船舶4冲程柴油机正时齿轮故障分析及修复探讨

滕宪斌，徐燕铭，王冉然

(天津海运职业学院，天津 300350)

1 故障发生

安庆大发柴油机累计运转26 548 h，上次吊缸后累计使用2 612 h，当运转使用2 580 h时，按检修计划将6只缸头悉数吊下清洁，进排气阀研磨。检修调整后测试显示该机运行状况良好，工况平衡。在定时齿轮故障发生之前，曾出现过正时齿轮室壳的惰齿轮轴座盖3有滑油飞溅出到地板，当时正在航行期间，发电机单机运行，参数及运转声音皆正常;经二管轮检查，发现螺丝2松动 (如图1所示)，上紧后漏泄消除，观察整机没有任何异常情况，在此后的曲拐箱内部例检中也未发现异常。

2007年4月2日船到达秦皇岛码头，装妥货，待天亮离港。02∶25值班机工巡回检查时发现3#发电机齿轮箱里有异常声音发出，细看惰齿轮轴座盖3的螺丝2又松动了，且有滑油外溅，为避免造成更大的损坏，值班机工当机立断立即换用发电机并通知二管轮，二管轮上紧外盖螺丝并作盘车检查，盘2圈觉得没有任何异常，冲车检查也无不妥，再作试车检查，刚启动运行又听到异常声响，立刻停机。在未查明异响来源而主观盲目启动的行为，虽然未导致直接的后果，但无疑是很危险和错误的。

图1 正时齿轮之惰齿轮零件示意图

2 故障检查

检查中，发现曲拐箱轴系均正常。但是从No.6缸底部拾到一些金属碎块，其中最大一块约15 mm长，成齿形，初步怀疑是某齿轮的齿崩块，后经证实是螺尾锥销的头部圆柱体断块，被运行中的齿轮趴合压出的模型。这些螺丝断块，带有明显被压过的痕迹，后证实是螺尾锥销的尾部螺纹部分，其他皆是小碎块。

拆惰齿轮轴座盖3时，发现其4只螺丝2均被剪切并已变形，其中一只已发生断裂。再检查正时齿轮，发现4只传动齿轮并没有按原有的记号进行装配，也没有重新做记号，说明该正时齿轮曾被拆检过，装配惰齿轮时没有按厂家记号进行，但凸轮齿轮和曲轴齿轮的相对位置在装配过程中保持正确。

拆卸凸轮齿轮后，此时正时齿轮室的损坏如图2、图3、图4所示。

图2 惰齿轮2#损伤齿位 (箭头所指)

图3 凸轮轴齿轮损坏情况

图4 惰齿轮轴及放松垫片损坏情况

1)惰齿轮1#和曲轴齿轮完好无损。

2)惰齿轮2#有一齿中间约有15 mm宽、凹进2～3 mm深的月亮形，其邻齿少许，余齿皆正常。见图2。

3)凸轮齿轮整齿中位有一圈明显的挤压凹痕，如车辙印一样由重逐渐变轻，其形、位和惰齿轮2#相呼应，见图3。

4)惰齿轮轴防松装置面目全非，其防松垫严重缺损;4只锁紧螺栓5有一折断、其余发生变形;轴定位的螺尾锥销及其锁紧螺母6均不见踪影;轴及其螺孔未变形，见图4。拆卸前，惰齿轮明显处于松弛状态。

5)机体上惰齿轮轴7的定位孔内均留有螺尾锥销的头部断块。

3 拆卸过程注意事项

说明书提供正时齿轮的拆卸程序，不妨参照执行。

由于受空间限制，说明书上“拆开一只飞轮螺栓并将其移到联轴节上”拆卸程序，实际操作起来很费劲。飞轮螺栓是过盈配合的，受诸多限制，只能用恰当的螺栓来顶退，惰齿轮1#可作支撑面，将飞轮螺栓慢慢顶移至联轴节上，注意不要顶偏，当仅露出销孔时就算到位，惰齿轮正好能取出。

禁止盘车，在拆卸过程中曲轴不得有任何转动位移变化。

凸轮轴同样禁止转动，不得改变其与曲轴的相对位置。因此拆卸凸轮齿轮前要自制专用工具来卡住 (厂家未提供专用工具)，防止在拆卸齿轮过程中产生任何位移。

凸轮齿轮与凸轮轴是靠键传动，紧配合，轴位上有一定的锥度，厂家未提供专用拉码工具来拆卸，也需自制。若太紧，平衡拉紧后用铜锤敲击，使之松动，切不可强拉，以防损坏部件。

4 故障分析

正时齿轮机构是由曲轴齿轮通过惰齿轮带动凸轮轴齿轮。惰齿轮则由惰齿轮1#和惰齿轮2#用铰制螺栓4紧固在一起组成，而支撑它的惰齿轮轴7的一端是由4只螺栓5(Bolt M16×2.0×38)固定在机体上，且由2只螺尾锥销(Knock bolt 10×35)来定位，而螺尾锥销则是由螺母 (Nut M8×1.25)锁紧固定在防松垫片上，另一端由安装在正时齿轮箱壳的惰齿轮座3来牢固支撑，并由油孔螺栓1注入滑油。

惰齿轮轴是正时齿轮传动的关键和保证，除维系惰齿轮外，还承受着两对齿轮啮合传动产生的推力，以及由此而产生的剪切力，当然还有机体固有的震动。从拆下的惰齿轮轴来看，锁紧螺栓5的防松仅靠垫片简单地折边，螺母6却毫无防松措施。

柴油机运行产生的震动。当功率不平衡、轴承间隙变大等引起震动加剧，在长期作用下，使惰齿轮轴防松装置逐渐失效，导致螺栓5逐渐松动，引起防松垫片松动而不断剧烈震动，也使得螺尾锥销的螺母6逐步松动并最终脱落。

惰齿轮轴和防松垫片一旦产生震动，就使螺尾锥销不断被剪切，长期作用的结果终使其头部圆柱体被磨切分断而掉落到惰齿轮2#上，并被高速传动的齿轮压扁，从而引起啮合齿轮的损伤。而锥销插埋在机体上的头部尚断留在其孔洞里，最细的螺尾颈部 (D5.8)更是早被防松垫片剧烈的来回震动而生生切断。

上述现象的存在，终使惰齿轮轴不紧凑，啮合间隙变大，运转声音变大，震动加剧，由此形成恶性循环，导致故障发生。

5 故障原因

早期那次拆检未按要求进行或有所忽略而留下隐患，惰齿轮轴防松装置设计过于简单，甚至不合理，保险系数不够。

1)螺尾锥销的作用是为惰齿轮轴定位，应有足够的防范措施来保证。一是防松垫片上留有的孔过大，该孔应是10 mm＞D＞8 mm，并以稍大于8 mm为宜，这样即使螺母6松脱，也不至于让螺尾锥销轻易掉出;二是螺母6要有有效的防松措施，对螺栓5的防松不够。

2)整机设计欠缺，没有留有正时齿轮室检修的空间。尤其是常规例检太麻烦，仅能从No.6缸主轴承撑杆空隙来观察，且受限制太多，也无法看到齿轮的啮合处，因而这一重要工作很容易地被疏忽甚至废弃。

3)轮机管理人员重视不够，使用说明书之维护保养“正时齿轮2年拆检一次，检查齿面并作比色检查”的要求形同虚设。

6 故障排除

用1 mm厚薄钢板做惰齿轮轴的防松垫片。螺母6及螺栓5采用钻孔钢丝“8”字串联在一起和垫片折边贴紧两种防松措施。

惰齿轮2#及凸轮经精密修锉后，传动正常。检查齿隙正常、齿间啮合情况良好，考虑传动摩擦副的配合及经济性，决定仍然继续使用。装配时绝不改变凸轮轴与曲轴的相对位置。需做一把由三角锲块焊接加长铁杆的专用工具来顶回那只飞轮螺栓。

图5 惰齿轮轴修理示意图

7 若干建议

1)管理大发柴油机一定要细致认真，严格要求，不抱侥幸心理，不放过任何异常。事发前端盖螺丝松动，滑油外泄飞溅，实际就是故障征兆，但重视不够，没有作更细致深入的检查。望同仁引以为戒、提高警惕。

2)虽然难以做到拆下正时齿轮箱壳来检查齿轮传动机构，但只要认真对待，在每次内部例检中从第6缸位盘车仔细检查齿轮接触面还是可以做到的，建议至少每3个月检查一次。

3)保持良好工况，更重要是功率平衡，减少震动。运行中经常倾听声音是很有必要的，在机房对于逐渐而缓慢变差的声音有时是难以察觉，当时听该机的声音之所以无觉不妥，其实是习惯和错觉的延续，现在听之方知差别。

4)船舶上备一套正时齿轮机构备件。

5)对正在大修或厂修的机器，不妨增加正时齿轮的检修。

8 结语

笔者从事船舶轮机管理十几年，很少碰到正时齿轮故障，管理大发柴油机以来也是第一次打开箱壳检修正时齿轮，难免对其结构理解不足、故障判断分析存在偏差。故障的根源，也许就是该机自身的隐疾。待日后同行们有机会再对此作拆检时，不妨参照并找出共异性，不吝勘误指正。