船舶4沖程柴油機正時齒輪故障分析及修復探討

滕憲斌，徐燕銘，王冉然

(天津海運職業學院，天津 300350)

1 故障發生

安慶大發柴油機累計運轉26 548 h，上次吊缸后累計使用2 612 h，當運轉使用2 580 h時，按檢修計劃將6只缸頭悉數吊下清潔，進排氣閥研磨。檢修調整后測試顯示該機運行狀況良好，工況平衡。在定時齒輪故障發生之前，曾出現過正時齒輪室殼的惰齒輪軸座蓋3有滑油飛濺出到地板，當時正在航行期間，發電機單機運行，參數及運轉聲音皆正常;經二管輪檢查，發現螺絲2松動 (如圖1所示)，上緊后漏泄消除，觀察整機沒有任何異常情況，在此后的曲拐箱內部例檢中也未發現異常。

2007年4月2日船到達秦皇島碼頭，裝妥貨，待天亮離港。02∶25值班機工巡回檢查時發現3#發電機齒輪箱里有異常聲音發出，細看惰齒輪軸座蓋3的螺絲2又松動了，且有滑油外濺，為避免造成更大的損壞，值班機工當機立斷立即換用發電機并通知二管輪，二管輪上緊外蓋螺絲并作盤車檢查，盤2圈覺得沒有任何異常，沖車檢查也無不妥，再作試車檢查，剛啟動運行又聽到異常聲響，立刻停機。在未查明異響來源而主觀盲目啟動的行為，雖然未導致直接的后果，但無疑是很危險和錯誤的。

圖1 正時齒輪之惰齒輪零件示意圖

2 故障檢查

檢查中，發現曲拐箱軸系均正常。但是從No.6缸底部拾到一些金屬碎塊，其中最大一塊約15 mm長，成齒形，初步懷疑是某齒輪的齒崩塊，后經證實是螺尾錐銷的頭部圓柱體斷塊，被運行中的齒輪趴合壓出的模型。這些螺絲斷塊，帶有明顯被壓過的痕跡，后證實是螺尾錐銷的尾部螺紋部分，其他皆是小碎塊。

拆惰齒輪軸座蓋3時，發現其4只螺絲2均被剪切并已變形，其中一只已發生斷裂。再檢查正時齒輪，發現4只傳動齒輪并沒有按原有的記號進行裝配，也沒有重新做記號，說明該正時齒輪曾被拆檢過，裝配惰齒輪時沒有按廠家記號進行，但凸輪齒輪和曲軸齒輪的相對位置在裝配過程中保持正確。

拆卸凸輪齒輪后，此時正時齒輪室的損壞如圖2、圖3、圖4所示。

圖2 惰齒輪2#損傷齒位 (箭頭所指)

圖3 凸輪軸齒輪損壞情況

圖4 惰齒輪軸及放松墊片損壞情況

1)惰齒輪1#和曲軸齒輪完好無損。

2)惰齒輪2#有一齒中間約有15 mm寬、凹進2～3 mm深的月亮形，其鄰齒少許，余齒皆正常。見圖2。

3)凸輪齒輪整齒中位有一圈明顯的擠壓凹痕，如車轍印一樣由重逐漸變輕，其形、位和惰齒輪2#相呼應，見圖3。

4)惰齒輪軸防松裝置面目全非，其防松墊嚴重缺損;4只鎖緊螺栓5有一折斷、其余發生變形;軸定位的螺尾錐銷及其鎖緊螺母6均不見蹤影;軸及其螺孔未變形，見圖4。拆卸前，惰齒輪明顯處于松弛狀態。

5)機體上惰齒輪軸7的定位孔內均留有螺尾錐銷的頭部斷塊。

3 拆卸過程注意事項

說明書提供正時齒輪的拆卸程序，不妨參照執行。

由于受空間限制，說明書上“拆開一只飛輪螺栓并將其移到聯軸節上”拆卸程序，實際操作起來很費勁。飛輪螺栓是過盈配合的，受諸多限制，只能用恰當的螺栓來頂退，惰齒輪1#可作支撐面，將飛輪螺栓慢慢頂移至聯軸節上，注意不要頂偏，當僅露出銷孔時就算到位，惰齒輪正好能取出。

禁止盤車，在拆卸過程中曲軸不得有任何轉動位移變化。

凸輪軸同樣禁止轉動，不得改變其與曲軸的相對位置。因此拆卸凸輪齒輪前要自制專用工具來卡住 (廠家未提供專用工具)，防止在拆卸齒輪過程中產生任何位移。

凸輪齒輪與凸輪軸是靠鍵傳動，緊配合，軸位上有一定的錐度，廠家未提供專用拉碼工具來拆卸，也需自制。若太緊，平衡拉緊后用銅錘敲擊，使之松動，切不可強拉，以防損壞部件。

4 故障分析

正時齒輪機構是由曲軸齒輪通過惰齒輪帶動凸輪軸齒輪。惰齒輪則由惰齒輪1#和惰齒輪2#用鉸制螺栓4緊固在一起組成，而支撐它的惰齒輪軸7的一端是由4只螺栓5(Bolt M16×2.0×38)固定在機體上，且由2只螺尾錐銷(Knock bolt 10×35)來定位，而螺尾錐銷則是由螺母 (Nut M8×1.25)鎖緊固定在防松墊片上，另一端由安裝在正時齒輪箱殼的惰齒輪座3來牢固支撐，并由油孔螺栓1注入滑油。

惰齒輪軸是正時齒輪傳動的關鍵和保證，除維系惰齒輪外，還承受著兩對齒輪嚙合傳動產生的推力，以及由此而產生的剪切力，當然還有機體固有的震動。從拆下的惰齒輪軸來看，鎖緊螺栓5的防松僅靠墊片簡單地折邊，螺母6卻毫無防松措施。

柴油機運行產生的震動。當功率不平衡、軸承間隙變大等引起震動加劇，在長期作用下，使惰齒輪軸防松裝置逐漸失效，導致螺栓5逐漸松動，引起防松墊片松動而不斷劇烈震動，也使得螺尾錐銷的螺母6逐步松動并最終脫落。

惰齒輪軸和防松墊片一旦產生震動，就使螺尾錐銷不斷被剪切，長期作用的結果終使其頭部圓柱體被磨切分斷而掉落到惰齒輪2#上，并被高速傳動的齒輪壓扁，從而引起嚙合齒輪的損傷。而錐銷插埋在機體上的頭部尚斷留在其孔洞里，最細的螺尾頸部 (D5.8)更是早被防松墊片劇烈的來回震動而生生切斷。

上述現象的存在，終使惰齒輪軸不緊湊，嚙合間隙變大，運轉聲音變大，震動加劇，由此形成惡性循環，導致故障發生。

5 故障原因

早期那次拆檢未按要求進行或有所忽略而留下隱患，惰齒輪軸防松裝置設計過于簡單，甚至不合理，保險系數不夠。

1)螺尾錐銷的作用是為惰齒輪軸定位，應有足夠的防范措施來保證。一是防松墊片上留有的孔過大，該孔應是10 mm＞D＞8 mm，并以稍大于8 mm為宜，這樣即使螺母6松脫，也不至于讓螺尾錐銷輕易掉出;二是螺母6要有有效的防松措施，對螺栓5的防松不夠。

2)整機設計欠缺，沒有留有正時齒輪室檢修的空間。尤其是常規例檢太麻煩，僅能從No.6缸主軸承撐桿空隙來觀察，且受限制太多，也無法看到齒輪的嚙合處，因而這一重要工作很容易地被疏忽甚至廢棄。

3)輪機管理人員重視不夠，使用說明書之維護保養“正時齒輪2年拆檢一次，檢查齒面并作比色檢查”的要求形同虛設。

6 故障排除

用1 mm厚薄鋼板做惰齒輪軸的防松墊片。螺母6及螺栓5采用鉆孔鋼絲“8”字串聯在一起和墊片折邊貼緊兩種防松措施。

惰齒輪2#及凸輪經精密修銼后，傳動正常。檢查齒隙正常、齒間嚙合情況良好，考慮傳動摩擦副的配合及經濟性，決定仍然繼續使用。裝配時絕不改變凸輪軸與曲軸的相對位置。需做一把由三角鍥塊焊接加長鐵桿的專用工具來頂回那只飛輪螺栓。

圖5 惰齒輪軸修理示意圖

7 若干建議

1)管理大發柴油機一定要細致認真，嚴格要求，不抱僥幸心理，不放過任何異常。事發前端蓋螺絲松動，滑油外泄飛濺，實際就是故障征兆，但重視不夠，沒有作更細致深入的檢查。望同仁引以為戒、提高警惕。

2)雖然難以做到拆下正時齒輪箱殼來檢查齒輪傳動機構，但只要認真對待，在每次內部例檢中從第6缸位盤車仔細檢查齒輪接觸面還是可以做到的，建議至少每3個月檢查一次。

3)保持良好工況，更重要是功率平衡，減少震動。運行中經常傾聽聲音是很有必要的，在機房對于逐漸而緩慢變差的聲音有時是難以察覺，當時聽該機的聲音之所以無覺不妥，其實是習慣和錯覺的延續，現在聽之方知差別。

4)船舶上備一套正時齒輪機構備件。

5)對正在大修或廠修的機器，不妨增加正時齒輪的檢修。

8 結語

筆者從事船舶輪機管理十幾年，很少碰到正時齒輪故障，管理大發柴油機以來也是第一次打開箱殼檢修正時齒輪，難免對其結構理解不足、故障判斷分析存在偏差。故障的根源，也許就是該機自身的隱疾。待日后同行們有機會再對此作拆檢時，不妨參照并找出共異性，不吝勘誤指正。