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作者：姜東?！?lái)源：復興船務(wù)技術(shù)設備

（版權歸原作者或機構所有）

1. 故障現象陳述

1.1 設備配置

主機：洋馬6N260-SN

舵槳：川崎KST-165ZF/A

1.2 故障現象

2018年4月13日，大管輪在做設備檢查時(shí)發(fā)現右舵槳輸入軸法蘭向外滑移，見(jiàn)下圖左右機對比，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(guò)壓板將法蘭緊緊壓在輸入軸上實(shí)現軸向定位（見(jiàn)下圖），輸入軸法蘭向外滑移也就意味著(zhù)壓板螺栓發(fā)生了斷裂或脫落情況，需要進(jìn)行拆檢。

通過(guò)輸入軸端拆檢發(fā)現，壓板螺栓保險完好，4根螺栓全部沿根部斷裂，沒(méi)有明顯拉升現象，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 全回轉拖輪軸系布置介紹

全回轉拖輪普遍采用Z形傳動(dòng)舵槳，舵槳基座平臺一般都會(huì )高于主機基座平臺，舵槳輸入軸中心與主機曲軸中心亦不在同一軸線(xiàn)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（主機飛輪側）——短軸——萬(wàn)向軸——長(cháng)軸——萬(wàn)向軸——舵槳輸入軸的布置形式（如下圖所示），通過(guò)兩段萬(wàn)向軸實(shí)現不同軸線(xiàn)上轉矩傳輸。

理論上只要輸入軸和輸出軸間夾角小于90°均可以通過(guò)萬(wàn)向軸實(shí)現運動(dòng)和力矩的傳遞。但受機械結構的限制，同時(shí)為了保證動(dòng)力的高效傳輸，減輕萬(wàn)向軸的磨損，實(shí)際應用中萬(wàn)向軸的擺角（如下圖中θ1θ2）遠遠小于90°，川崎舵槳一般要求將萬(wàn)向軸的擺角限制在6°以?xún)?，當然這個(gè)擺角越小越好。

海港28船舶出廠(chǎng)時(shí)萬(wàn)向軸擺角為4.82°。由于這個(gè)擺角的存在，且萬(wàn)向軸的兩邊法蘭軛的法蘭平面在轉動(dòng)過(guò)程中保持軸向定位，在實(shí)際轉動(dòng)過(guò)程中花鍵軛與套筒軛會(huì )產(chǎn)生軸向相對伸縮位移，擺角越大，相對伸縮位移也就越大，這也是全回轉拖輪萬(wàn)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動(dòng)過(guò)程中，萬(wàn)向軸不會(huì )對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(méi)有任何拉伸頸縮現象，呈現疲勞斷裂狀。壓板螺栓怎么會(huì )疲勞呢，正常情況下壓板螺栓僅受預緊拉力作用，不存在疲勞應力。那么這個(gè)異常的疲勞應力來(lái)自于哪里？經(jīng)過(guò)對萬(wàn)向軸結構的仔細研究分析，我們認為萬(wàn)向軸的花鍵套結構卡滯可能是引起這個(gè)異常疲勞應力的重要原因。經(jīng)過(guò)詢(xún)問(wèn)，船上大管輪也如實(shí)介紹了萬(wàn)向軸的保養情況，船上每季度都會(huì )給萬(wàn)向軸十字頭軸承及花鍵套筒機構加注潤滑脂，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(lái)說(shuō)沒(méi)有任何問(wèn)題，但對于花鍵套筒來(lái)說(shuō)可能是致命的錯誤，花鍵套筒機構會(huì )因為這種加注方式引起軸向相對伸縮位移受限，但實(shí)際轉動(dòng)過(guò)程中，萬(wàn)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。如今花鍵套筒內注滿(mǎn)了油脂，使其幾乎變成了一根剛性軸?原來(lái)套筒花鍵的軸向伸縮位移也就轉變成軸向拉壓交變應力，由于花鍵套筒軛與法蘭軛回轉中心不在同一軸線(xiàn)上，這個(gè)拉壓交變應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力和徑向交變剪切應力，軸向的拉壓交變應力和徑向剪切應力使壓板螺栓產(chǎn)生疲勞斷裂，同時(shí)軸向的拉壓交變應力通過(guò)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，導致軸承鎖緊螺母松動(dòng)，軸承內圈與定心套、軸承外圈與滾子之間間隙增大。

3. 解決方法

問(wèn)題已經(jīng)找到，本案就是由于設備保養方式方法不正確導致的機損事件，經(jīng)過(guò)對萬(wàn)向軸的拆檢、清理，重新調整輸入軸端軸承位置并更換壓板螺栓后，完成修復工作。舵槳、軸系恢復正常運行。

4. 結束語(yǔ)

萬(wàn)向軸作為全回轉拖輪動(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，一旦運行中發(fā)生完全滑出舵槳輸入軸花鍵齒嚙合區，將有可能造成機毀人傷的嚴重事故，為此對萬(wàn)向軸的日常檢查和保養工作絕對不能馬虎。

對于拖輪普遍使用的中村自工19070型萬(wàn)向軸，其十字頭軸承和花鍵齒套位置應定期加注潤滑脂，正常的加脂周期是9~12個(gè)月（軸轉速低于500RPM取上限，軸轉速高于500RPM取下限），禁止加注不同品牌規格的潤滑脂，也不允許潤滑脂里混有水份和灰塵等異物。加脂量要適應，十字頭軸承處加注至舊油全部被擠出看見(jiàn)新油為止（一般加脂量310cc），花鍵套/軸處加脂量需嚴格控制，萬(wàn)萬(wàn)不可將花鍵套內注滿(mǎn)油脂（一般加脂量320cc）

平時(shí)要注意對萬(wàn)向軸的檢查，十字頭軸承蓋螺栓保險及緊固情況，法蘭軛法蘭緊固螺栓保險；運行時(shí)萬(wàn)向軸有無(wú)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)現有異響情況，應立即停車(chē)對萬(wàn)向軸進(jìn)行檢查。