作者：薑東海　來源：複興船務技（jì）術（shù）設備

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1. 故障（zhàng）現象陳述

1.1 設備配置

主機：洋馬6N260-SN

舵（duò）槳：川崎KST-165ZF/A

1.2 故障現象

2018年（nián）4月（yuè）13日（rì），大管輪在（zài）做設備檢（jiǎn）查時發現右舵槳輸入軸法（fǎ）蘭向外滑移，見下圖左右機對比，整個輸入軸法蘭幾乎要脫落狀態（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（bǎn）將法蘭緊（jǐn）緊壓在輸入（rù）軸上（shàng）實（shí）現軸向定位（見下圖），輸入軸法蘭向外（wài）滑移也就意味（wèi）著壓板螺栓發生了（le）斷裂或脫落情況，需要進行（háng）拆檢。

通過輸入軸端拆檢發現，壓板螺栓保險完好，4根螺栓全部沿根部斷裂，沒有明顯拉（lā）升現象，呈疲（pí）勞斷裂狀（如下圖所示）。定心套上（shàng）軸承（chéng）鎖緊螺母鬆動（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（xī）

2.1 全回轉拖輪軸（zhóu）係布置介紹

全回轉拖輪普（pǔ）遍采用Z形傳動舵槳（jiǎng），舵槳基座平台一般都會高於（yú）主機基座平台，舵槳輸入軸中（zhōng）心與主機曲軸中心亦不在同一軸線上，為了安全（quán）有效的進行動力傳輸，傳動軸係一般采用彈性聯軸器（主機（jī）飛輪（lún）側）——短軸——萬向軸——長軸——萬向軸——舵（duò）槳（jiǎng）輸入軸的布置形式（如下（xià）圖所示），通過兩段萬向軸實現不同軸線上轉矩傳輸。

理論上隻要輸入軸和輸出軸間（jiān）夾角小於90°均可（kě）以通過萬向軸（zhóu）實現（xiàn）運動（dòng）和力矩的傳遞。但受機（jī）械結（jié）構的限製，同（tóng）時為了保證動力的高效傳輸（shū），減輕萬向軸的（de）磨損，實際應用中萬向軸的擺角（如下圖中θ1θ2）遠遠小於90°，川崎舵槳一般要求將萬（wàn）向軸的擺角限製在6°以內，當（dāng）然這個擺角越小越好（hǎo）。

海港28船舶出廠（chǎng）時萬向軸擺角為4.82°。由於這個擺角的存在，且萬向軸的兩邊法（fǎ）蘭軛的法蘭平麵在轉動過（guò）程（chéng）中保持軸向定位（wèi），在（zài）實際轉動過程中花鍵軛與套筒軛會產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（shì）全回轉拖輪萬向（xiàng）軸（zhóu）采用花鍵套筒連接方式（shì）的重要原因。也正是采（cǎi）是采用了（le）花鍵套筒這種連接（jiē）方式，正常情況下在軸係轉動過程中，萬（wàn）向軸不會（huì）對與之相連的中間軸連接法蘭或（huò）舵槳輸入軸連接法蘭（lán）造成較大的牽拉或（huò）擠壓作用（除重力作用（yòng）外）。

2.2 故障原因分（fèn）析

本案右舵槳輸入軸法蘭壓板螺栓（shuān）全部斷裂，斷口沒有任何拉伸頸縮現象，呈現疲勞斷裂狀（zhuàng）。壓板螺栓怎麽會疲勞呢（ne），正常情況下壓板螺栓僅受（shòu）預緊（jǐn）拉力作用（yòng），不存在疲勞應力。那麽這個異常的疲勞應力（lì）來自於哪裏？經過對萬向軸結構（gòu）的仔細（xì）研究分析，我們（men）認為萬向軸的（de）花鍵（jiàn）套結構卡滯可能是引起（qǐ）這個（gè）異常疲勞應力的重要原（yuán）因。經過詢問，船上（shàng）大管輪（lún）也如（rú）實介紹了萬向軸（zhóu）的保養情況，船上每季度都（dōu）會給萬向軸十字頭軸（zhóu）承及花鍵套筒（tǒng）機構加注潤滑脂，加注的方法都（dōu）是采（cǎi）用牛油槍壓注新油擠出老油的（de）方式。這種加注方式十字頭（tóu）軸承（chéng）來說沒有任何（hé）問題，但對於花鍵套筒來（lái）說可能是致命的錯誤，花鍵套筒機構會因為這種加注方式引起軸向相對伸縮位移受限，但實際轉動過程（chéng）中，萬（wàn）向軸花鍵套筒又不可避免的會（huì）產生這（zhè）種軸向的伸縮位移。如今花鍵套筒內注滿了油脂，使其幾乎變成了一根剛性軸?原來套筒花鍵的軸向（xiàng）伸縮（suō）位移也就轉變成軸向（xiàng）拉壓交變應力，由於花鍵套筒軛與法蘭軛回轉（zhuǎn）中心不在同一軸線上，這個（gè）拉壓交變應力傳遞給與相連的舵槳輸入軸法蘭就（jiù）可分解為（wéi）輸入軸法（fǎ）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（jiāo）變應力（lì）和徑向剪切應力使壓板（bǎn）螺栓產生疲勞（láo）斷裂，同時軸向的拉壓交變應力（lì）通過輸入軸法蘭、輸入軸、油封襯套、定心套傳（chuán）遞給軸承及鎖緊螺母（mǔ），導致軸承鎖緊螺母鬆動，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（fǎ）

問題已經找到，本案就是由於設備保（bǎo）養方式方法不正確導致的機損事件，經過對萬向軸的拆檢、清理（lǐ），重新調（diào）整輸入（rù）軸端（duān）軸承位置並更換壓板螺（luó）栓後，完成修複工（gōng）作（zuò）。舵槳、軸係恢（huī）複正常運行。

4. 結束語

萬向軸作為全（quán）回（huí）轉拖輪動力傳輸重要部件，可靠性顯得尤為重要，如（rú）本案右舵槳輸入軸法蘭的滑移未（wèi）能及時發現，一旦運行中（zhōng）發（fā）生完全滑出舵槳輸入軸花鍵齒齧合區，將有可能造成機（jī）毀人傷（shāng）的嚴（yán）重事故，為此對萬向軸的日常檢查（chá）和（hé）保養工作絕對不能馬（mǎ）虎。

對於拖輪普遍使用（yòng）的中村自工19070型萬向軸，其十字頭軸承和花鍵齒套位（wèi）置應定期加注潤滑脂，正常的加脂周期是9~12個（gè）月（軸轉速低於（yú）500RPM取上限，軸轉速高（gāo）於500RPM取下限），禁止（zhǐ）加（jiā）注不同品牌規格的潤滑脂，也不允許（xǔ）潤（rùn）滑脂裏混有水份和灰塵等異物（wù）。加脂量要適應，十字頭（tóu）軸承（chéng）處加注至舊油全部被擠出（chū）看見（jiàn）新油為止（一般加脂量310cc），花鍵套/軸處（chù）加脂量需嚴格控製，萬萬不可將花鍵套內注滿油脂（一（yī）般加脂（zhī）量320cc）

平時要注意對萬向軸的檢查，十字頭（tóu）軸承蓋螺栓保險及緊固情況，法蘭軛法蘭緊固螺（luó）栓保險；運行時萬向軸有無異響（xiǎng），異響往（wǎng）往是由於十字（zì）頭軸承或花鍵套/軸（zhóu）異（yì）常磨（mó）損（sǔn）所致，一旦發現有異響情況，應立即停車對萬向軸進行檢查。