作者：姜東海　來源：複興船務技術設備

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1. 故障現象陳述

1.1 設備配置

主機(jī)：洋馬6N260-SN

舵槳：川(chuān)崎KST-165ZF/A

1.2 故障現象(xiàng)

2018年4月13日，大(dà)管輪在做設備檢查時發現右舵槳輸入軸法蘭向(xiàng)外滑移，見下圖左右機對比，整個輸入軸法蘭幾乎(hū)要(yào)脫落狀态（如下圖(tú)）。

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，通過壓闆将法蘭(lán)緊緊壓在輸入軸上(shàng)實現軸向定位（見下圖），輸入軸法蘭向外滑移也(yě)就意味着(zhe)壓闆螺栓發(fā)生了斷裂或脫落情況，需要進行拆檢。

通過輸入軸端(duān)拆檢發現，壓闆螺栓保險(xiǎn)完好，4根(gēn)螺栓全(quán)部沿(yán)根部斷裂，沒有(yǒu)明顯拉升現象(xiàng)，呈疲勞斷裂狀（如下圖所示）。定心套上軸承鎖緊螺母松動。軸承内圈與定心(xīn)套之間有明顯間隙（約(yuē)0.15mm左(zuǒ)右）。

2. 故障原因分析

2.1 全(quán)回轉拖輪軸系布置(zhì)介紹

全回(huí)轉拖輪普遍采用Z形傳動舵槳，舵槳基(jī)座平台一般都會高于(yú)主機基座平台，舵(duò)槳輸入軸中心與主機(jī)曲軸中心亦不在同一軸線上(shàng)，為了安全(quán)有效的進(jìn)行動力傳輸，傳(chuán)動軸系一(yī)般采用(yòng)彈性聯軸器（主機(jī)飛輪側）——短(duǎn)軸——萬向(xiàng)軸——長軸——萬向(xiàng)軸——舵(duò)槳輸入軸的布置形式(shì)（如下圖所示），通過兩段(duàn)萬向軸(zhóu)實現不同軸線上轉矩傳輸。

理論(lùn)上隻要輸入軸和輸出軸間夾角小于90°均(jun1)可以通過萬向(xiàng)軸實現運動和力矩的傳遞。但受機械結構的限制，同時為了保證動力的高效傳輸，減輕萬向軸的磨損，實(shí)際應用中萬向軸(zhóu)的擺角（如下圖中θ1θ2）遠遠(yuǎn)小于90°，川崎舵(duò)槳一般要求将萬向軸(zhóu)的擺(bǎi)角限制在6°以内，當然這個擺角越小越好(hǎo)。

海港28船舶出廠時萬向軸擺角為4.82°。由于這個擺角的存在，且萬(wàn)向軸的兩邊法蘭轭的法蘭平面在轉動過程中保持軸向(xiàng)定位，在(zài)實際轉動過程中花鍵轭與套筒轭會産生軸向相對(duì)伸(shēn)縮位移，擺角越大，相對伸縮位移也就越大，這(zhè)也是全回轉拖輪萬向(xiàng)軸采用花鍵套筒連接(jiē)方式的重要原因。也正(zhèng)是采是采用了花鍵套筒這種連接方式，正(zhèng)常情(qíng)況下在軸系轉動過程中，萬向軸不(bú)會對與之相連(lián)的中間軸(zhóu)連接(jiē)法蘭或舵槳輸(shū)入軸連(lián)接法蘭造成(chéng)較大的牽(qiān)拉或(huò)擠壓作用（除重力(lì)作(zuò)用外）。

2.2 故障原因分析

本案右舵槳輸(shū)入軸法蘭壓闆螺栓全部斷裂，斷口(kǒu)沒有任何拉伸頸縮現象，呈現疲勞斷裂狀。壓闆螺栓怎(zěn)麼會疲勞呢，正常情況下壓闆(pǎn)螺栓僅受預緊拉力作用，不存在疲勞應力。那麼這(zhè)個異(yì)常的疲勞應力來(lái)自于哪裡？經過對萬向軸結構的仔細研究分析，我們認為(wéi)萬向軸(zhóu)的花鍵套結構卡滞可(kě)能是引起(qǐ)這個異常(cháng)疲勞應力的重要原因(yīn)。經過詢(xún)問(wèn)，船上大(dà)管輪也如實介紹了萬向軸的保養情況，船上(shàng)每季(jì)度都會給萬向軸十(shí)字頭軸承及花鍵套筒機構加注潤滑脂(zhī)，加注的方法都是采用牛油槍壓注新油(yóu)擠出(chū)老油的方式。這(zhè)種加注方式十字頭軸承來說沒(méi)有任(rèn)何問題，但對(duì)于花鍵套筒來說可能(néng)是緻命的錯誤，花鍵套筒機構會因為這種加注方式引起軸向相(xiàng)對伸縮位移受限(xiàn)，但實(shí)際轉動過程中，萬向(xiàng)軸花鍵套筒又不可避免的會産生這種軸向(xiàng)的伸縮(suō)位移。如今花鍵套筒内注滿(mǎn)了油脂，使其幾乎變成了一根剛性軸?原(yuán)來套(tào)筒花鍵的軸向(xiàng)伸縮位移(yí)也就轉變成軸向拉壓交變應力，由(yóu)于花(huā)鍵套筒轭與法蘭轭回轉中(zhōng)心不在同一軸線上，這個拉壓交(jiāo)變應力傳遞給與相(xiàng)連的舵槳輸入軸法蘭就可分解為輸入軸法(fǎ)蘭軸向的(de)交變拉壓應力(lì)和(hé)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闆螺栓産生疲勞斷裂(liè)，同時軸向的拉(lā)壓交變應力通過輸(shū)入軸法蘭、輸入(rù)軸、油封襯套、定心套(tào)傳遞給軸承及鎖緊(jǐn)螺母，導緻軸承(chéng)鎖緊(jǐn)螺(luó)母松動，軸承内圈(quān)與定心套、軸承(chéng)外圈與滾子(zǐ)之間間隙增大。

3. 解決方法

問題已經找到，本案就是由(yóu)于設(shè)備保養方式方法不正确導緻的機損事(shì)件，經(jīng)過對萬向(xiàng)軸的拆檢、清(qīng)理，重新調整輸入軸端(duān)軸(zhóu)承位置(zhì)并更(gèng)換壓闆螺栓後，完成修複工作(zuò)。舵槳、軸系恢複正常運行。

4. 結束語

萬向軸作為(wéi)全回轉拖輪動力傳輸重(zhòng)要部件，可靠性顯得尤為重要，如本(běn)案右舵槳輸入軸法(fǎ)蘭的滑移未能(néng)及時發現，一旦運行中發生完全滑出舵(duò)槳輸入軸花鍵齒齧合區，将有可能造成機毀人傷的嚴重事(shì)故，為(wéi)此對萬向軸的日常檢查(chá)和保養工作絕對不(bú)能馬虎。

對(duì)于拖輪普遍使用的(de)中村自工19070型萬向軸，其十字頭軸承和花鍵齒套位置應定期加注(zhù)潤滑脂，正(zhèng)常的加脂周期是9~12個月（軸(zhóu)轉速低(dī)于500RPM取上限，軸轉速高于(yú)500RPM取下限），禁止加注不(bú)同品牌規格的潤滑脂，也不允許潤滑脂裡混有水份和灰塵等異物。加(jiā)脂量要适應，十字頭(tóu)軸承處加(jiā)注至(zhì)舊油全部被擠出看見新(xīn)油為止（一般加脂量310cc），花鍵套/軸(zhóu)處加脂量需嚴格(gé)控制(zhì)，萬萬不(bú)可将花鍵套内(nèi)注滿油脂（一般加脂量320cc）

平時(shí)要注意對萬向軸的檢查，十字頭軸(zhóu)承蓋螺栓保(bǎo)險及緊固情況，法蘭轭法蘭緊固螺栓保險；運(yùn)行時萬向(xiàng)軸有無異響，異響往往是由于十字(zì)頭軸承或花鍵套/軸異常磨(mó)損(sǔn)所緻，一旦發現有異響情況，應(yīng)立即停車(chē)對萬向軸進行檢查。