關于影響軸系安裝精度若干問題的分析

摘 要：軸系安裝的精確度，不僅直接影響船舶的使用壽命和性能，而且也直接影響了船舶的經濟效益，因此有必要對軸系安裝過程中常見問題做出分析，以找出原因及應對方法。本文重點結合現場施工經驗，對此做出一些探討。

關鍵詞：軸系安裝；尾軸鏜孔；尾管軸承壓裝；負荷調整

Introduction and Analysis for Frequent Issues during Shafting Installation

YANG Mumao

( COSCO (Guangdong) Shipyard CO.， LTD. Dongguan 523146 )

Abstract: As the precision of shafting installation will directly affect not only the service life and performance of ship but also the economic benefit， it is necessary to analyze the frequent issues occurred during shafting installation and find out the causes and solutions. This paper discusses it combined with the construction experience on site.

Key words: Shaft installation; Stern shaft boring; Bushing press-printing Load; Adjusting

1 前言

船舶的軸系，是唯一傳遞主機動力，使船舶航行的系統組裝部件。軸系安裝的精確度，不僅直接影響船舶的使用壽命和性能，而且也直接影響了船舶的經濟效益。因此有必要對軸系安裝過程中常見問題做出思考，以找出原因及應對方法。

2 軸系校中安裝流程

見圖1。

圖1 軸系校中安裝流程圖

3 常見問題的原因及分析

3.1 理論中心線的確定及尾軸、主機對中

3.1.1 拉線

拉線這種方法一般是在工作區域的首、尾兩端豎立兩個拉線架，其上裝有拉線工具，從而建立所需要的軸系中心線。拉線法不需要特殊的設備，操作簡單，比較方便，所以至今仍被船廠采用。但是由于鋼絲自重下垂造成測量誤差，且鋼絲在空間測量較困難，其測量精度很大程度上是依賴于操作者的技術水平，所以一般應用于軸系長度小于20 m的小船上。

3.1.2 照光

初拉線是為了檢查軸線與舵線的相交情況，檢查機座的分中情況，預測主機墊片厚度確定主機的縱向安裝位置，檢查鏜孔余量是否足夠，以及測量舵線至尾管后端面的距離等 。鋼線的撓度對這些工作的影響不大。但當要根據軸系理論中心線鏜尾管內孔及端面等時，鋼線的撓度會帶來不能遷就的影響，所以，對軸系長于20 m的，我們就要再進行一次照光。因光是直線傳播的，不存在撓度，能便準確地確定軸系的理論中心線的工作。

3.1.3 拉線、照光時應注意事項

1 ) 船體是一個剛性不大的彈性體，在船臺上由于放置時支承點的改變及日照的變化等都會改變船體的形狀，這些改變雖然是微小的，但是對于軸系來說確會帶來不能遷就的影響。為此在測定軸系理論中心線前，對船體建造進展程序，安放狀態，天氣狀況等都有嚴格的要求。

2 ) 在主機及軸系工作區域內主甲板上下各建筑結構安裝完畢，影響船體總強度的主要焊接裝配工作應當結束。

3 ) 機艙及臨近部位的雙重底、油水柜等密封試驗等全部結束，并穩定24 h。

4 ) 與軸系有關的零部件如人字架、主機座、軸承座等都已裝配焊接完畢。

5 ) 船體墊墩、側支承合理，牢固可靠。

6 ) 在陰天或晚上進行測定工作，以避免日曬而引起船體的變形。

7 ) 保持船內安靜，停止火工校正等敲擊和振動等工作。

3.2 尾軸鏜孔及襯套的壓裝

3.2.1 尾軸鏜孔

軸系中心線測定后，根據軸系理論中心線劃出了各加工圓和檢查圓，我們就可以鏜尾管內孔及端面。當軸系按直線校中時，各孔與軸系理論中心線一致，保證同軸度就可以了，但如果是按軸系合理校中時，軸系實際中心線為一彈性曲線。真正完全符合彈性曲線的鏜孔在尾部應當是簡化支承中心處的切線，但是這是無法加工的，所以各船廠都是按軸系理論中心線進行加工并安裝軸承，軸承真正的彈性中心線只能靠軸與軸承間的磨合來完成。

在軸系鏜孔及安裝過程中最主要的是鏜孔的質量，鏜孔的質量保證了，尾管襯套壓裝、軸承間隙、密封安裝的質量等也就保證了。影響軸系鏜孔及安裝質量的因素很多，現對較為重要的因素和要注意的事項做一些總結和分析。

1）鏜桿撓度的調整及其影響

由于鏜桿自重使其存在撓度，為很好地控制質量必須消除撓度。一般是通過提高鏜桿中間軸承來消除。提高量一搬可以用拉鋼絲的方法通過模似試驗得出。

① 鏜桿中間軸承提得過高，如圖2，則A，D點可能離空過多，不利于保證前后密封與軸的同心度，造成密封不嚴、加速密封的磨損。且可能使溫度探頭探測不到實際溫度。

② 鏜桿中間提高得不夠，如圖3，側可能促使A，D點區域承受極大的比壓，磨損過大，溫度過高，造成高溫報警。遇到這種情況可以控制在所允許的溫度內慢車運行一段時間，磨合即可。

圖2 鏜桿中間軸承提得過高 圖3 鏜桿中間提高得不夠

2）影響尾管鏜孔的因素

由于鏜尾管內孔是在船上進行的，加工設備自身鋼性不強，進刀機構簡陋，又沒有一個穩固的基礎，被加工的部位加工余量不均勻等往往會造成加工表面粗糙和尺寸難以控制等問題。造成上述問題的隨機因素很多，現在就通常出現的原因進行分析：

① 毛坯誤差的復映規律對尾管鏜孔質量的影響

由于鏜孔中心線和尾管毛坯的中心線是不重合的，再加上尾管毛坯本身存在尺寸形狀誤差及表面硬度不勻等，使加工時切削深度和切削力產生不斷的變化從而使鏜機系統產生相應的變形，因而造成加工后的工件表面還保留著與毛坯表面類似的形狀或尺寸誤差。因鏜孔中心線與尾管毛坯的中心線可能相差幾厘米，其比尾管毛坯本身存在尺寸形狀及表面硬度誤差要大得多，其造成的毛坯誤差的復映是影響尾管鏜孔質量的重要因素。要減少這種影響，可在船體分段吊裝時應盡量控制好誤差和在望光時適當修改中心線。必要時可在鏜孔時加多一次進給。

② 沙眼對尾管鏜孔質量的影響

當鏜到有沙眼的地方時可能會蹦刀，從而影響到表面粗糙度，還會起級。船廠在工藝上要求在鏜孔前先填焊好沙眼，但因鏜桿與尾管之間空間太小，實際操作中很難做到。再者很多沙眼都是在工件表面下的，鏜孔前發現不了，所以很難做到鏜孔前先填焊好所有的沙眼。在粗鏜、半精鏜時遇到沙眼蹦刀就換刀再接刀鏜。在精鏜時遇到沙眼蹦刀就多鏜一刀（精鏜不能接刀）。鏜完拆鏜軸后才填焊沙眼打磨光潔。

③ 鏜桿裝置的剛性對加工精度的影響

因鏜桿剛性不足往往會出現切削時在切削力作用下鏜桿產生彈性變形，在作用力不變的情況下，變形量在鏜桿兩軸承之間位置處最大，越靠近軸承處越小。由于鏜桿彈性變形使切削加工的孔有錐度，鏜桿變形越大的地方切削的孔的尺寸越小，這種情況在機械加工中稱為讓刀。為此在設計和選用鏜桿直徑時應盡量大些以便增加剛性。鏜桿支承軸承距離應盡量靠近，以減輕鏜桿變形。除了鏜桿剛性以外，軸承、軸承架的剛性，也應當加強。

④ 加工設備的振動對加工精度的影響

加工設備的振動，會降低加工精度。原動機自身振動會影響鏜桿，此時可以把原動機改為皮帶傳動，來隔離振源。如果變速機構中齒輪制造精度不高也會出現振動，因此要提高變速齒輪的制造精度，并經過磨合后再用效果較好。有的鏜桿采用可收緊的滑動軸承，此時要收緊軸承間隙，并加強潤滑以減小由于切削量不均勻時鏜桿在軸承中的振動。

⑤ 加工技術的影響

當切削余量不均勻時切削力就會變化造成鏜桿的振動。因此可以先用較大的切削余量粗加工，待切削余量較小時再精加工；為了克服讓刀造成的切削不均勻，可以采用雙刀切削，當兩把刀安裝成180 °夾角時，可以使兩切削力抵消一部分，減少鏜桿的彈性變形。其他如走刀量，切削速度也會影響加工質量。

3.2.2 尾管軸承的壓裝

由于尾管軸承為壓入配合，通常公差為過盈0.03~0.05 mm。壓裝壓力是檢驗的主要指標。下面就襯套的壓裝易出現的幾個問題作一點分析：

1 ) 尾管軸承壓不進去

造成尾管軸承壓不進去，往往是內孔修刮時，如圖4，沒注意要A、B兩個區域都修刮，只修刮一個區域，這樣會達不到圖紙上的徑向全跳動公差要求，也就是磨偏心了。解決方法是拔出來重鏜內孔，重新測量尺寸后換新尾管軸承加工。

圖4 尾管軸承磨偏心 圖5 尾管軸承凸肩

尾柱內孔一般分為兩級，后端直徑較前端大1~2 mm。其突臺也可造成尾管軸承壓不進去。應在其突臺處磨出30°左右的倒角，如圖5，同時為好壓裝襯套，工人們往往會在內孔尺寸報驗后在尾柱內孔后端磨出微小的喇叭口。

2 ) 尾管軸承壓入壓力后期大幅度加大

造成尾管軸承壓入壓力后期大幅度加大的原因是尾柱內孔的兩級或尾管軸承的兩級不同心，從而使尾管軸承壓入后期受到極大的剪切力，如圖6。

圖6 軸承的兩級不同心

3 ) 尾管軸承壓入壓力保持不變

造成尾管軸承壓入壓力保持不變是因為尾管內孔達不到按尾管軸承壓入方向只允許順錐度的要求。有部分是倒錐度，離空了，如圖7。

4 ) 尾管軸承壓入壓力不升反降

造成尾管軸承壓入壓力不升反降是因為尾管內孔和尾管軸承達不到按軸承壓入方向只允許順錐度的要求，尾管內孔和襯套都有倒錐度了，過盈量越來越小，如圖8。

圖7 尾管有部分是倒錐度 圖8 尾管內孔和襯套都有倒錐度

3.2.3 尾軸安裝應注意的事項

① 安裝前尾管內的附件要安裝完整，清潔經船東認可后進行。

② 安裝時必須加足夠的滑油確保軸承不受磨損。

③ 間隙測量尺寸須經船東認可。

3.2.4 密封安裝應注意的事項

密封安裝前必須先拆開檢查，并清潔干凈。尾軸和密封的配合面也要清潔干凈。否則異物極容易進入密封“I”型密封環密封面，引起泄漏。

3.2.5 螺旋槳安裝應注意的事項

螺旋槳在領回前其與尾軸的配合壓力已通過驗收，一般安裝時都不會出現問題。按照作業指導書和工藝文件進行就可。

3.3 軸系校中

根據軸系校中工藝規程軸系的校中工作必須在船舶下水后進行，但也可以在船臺上用2~3天時間進行軸系粗校中，下水后再重新進行對中并把結果報檢查員確認，這樣縮短了碼頭周期。找中時應注意以下幾點：

① 因尾管軸承無法調整，所以調整順序應從尾到首。

② 軸承前后端面必須清潔干凈并去掉毛刺，因這些都會影響到校中的精度。

③ 在中軸前法蘭與主機曲軸后法蘭校中時，必須先測量主機曲軸的開檔是否在要求范圍內。

④ 溫度對校中的影響較大，特別是南北朝向的碼頭，早晚的日照在船的不同側舷上，造成船體左撓或右撓，從而影響對中時各軸段端部的左右楔口。所以軸系校中最好是安排在晚上八點后或陰天進行。沒條件的話就一定要把報驗安排在天氣狀態和校中時相似的時間，如下午三點校中要安排在第二天的下午三點報驗，以減少溫度的影響。

⑤ 波浪也會造成軸的變動從而影響校中工作。

3.4 軸承負荷測量及調整

3.4.1 軸承負荷測量

當軸系根據對中計算數據，安裝結束后，我們常采用軸承負荷頂舉法來測定軸承的實際負荷是否符合計算的要求。它是利用軸的位移與負荷的線性關系，用逐步頂舉法，記錄軸的升高與頂舉力之間的關系曲線求得頂升部位的負荷，將此負荷乘以頂舉系數，即可得出被測軸承的實際負荷。

測出的實際負荷值，其誤差應不大于計算值的±20%，即認為合格。

3.4.2 軸承負荷測量常見問題介紹及分析

1 ) 離散點多過

其原因可能是讀數誤差過大造成的。也可能是由于測定百分表的讀數和壓力表的讀數時隔過久造成的。

2 ) 遲滯現象較大，如圖9。

其原因可能是千斤頂油缸中心沒有在軸的正下方，且與百分表支點在同一直線上，造成千斤頂位置不良產生過大的阻力。從而使千斤頂曲線中會產生更大的遲滯現象，影響測量的準確性。

3 ) 出現雙拐點，如圖10。

第二個拐點的斜度比第一個小，可見其受力較大。其原因可能是因為稱重后期軸頂到軸承上蓋而使受力變大，出現第二個拐點。還有一種可能是由于上升過程中相連軸承的作用。

4 ) 出現較為明顯喇叭口，如圖11。

對有較大負荷的軸承，每次記錄讀數時，要等百分表指針完全穩定后才取值，否則導至上升與下降曲線不平行，出現喇叭口。

放置油缸的座架強度不夠，油缸頂升過程中，船體底板變形及百分表架應單獨裝在不受軸及油缸影響的位置上，也會出現喇叭口。

圖9 遲滯現象較大 圖10 出現雙拐點 圖11 出現較為明顯喇叭口

3.4.3 繪制出準確頂舉曲線的措施

① 放置油缸的座架要有足夠的強度，以避免因油缸頂升中間軸時，船體底板變形而影響測量準確性。百分表架應單獨裝在不受軸及油缸影響的位置上。

② 油缸的頂舉點，與百分表桿的觸點，必須是在軸的同一橫截面的最低點和最高點。

③ 在頂舉過程式中，其軸上不得有其它外加力和任何阻礙。

④ 因波浪的影響，船體和軸會隨之上下波動，表的讀數也會隨之有2C的波動，記錄時應在百分表較為穩定后再讀數，且要都讀最大數或最小數，百分表的讀數和壓力表的讀數時隔不宜久，以繪制出準確的頂舉曲線。

⑤ 因一般情況下百分表的測量精度比壓力表的高，所以應采取記錄每升高固定頂舉力時軸對應升高量的方法來繪制關系曲線，以提高精度。

3.4.4 軸承負荷調整

當軸系軸承進行初次負荷稱重，出現的軸承負荷偏大或偏小時，我們就應對主機或中間軸承來進行調整。下面以只有一根尾軸，一根中間軸和一個中間軸承的船的軸承負荷調整為例，具體分析如下：

① 因尾管軸承無法調整，所以調整順序應從尾到首。

② 尾管軸承負荷偏大或偏小時可以通過調高或調低中間軸承來調整。

③ 中間軸承負荷偏大或偏小時可通過降低或提高中間軸承來調整，但要注意其對尾管軸承負荷的影響。當其影響使到尾管軸承的負荷不能在要求范圍內時可通過主機的調節來調整，或中間軸承和主機一起調節來調整。

④ 主機前兩檔軸承負荷偏大或偏小時，應升高或降低主機的首部來調整，主機尾部可微調。因主機尾部的調整對中間軸承的負荷影響大，首部的調整對中間軸承的負荷影響小。

3.5 主機環氧樹脂墊片的澆注（下轉第頁）

（上接第頁）主機環氧樹脂墊片澆注的條件有：

① 軸系符合設計要求。

② 主機撓度、水平度、曲臂差符合工藝要求。

③ 基座上表面、機座下表面的清潔，海綿的塞入，鋼板的焊接。

④ 環氧的澆注一般于晚上進行（環境較好）。

澆注環氧時要保證一定的高度同時澆注流量不宜太大。環氧樹脂墊片大大減少了工作量，縮短了造船周期，但是成本較高。

3.6 中間軸承座的定位及其安裝及軸承座墊片的拂配

軸系的對中計算與中間軸承的位置有關，中間軸承位置的偏移會直接影響到對中的效果，嚴重時甚至造成燒軸事故的發生。所以中間軸承的定位要求是比較嚴格的。中間軸承座的定位偏差過大會導致中間軸承無法安裝。為提高定位的精度，不應以船體的肋位為基準。因為肋骨位置的誤差、分段對接的裝配誤差等的積累而無法滿足實際的要求。因此宜采用尾管后端面作為定位基準點。在拉線照光后根據軸系理論中心線決定其三維位置。

因倒膠后、主機地腳螺栓上緊后軸承負荷發生了變化，需要調整，這時如果中間軸承只采用臨時支撐調整好其負荷并固定好，中間軸承座墊片暫不拂配的話我們就可以通過稍微升降中間軸承來調整因環氧樹脂的收縮所引起的軸承負荷問題。所以中間軸承座墊片最后才拂配固定。

3.7 大軸接地裝置的安裝

大軸接地裝置把軸系的靜電傳給船體，防止靜電燒壞軸瓦。

4 結束語

軸系校中安裝是一項要求非常嚴格的工作，容不得半點馬虎，否則難以達到驗收標準，甚至會燒軸、燒瓦造成難以彌補的后果。這就要求我們熟悉工藝要求，理解工藝過程。同時影響軸系校中安裝質量的因素很多，我們要善于發現問題、分析問題才能把工作做好。