tái)一般都會(huì)高于主機(jī)基座平臺(tái)，舵槳輸入軸中心與主機(jī)曲軸中心亦不在同一軸線上，為了安全有效的進(jìn)行動(dòng)力傳輸，傳動(dòng)軸系一般采用彈性聯(lián)軸器（主機(jī)飛輪側(cè)）——短軸——萬向軸——長(zhǎng)軸——萬向軸——舵槳輸入軸的布置形式（如下圖所示），通過兩段萬向軸實(shí)現(xiàn)不同軸線上轉(zhuǎn)矩傳輸。

理論上只要輸入軸和輸出軸間夾角小于90°均可以通過萬向軸實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和力矩的傳遞。但受機(jī)械結(jié)構(gòu)的限制，同時(shí)為了保證動(dòng)力的高效傳輸，減輕萬向軸的磨損，實(shí)際應(yīng)用中萬向軸的擺角（如下圖中θ1θ2）遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于90°，川崎舵槳一般要求將萬向軸的擺角限制在6°以內(nèi)，當(dāng)然這個(gè)擺角越小越好。

海港28船舶出廠時(shí)萬向軸擺角為4.82°。由于這個(gè)擺角的存在，且萬向軸的兩邊法蘭軛的法蘭平面在轉(zhuǎn)動(dòng)過程中保持軸向定位，在實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)過程中花鍵軛與套筒軛會(huì)產(chǎn)生軸向相對(duì)伸縮位移，擺角越大，相對(duì)伸縮位移也就越大，這也是全回轉(zhuǎn)拖輪萬向軸采用花鍵套筒連接方式的重要原因。也正是采是采用了花鍵套筒這種連接方式，正常情況下在軸系轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，萬向軸不會(huì)對(duì)與之相連的中間軸連接法蘭或舵槳輸入軸連接法蘭造成較大的牽拉或擠壓作用（除重力作用外）。

2.2 故障原因分析

本案右舵槳輸入軸法蘭壓板螺栓全部斷裂，斷口沒有任何拉伸頸縮現(xiàn)象，呈現(xiàn)疲勞斷裂狀。壓板螺栓怎么會(huì)疲勞呢，正常情況下壓板螺栓僅受預(yù)緊拉力作用，不存在疲勞應(yīng)力。那么這個(gè)異常的疲勞應(yīng)力來自于哪里？經(jīng)過對(duì)萬向軸結(jié)構(gòu)的仔細(xì)研究分析，我們認(rèn)為萬向軸的花鍵套結(jié)構(gòu)卡滯可能是引起這個(gè)異常疲勞應(yīng)力的重要原因。經(jīng)過詢問，船上大管輪也如實(shí)介紹了萬向軸的保養(yǎng)情況，船上每季度都會(huì)給萬向軸十字頭軸承及花鍵套筒機(jī)構(gòu)加注潤(rùn)滑脂，加注的方法都是采用牛油槍壓注新油擠出老油的方式。這種加注方式十字頭軸承來說沒有任何問題，但對(duì)于花鍵套筒來說可能是致命的錯(cuò)誤，花鍵套筒機(jī)構(gòu)會(huì)因?yàn)檫@種加注方式引起軸向相對(duì)伸縮位移受限，但實(shí)際轉(zhuǎn)動(dòng)過程中，萬向軸花鍵套筒又不可避免的會(huì)產(chǎn)生這種軸向的伸縮位移。如今花鍵套筒內(nèi)注滿了油脂，使其幾乎變成了一根剛性軸?原來套筒花鍵的軸向伸縮位移也就轉(zhuǎn)變成軸向拉壓交變應(yīng)力，由于花鍵套筒軛與法蘭軛回轉(zhuǎn)中心不在同一軸線上，這個(gè)拉壓交變應(yīng)力傳遞給與相連的舵槳輸入軸法蘭就可分解為輸入軸法蘭軸向的交變拉壓應(yīng)力和徑向交變剪切應(yīng)力，軸向的拉壓交變應(yīng)力和徑向剪切應(yīng)力使壓板螺栓產(chǎn)生疲勞斷裂，同時(shí)軸向的拉壓交變應(yīng)力通過輸入軸法蘭、輸入軸、油封襯套、定心套傳遞給軸承及鎖緊螺母，導(dǎo)致軸承鎖緊螺母松動(dòng)，軸承內(nèi)圈與定心套、軸承外圈與滾子之間間隙增大。

3. 解決方法

問題已經(jīng)找到，本案就是由于設(shè)備保養(yǎng)方式方法不正確導(dǎo)致的機(jī)損事件，經(jīng)過對(duì)萬向軸的拆檢、清理，重新調(diào)整輸入軸端軸承位置并更換壓板螺栓后，完成修復(fù)工作。舵槳、軸系恢復(fù)正常運(yùn)行。

4. 結(jié)束語

萬向軸作為全回轉(zhuǎn)拖輪動(dòng)力傳輸重要部件，可靠性顯得尤為重要，如本案右舵槳輸入軸法蘭的滑移未能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，一旦運(yùn)行中發(fā)生完全滑出舵槳輸入軸花鍵齒嚙合區(qū)，將有可能造成機(jī)毀人傷的嚴(yán)重事故，為此對(duì)萬向軸的日常檢查和保養(yǎng)工作絕對(duì)不能馬虎。

對(duì)于拖輪普遍使用的中村自工19070型萬向軸，其十字頭軸承和花鍵齒套位置應(yīng)定期加注潤(rùn)滑脂，正常的加脂周期是9~12個(gè)月（軸轉(zhuǎn)速低于500RPM取上限，軸轉(zhuǎn)速高于500RPM取下限），禁止加注不同品牌規(guī)格的潤(rùn)滑脂，也不允許潤(rùn)滑脂里混有水份和灰塵等異物。加脂量要適應(yīng)，十字頭軸承處加注至舊油全部被擠出看見新油為止（一般加脂量310cc），花鍵套/軸處加脂量需嚴(yán)格控制，萬萬不可將花鍵套內(nèi)注滿油脂（一般加脂量320cc）

平時(shí)要注意對(duì)萬向軸的檢查，十字頭軸承蓋螺栓保險(xiǎn)及緊固情況，法蘭軛法蘭緊固螺栓保險(xiǎn)；運(yùn)行時(shí)萬向軸有無異響，異響往往是由于十字頭軸承或花鍵套/軸異常磨損所致，一旦發(fā)現(xiàn)有異響情況，應(yīng)立即停車對(duì)萬向軸進(jìn)行檢查。