主推进齿轮箱轴瓦高温烧坏分析及整改

周春雨，周二红

（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）

0 引言

某船采用的齿轮箱由齿轮箱本体（内置推力轴承和离合器）、滑油系统、控制箱（含操纵面板）、仪表板、电动备用泵（滑油）、控制箱（滑油电动备用泵）组成。

齿轮箱通过高弹与主机相连，将主机转速变为调距桨所需的转速，同时承受螺旋桨产生的正、倒车推力及扭矩，同时将主机的转速变为轴发电机和对外水泵所需的转速，通过PTO（Power Take Off，轴带发电机）轴输出至轴发电机和对外水泵。配油器法兰连接口位于齿轮箱输出轴的前端，主推进输出和消防泵PTO输出带离合器。

电动备用泵组（滑油）控制设有机旁手动、自动控制两种工作模式：前者只能就地使用控制箱操作备用泵启停；后者则可以根据润滑系统油压自动启停备用泵。主机提供一组运行信号（无源开关量）给齿轮箱备用泵控制箱。提供远程控制接口。

控制离合器（集成在齿轮箱机旁操作箱上）设有机旁手动/远程控制，在机旁可对离合器进行应急接脱排控制，提供集控室和驾驶室远程控制接口。提供离合器的接、脱排状态在集控室和驾驶室提供显示信号接口。电磁记忆阀支配离合器的结合或分开，并带有手动机旁应急操纵功能。

1 失效过程描述

油田守护供应船为双机双桨，且舵机平台位于水线以下，舟山海域航行试验，在标定主机负荷100%时，发现右齿轮箱透气管冒烟，立即停车检查。从标定100%负荷到发现透气管冒烟前后间隔约20 min。经过服务商和船厂检查，初步判断右齿轮箱输入前轴承烧坏。船舶返回船厂后进一步检查发现，右齿轮箱输入轴中间位置处前轴瓦端面发蓝。在船厂将故障输入轴部件拆卸，返回设备厂家进行拆检、分析。

2 故障拆检分析

（1）故障输入部件前轴瓦的端面与推力板的颜色发蓝，应为高温所致。根据零件表面的颜色，从高温色变程度判断，轴瓦端面为高温源，导致端面的巴氏合金在高温下局部融化。

（2）拆除径向滑动轴承，发现该轴瓦靠近推力瓦处的径向巴氏合金也有向轴向融化的迹象。该轴瓦内孔表面巴氏合金层也已损坏，且与输入轴粘连。

（3）拆检输入轴后滑动轴承，检查轴承推力瓦与内孔以及轴径，零件完好，无明显磨损迹象。

（4）重新复检故障件及相关零件复检齿面硬度，硬度检测结果为60.1 HRC，符合图纸和（58～62）HRC技术要求。

通过上述检查分析，判定此次故障为输入轴前滑动轴承推力瓦烧死。故障点位于推力瓦靠近内径处，轴承合金有局部融化现象，最终导致轴瓦烧死。

3 产品设计可靠性分析

右齿轮箱前轴承的径向圆柱面比压为3.4 MPa，间隙比1.6‰，油膜厚度最小0.026 mm，平均温升22℃。轴承许用比压4 MPa，油膜许用温度100℃。与设计数据比较，均没有超出允许范围。

右齿轮箱前轴承的止推面比压为1.8 MPa，油膜厚度最小0.034 mm，平均温升6.9℃。轴承许用比压4 MPa，油膜许用温度100℃。与设计数据比较，没有超出允许范围。

输入前轴承的进油孔为M26×1.5 mm。油管规格Φ22 mm×2 mm，通径Φ18 mm，0.25 MPa时理论供油量可达201 L/min。而输入前轴承的圆柱面和止推面所需油量分别为3.4 L/min和14.1 L/min。理论上供油量充足。

4 故障原因分析

为了查找问题原因，相关专业人员做了充分讨论辨析，并根据轴瓦失灵的可能原因，绘制问题分析树，对故障原因进行逐一分析、排查。

（1）轴瓦错装。该轴瓦为平面瓦，具有双向可工作特性，故排除推力瓦错装的可能性。

（2）油品清洁度低。齿轮箱滑油系统设有精滤器，润滑油经精滤器后分配至齿轮箱各个滑动轴承供油，因此可以排除润滑油清洁度的影响。

（3）润滑不充分。查齿轮箱出厂试验时的润滑油压力数值记录，额定转速时齿轮箱润滑油压力为0.281 MPa，满足齿轮箱技术要求，与其他同型齿轮箱的润滑油压力相比，无明显差异。该齿轮箱在船厂试航阶段监测的润滑油压力为0.245 MPa，也在正常合理范围。

（4）安装间隙不符合要求。齿轮箱推力瓦安装后要求轴向间隙控制在0.2 mm左右。查齿轮箱装配记录表，齿轮箱装配时轴向间隙满足要求。由于推力瓦已经烧损，实际的轴向间隙已经无法验证。

（5）轴瓦质量问题。主要考虑合金成份是否满足要求和推力瓦平面与轴线不垂直问题。关于合金成份问题，该轴瓦一次订货多套，合金成分具有一致性，目前仅1件推力瓦产生问题，基本可以排除合金成份的影响。另外，推力瓦与轴线的垂直度问题，因为零件已经损坏，所以无法验证。

（6）箱体变形。虽然该齿轮箱在工厂试验时经负荷试验验证，负荷试验后拆检观察齿面，齿轮啮合正常，目测推力瓦也并未发现发蓝变色现象。实船试验后经过齿面啮合面积拓印检查，符合设计要求，表明箱体的微变形量对齿轮箱的结构和性能不产生影响。

（7）异物进入。虽然轴瓦的润滑油是经精滤器过滤后提供的，但是如果后端管路中有异物粘连，在润滑油的冲刷下，存在异物脱落的风险，异物卡滞也会造成轴瓦烧损。通过对故障轴瓦的外观检查，未发现明显的异物滞留现象。

（8）止推板表面粗糙度问题。由于发生故障的推力瓦与止推板已经发生干摩擦，原始表面质量已经被破坏，无法判定止推板的表面质量，但是通过检测另一侧完好推力板的表面质量，其表面粗糙度是满足设计图面要求的。

（9）使用不当。该齿轮箱安装有备用泵，在主机开启前要求开启备用泵，对齿轮箱各个轴瓦进行预润滑，避免主机启动瞬间轴瓦的干摩擦。按正常操作程序，齿轮箱不应存在轴瓦干摩擦工况。但是根据轴瓦故障件分析，不排除使用过程中存在轴瓦瞬时干摩擦的工况。

5 输出前轴承损坏而轴承温度传感器无报警的原因分析

查看台架的记录，油温55℃时，润滑油压0.28 MPa。试航时，油温55℃，润滑油压 0.25 MPa。“齿轮箱出厂试验规范”要求，齿轮箱润滑油压为（0.1～0.4）MPa，满足出厂要求。对于齿轮箱整机，润滑油量是充分。输入前轴承进油孔为M26×1.5 mm，油管规格为Φ22 mm×2 mm，通径Φ18 mm，0.25 MPa时理论供油量可达到 201 L/min。输入前轴承的圆柱面和止推面所需油量分别为3.4 L/min，供油量是充分的。目前轴承损坏的部位非易高温部位，在此部位高温时，因润滑油供油量比较充分，部分热量被滑油带走，使温度传到轴承温度传感器位置时，未达到报警温度。

6 结论

根据上述分析，造成轴瓦烧损的最大可能原因为实际工作时间隙偏小或缺油所致，修复后轴瓦需要重新测量轴瓦工作间隙，间隙尽量控制在上限，检查供油量是否充分，进一步判定是否存在缺油可能性。

在齿轮箱修复过程中检查各检验要点，并通过试航验证，对产生故障的原因作进一步分析判定。

（1）对相关零件的实物质量重新进行确认，零件尺寸符合设计要求。

（2）对轴瓦的装配间隙进行复检，实测推力瓦轴向间隙为0.27 mm，与齿轮箱原始装配间隙基本一致。

（3）对滤器清进行了拆检，无异物堵塞现象。

（4）齿轮箱按图纸要求进行复装，不涉及技术状态变更。

通过以上分析与航行试验证明，对造成轴瓦故障的各影响因素可总结为4点。

（1）齿轮箱修复后的技术状态与出厂时的原始技术状态一致，不涉及产品技术状态变更，经航试验证，齿轮箱工作正常，排除产品设计缺陷。

（2）通过查阅齿轮箱出厂装配记录以及齿轮箱修复后的推力瓦间隙再次测量数据，轴瓦修复前间隙调整均满足设计标准要求，轴瓦修复后间隙调整偏向设计标准要求的大值，经再次航试验证，齿轮箱轴瓦在间隙调整后无高温发生。

（3）对齿轮箱滤器重新进行检查，未发现堵塞现象，修复前后润滑油供油压力也保持一致，因此排除系统供油不足造成轴瓦故障的因素。

（4）在机组备车时启动备用泵对机组内部进行润滑，并在齿轮箱接排时，先把主机转速降到约500 r/min，以保护机组的合排安全。该操作流程符合船用齿轮箱说明中的主机启动要求。排出操作不当的因素；

综合以上试验分析与试验验证，齿轮箱轴向间隙偏小是造成此次齿轮箱轴瓦烧坏故障的主要原因。

[1]周晓梅，黄将兴，戴宏长，沈先.某近海供应船齿轮箱PTO轴断裂分析及改进[J].机电工程，2013，30（2）：175-178.

[2]丁康，朱小勇，陈亚华.齿轮箱典型故障诊断特性与诊断策略[J].机电工程 2001，20（3）：7-12.

[3]兰彦军.浅谈齿轮箱的失效和原因[J].科技论坛，2015（1）：4.