作者(zhě)：姜東(dōng)海　來(lái)源：複(fú)興船務(wù)技術設(shè)備

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1. 故障現象陳述(shù)

1.1 設備配(pèi)置

主機：洋馬6n260-sn

舵槳：川崎(qí)kst-165zf/a

1.2 故障(zhàng)現象

2018年4月13日，大(dà)管輪在做(zuò)設備檢查(chá)時發(fā)現右(yòu)舵槳輸入(rù)軸法蘭向(xiàng)外滑移，見(jiàn)下(xià)圖左右(yòu)機對比，整個輸(shū)入軸法蘭幾乎(hū)要脫(tuō)落狀态（如(rú)下圖(tú)）。

川(chuān)崎kst-165zf/a型舵槳輸(shū)入軸法蘭與輸入軸之間(jiān)采用花(huā)鍵連接，通過(guò)壓闆将法蘭緊緊壓在輸(shū)入軸上(shàng)實(shí)現軸(zhóu)向(xiàng)定位（見下圖(tú)），輸入(rù)軸法蘭向外滑移也(yě)就意(yì)味着壓闆螺栓(shuān)發生了斷(duàn)裂或(huò)脫落(luò)情況，需要(yào)進行拆檢(jiǎn)。

通過(guò)輸入軸端拆檢發現，壓闆螺栓(shuān)保險(xiǎn)完好，4根螺(luó)栓全部沿根部斷裂，沒(méi)有(yǒu)明顯(xiǎn)拉升現象(xiàng)，呈疲勞斷裂(liè)狀（如下(xià)圖所示）。定心套上軸承鎖緊螺(luó)母松動。軸承内(nèi)圈與定心套之(zhī)間有明顯間隙（約0.15mm左(zuǒ)右(yòu)）。

2. 故障原(yuán)因分析

2.1 全(quán)回轉(zhuǎn)拖輪軸系布置(zhì)介紹

全回(huí)轉拖(tuō)輪普遍采(cǎi)用z形(xíng)傳動舵槳，舵槳(jiǎng)基座平台一般(bān)都會(huì)高(gāo)于主機(jī)基座平(píng)台(tái)，舵槳(jiǎng)輸入軸(zhóu)中(zhōng)心與主機曲軸中心(xīn)亦不在(zài)同(tóng)一軸(zhóu)線上，為(wéi)了(le)安全(quán)有效的進(jìn)行動(dòng)力傳輸，傳(chuán)動軸系一(yī)般采(cǎi)用彈(dàn)性(xìng)聯(lián)軸(zhóu)器（主機(jī)飛輪側）——短(duǎn)軸——萬(wàn)向軸——長(zhǎng)軸(zhóu)——萬向軸——舵(duò)槳輸入軸的布(bù)置形式（如(rú)下圖所(suǒ)示(shì)），通過(guò)兩段(duàn)萬(wàn)向軸實(shí)現不同軸(zhóu)線上(shàng)轉矩傳輸(shū)。

理論(lùn)上隻(zhī)要輸(shū)入軸和輸出軸間夾(jiá)角小于90°均可以通過萬向軸實(shí)現運動和力矩(jǔ)的傳(chuán)遞(dì)。但受機(jī)械結(jié)構的(de)限制(zhì)，同時(shí)為了保證(zhèng)動力的高(gāo)效傳(chuán)輸，減輕(qīng)萬向軸的磨損，實際應(yīng)用中萬(wàn)向軸的(de)擺角(jiǎo)（如下(xià)圖中(zhōng)θ1θ2）遠遠小于90°，川崎(qí)舵槳一(yī)般(bān)要求(qiú)将萬(wàn)向軸(zhóu)的擺角限制在6°以内(nèi)，當然(rán)這個擺角(jiǎo)越小(xiǎo)越(yuè)好。

海港(gǎng)28船舶出(chū)廠時萬(wàn)向軸擺角為4.82°。由于這個擺角的(de)存在，且萬(wàn)向軸(zhóu)的兩(liǎng)邊(biān)法蘭轭(è)的法蘭(lán)平面在轉動(dòng)過程(chéng)中保持軸向定位，在(zài)實際(jì)轉動(dòng)過程(chéng)中花鍵轭(è)與套(tào)筒轭(è)會産(chǎn)生軸(zhóu)向相(xiàng)對伸縮位移，擺角越(yuè)大，相(xiàng)對伸縮(suō)位移也(yě)就越大，這也是(shì)全回轉(zhuǎn)拖(tuō)輪萬(wàn)向軸(zhóu)采(cǎi)用花鍵(jiàn)套筒連接方式(shì)的重要原因(yīn)。也(yě)正是采是(shì)采用(yòng)了花鍵套筒這(zhè)種連接方式，正常(cháng)情(qíng)況下在軸(zhóu)系轉動過程(chéng)中，萬向(xiàng)軸不(bú)會對(duì)與之相連的中(zhōng)間軸(zhóu)連接法蘭或舵槳輸(shū)入軸連接法(fǎ)蘭(lán)造成(chéng)較大的(de)牽拉或擠壓(yā)作用(yòng)（除重(zhòng)力作用外(wài)）。

2.2 故障(zhàng)原(yuán)因分析

本案(àn)右舵(duò)槳輸入軸(zhóu)法蘭(lán)壓闆螺栓(shuān)全部斷裂(liè)，斷口沒有任何拉伸(shēn)頸縮現象，呈現(xiàn)疲勞斷裂狀。壓(yā)闆螺(luó)栓(shuān)怎麼會疲勞(láo)呢，正常情(qíng)況下壓闆(pǎn)螺栓(shuān)僅受(shòu)預緊拉力(lì)作用，不存在疲勞應(yīng)力。那麼這(zhè)個異常的疲勞應力(lì)來自(zì)于哪(nǎ)裡？經過對萬向(xiàng)軸結構的(de)仔細研究分析，我們認為(wéi)萬向軸的(de)花鍵(jiàn)套結構卡(kǎ)滞(zhì)可能是引起(qǐ)這個異常(cháng)疲(pí)勞(láo)應力(lì)的(de)重(zhòng)要原(yuán)因。經過詢問，船(chuán)上大管輪也如(rú)實(shí)介紹了(le)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(tóu)軸承(chéng)及花鍵(jiàn)套(tào)筒機構加(jiā)注潤滑脂，加注的方(fāng)法都(dōu)是采(cǎi)用牛油(yóu)槍(qiāng)壓注新油(yóu)擠出老油(yóu)的方式。這(zhè)種加(jiā)注方(fāng)式(shì)十字頭(tóu)軸承來說沒有(yǒu)任何(hé)問題，但對(duì)于花鍵套(tào)筒來(lái)說可(kě)能是緻命(mìng)的錯誤，花(huā)鍵套(tào)筒機構會因為這種(zhǒng)加注方式(shì)引起軸向相對(duì)伸縮位移(yí)受限(xiàn)，但實際(jì)轉動過(guò)程中，萬(wàn)向軸花(huā)鍵套筒又不可(kě)避免的會産生這種軸(zhóu)向的伸(shēn)縮位(wèi)移。如(rú)今(jīn)花(huā)鍵套(tào)筒内注滿(mǎn)了油脂(zhī)，使(shǐ)其幾(jǐ)乎變成了一根剛性軸?原(yuán)來套(tào)筒花(huā)鍵(jiàn)的軸向(xiàng)伸縮位移也就(jiù)轉變成軸向拉(lā)壓交變應力，由于花鍵套筒轭(è)與法蘭轭(è)回轉中心不在(zài)同一(yī)軸線上(shàng)，這(zhè)個拉(lā)壓交(jiāo)變應力傳(chuán)遞給與相(xiàng)連的(de)舵槳輸入(rù)軸法蘭就可分解為(wéi)輸入(rù)軸法蘭軸(zhóu)向的交變拉壓(yā)應力和(hé)徑向交(jiāo)變剪切應力，軸(zhóu)向的(de)拉壓(yā)交變(biàn)應力和徑(jìng)向剪(jiǎn)切應(yīng)力使(shǐ)壓闆(pǎn)螺栓産生疲勞(láo)斷裂，同時(shí)軸向(xiàng)的拉壓(yā)交(jiāo)變應力通過(guò)輸入軸(zhóu)法蘭(lán)、輸入軸、油(yóu)封襯套、定(dìng)心套(tào)傳遞(dì)給軸承及(jí)鎖緊(jǐn)螺母，導緻(zhì)軸承鎖緊螺母松動(dòng)，軸(zhóu)承内圈(quān)與定(dìng)心套、軸承(chéng)外圈與滾子之(zhī)間間隙(xì)增(zēng)大。

3. 解決方法(fǎ)

問(wèn)題已經找到，本案就是由于設備保(bǎo)養方(fāng)式方法不(bú)正确導緻的機(jī)損事件(jiàn)，經過對(duì)萬向軸(zhóu)的拆檢(jiǎn)、清(qīng)理(lǐ)，重新(xīn)調整(zhěng)輸入(rù)軸端軸承(chéng)位置并(bìng)更換壓闆螺(luó)栓後，完成修複工作(zuò)。舵槳(jiǎng)、軸系恢(huī)複正常(cháng)運行。

4. 結束(shù)語

萬向軸(zhóu)作(zuò)為全回(huí)轉拖輪動力傳(chuán)輸重要(yào)部件，可(kě)靠性顯得尤為(wéi)重要，如(rú)本案(àn)右舵槳(jiǎng)輸入軸法蘭的滑移未能(néng)及時(shí)發現，一旦(dàn)運行中發生完(wán)全滑出舵(duò)槳輸入軸花鍵齒齧(niè)合區，将(jiāng)有可能(néng)造成機毀人傷(shāng)的嚴重(zhòng)事故，為(wéi)此對萬向(xiàng)軸的(de)日常檢查(chá)和保(bǎo)養工(gōng)作(zuò)絕對不能馬(mǎ)虎。

對于拖(tuō)輪(lún)普(pǔ)遍使用的(de)中村自工19070型萬(wàn)向軸，其十字頭(tóu)軸承和花鍵齒(chǐ)套位(wèi)置應定期(qī)加(jiā)注潤(rùn)滑脂，正(zhèng)常的加脂周期(qī)是9~12個月（軸(zhóu)轉速低于(yú)500rpm取上限，軸(zhóu)轉速(sù)高于500rpm取下限），禁止加注不(bú)同品牌規格的(de)潤滑脂(zhī)，也(yě)不允(yǔn)許潤滑脂裡混有水(shuǐ)份和灰塵(chén)等異物。加(jiā)脂量(liàng)要适(shì)應，十字頭(tóu)軸承處加(jiā)注至舊油(yóu)全(quán)部被擠(jǐ)出看見(jiàn)新(xīn)油為止（一(yī)般加(jiā)脂量(liàng)310cc），花鍵套(tào)/軸(zhóu)處加(jiā)脂量需嚴格控制，萬萬不可将(jiāng)花鍵(jiàn)套内(nèi)注滿(mǎn)油脂（一(yī)般(bān)加脂(zhī)量320cc）

平(píng)時要注意(yì)對萬向軸(zhóu)的檢(jiǎn)查，十(shí)字(zì)頭(tóu)軸承蓋螺(luó)栓保(bǎo)險及(jí)緊固情況，法蘭(lán)轭法蘭緊固(gù)螺(luó)栓保(bǎo)險；運行時萬向(xiàng)軸有無異響，異(yì)響(xiǎng)往(wǎng)往是(shì)由于十字頭軸承或花(huā)鍵套/軸(zhóu)異常磨損(sǔn)所緻，一旦(dàn)發現(xiàn)有異響情況，應(yīng)立即停車對萬向軸(zhóu)進行檢查。