船用轴系与传动设备技术要点汇编
(船用齿轮箱、离合器、联轴节、弹性联轴器、推力轴承、中间轴、艉轴、艉轴管密封装置)
一、概述
船舶轴系与传动设备是船舶动力装置的核心组成部分，承担着将主机发出的功率传递给螺旋桨，同时将螺旋桨产生的推力传递给船体的双重任务。这套系统通常由推力轴、中间轴、艉轴（螺旋桨轴）、联轴器、推力轴承、中间轴承、艉管轴承及其他附件组成，部分轴系还配备减速齿轮箱。为便于加工、制造、运输和拆装，传动轴常被分成若干轴段并用联轴器连接。
二、齿轮箱
齿轮箱（或称船用齿轮减速器）是船舶动力系统的主推进传动装置，具有减速增扭、倒顺、离合和承受螺旋桨推力的综合功能。
类型与形式：船用齿轮箱形式多样，常见的有减速齿轮箱、离合减速齿轮箱、倒顺车和离合减速齿轮箱、多速齿轮箱、多分支传动齿轮箱、多机并车齿轮箱、燃柴联合动力传动齿轮箱等。按传动形式可分为定桨距传动齿轮箱和变桨距传动齿轮箱。结构形式上则有平行轴传动、角度传动，包括同中心、水平异中心、垂直异中心等多种布置方式。输入轴与输出轴的布置有同中心布置和异中心布置两类，异中心布置又分为水平异中心和垂直异中心。
应用分类：按用途可分为船舶主推进传动和辅机传动、船舶作业机械传动。工作船用齿轮箱包含中小功率和大功率两大系列，离合器形式为液压操纵湿式多片摩擦离合器，操纵可选用气动、电动或手动方式，动力齿轮采用优质合金钢经渗碳、淬硬和磨齿制成。高速船用齿轮箱主要适用于定距桨轻载工况船舶的主推进传动，具有质量轻、小减速比、配置要求高等特点，部分采用铝合金材质箱体。
结构组成：齿轮箱由箱体、齿轮系统、轴承、离合器、液压操纵系统和冷却系统等部分组成。箱体采用高强度铸铁或铸钢整体铸造，具有足够的刚度和强度。齿轮系统是传动核心，采用优质合金钢制造，齿面经过渗碳淬火和精密磨削。液压操纵系统控制离合器的接合和脱开以及齿轮的换挡操作。冷却系统用于带走齿轮啮合和轴承运转产生的热量。
液压系统与冷却：齿轮箱液压系统用于操纵离合器和润滑传动部件。液压油通过油泵加压后经阀组分配至各工作油缸和润滑点。离合器接合压力应稳定可靠，保证扭矩传递不打滑。冷却系统一般采用水冷式滑油冷却器，利用舷外水或中央冷却水冷却滑油，使油温维持在适宜的工作温度范围内。
操作与维护：齿轮箱的操作应遵循使用说明书的程序要求。换挡操作应在主机转速降至怠速后进行，避免高转速下换挡造成冲击损坏。离合器的接合应平顺，防止突然接合产生过大冲击扭矩。运行中应定期检查油温、油压和油位，监听运转声音是否正常。发现异常振动和噪音时应及时停机检查。
三、离合器
离合器是用于接合或脱开动力传递的装置，安装在主机与齿轮箱之间或齿轮箱内部。离合器的主要功能是实现主机的空载启动，以及在换挡时切断动力传递，保护传动部件免受冲击。
类型：船用离合器按工作原理分为机械摩擦式离合器、液压摩擦式离合器和液力偶合器等多种形式。机械摩擦式离合器依靠摩擦面之间的摩擦力传递扭矩，通过机械压紧装置实现接合，结构简单。液压摩擦式离合器（湿式多片离合器）通过液压油推动活塞压紧摩擦片组实现扭矩传递，接合平顺，操纵灵活。液力偶合器利用液体动量传递动力，具有柔性启动和过载保护功能，适用于需要平稳启动和吸收冲击的场合。
摩擦片：液压摩擦式离合器的摩擦片是核心元件，分为钢制对偶片和带有摩擦材料的摩擦片。摩擦材料需具有较高的摩擦系数、良好的耐热性和耐磨性。摩擦片磨损后离合器接合压力会下降，需定期检查摩擦片厚度。
操作与维护：离合器接合时应注意平稳逐渐接合，避免瞬间接合造成冲击。脱开时应快速完全脱开，防止半脱开状态下摩擦片持续打滑产生过热烧损。液压离合器的油压应保持在规定范围内，油压过低会导致离合器打滑，油压过高则可能造成接合冲击。
四、联轴节与弹性联轴器
联轴节是连接相邻两轴段以传递扭矩的部件。联轴节分为刚性联轴节和弹性联轴器两类，其特点是传递运动和转矩，不改变转速和转矩的大小。
刚性联轴节：刚性联轴节没有补偿相对位移的能力，要求连接的两轴段具有较高的对中精度。刚性联轴节结构简单、传递扭矩可靠，广泛应用于中间轴与中间轴之间以及中间轴与推力轴之间的连接。刚性联轴节的连接方式包括法兰螺栓连接、套筒连接和焊接连接等。
弹性联轴器：弹性联轴器内置可压缩、可恢复的弹性元件，具有补偿两轴相对位移和缓冲减振的功能。弹性联轴器不仅能补偿轴系因制造误差、安装偏差和船体变形引起的相对位移，还能隔离扭转振动和吸收冲击载荷。
分类：船用弹性联轴器主要分为弹性套柱销联轴器、弹性柱销联轴器、轮胎式联轴器、膜片联轴器、波纹管联轴器及高弹性联轴器几大类。
高弹性联轴器具有较大的弹性变形能力和良好的阻尼特性，能有效降低轴系的扭转振动，保护主机和齿轮箱免受有害扭矩波动的影响。高弹性联轴器的弹性元件通常采用合成橡胶或聚氨酯材料制成，具有非线性的弹性特性，能够在较大的扭矩范围内提供稳定的缓冲性能。它广泛应用于中高速柴油机推进系统。
膜片联轴器采用金属膜片作为弹性元件，通过膜片的弹性变形补偿轴向、径向和角向位移。膜片联轴器没有磨损件、不需要润滑、使用寿命长、可靠性高，特别适用于对可靠性和维护性要求较高的船舶轴系。
波纹管联轴器采用金属波纹管作为弹性元件，能补偿三个方向的位移并具有良好的扭转刚性。
联接方式：联轴器根据与轴的联接方式可分为键联接、夹壳联接、锥套联接、内张紧联接和法兰联接等。键联接是最传统的方式，通过平键或花键传递扭矩。夹壳联接通过对开夹壳抱紧轴端实现连接，拆装方便。锥套联接利用锥面配合产生的摩擦力传递扭矩，定心精度高。法兰联接通过螺栓将两半联轴器分别固定在轴端，再用螺栓将两半联轴器连接在一起。
五、推力轴承与推力轴
推力轴承是将螺旋桨产生的轴向推力传递给船体，从而推动船舶前进的重要部件，同时限制轴的轴向位移。
结构与类型：推力轴承主要由推力环、推力块和轴承座组成。推力环固定在推力轴上，随轴旋转。推力块安装在轴承座内，通常由多块扇形瓦块组成，瓦块工作面浇铸有巴氏合金。推力块承受推力环的轴向压力，并将推力通过轴承座传递至船体结构。
推力轴承分为整体式和可拆式两种类型。整体式推力轴承集成在齿轮箱内部，结构紧凑。可拆式推力轴承独立安装于推力轴段上，便于检修和更换推力块。
润滑与冷却：推力轴承的工作负荷极大，必须有充足的润滑油供应。润滑油在推力环与推力块之间形成油膜，实现液体润滑，减少摩擦和磨损。推力轴承产生的热量通过循环滑油带走，并经滑油冷却器冷却后循环使用。推力轴承的温度是运行监控的重要参数，温度异常升高通常预示润滑不良或推力块过度磨损。
推力轴的安装要求有较高的对中精度，推力轴承的安装位置应使推力环位于推力块的中央位置，保证左右两侧推力块均有足够的承受推力的面积。
六、中间轴
中间轴是连接推力轴和艉轴的传动部件，是轴系中最长、数量最多的轴段。根据机舱和艉部之间的布置要求，轴系中可能设置一段或多段中间轴。
中间轴通常采用锻钢制造，具有较高的强度和韧性。轴段之间通过刚性联轴节或弹性联轴器连接。中间轴由中间轴承支撑，每隔一定距离设置一个中间轴承，防止轴因自重产生过大挠度。中间轴的表面需进行防腐处理，防止运行中的腐蚀和磨损。中间轴承的磨损是轴系维护中需要重点监控的内容。
中间轴的校中（对中）是轴系安装中最重要的工序。轴系校中的目的是使各轴承的负荷分配合理，避免个别轴承过载，保证轴系在各种工况下均能正常工作。
七、艉轴
艉轴又称螺旋桨轴，是轴系中最末端的轴段，一端连接中间轴，另一端安装螺旋桨。艉轴穿过艉轴管伸出船体艉部，一部分处于船体内部，一部分浸泡在海水中，工作环境最为恶劣。
艉轴通常采用优质锻钢制造，与海水接触的部分需进行防腐处理或采用耐腐蚀材料包覆。艉轴的尺寸由传递扭矩的强度要求和临界转速的振动要求共同确定。艉轴的锥形端用于安装螺旋桨，通过键连接和螺母锁紧将螺旋桨固定在艉轴上。
艉轴的密封是轴系中最关键的环节之一，艉轴穿过艉轴管处必须设置有效的密封装置，防止海水沿轴进入船体内部。
八、艉轴管密封装置
艉轴管密封装置是安装在艉轴管两端，用于防止海水进入船体和防止滑油泄漏的密封组件。艉轴密封装置的性能直接关系到船舶的安全和环保。
结构与类型：艉轴密封装置分为艉密封（后密封）和艏密封（前密封）两种。艉密封安装在艉轴管的后端（靠近螺旋桨侧），主要用于防止海水沿艉轴进入艉轴管。艏密封安装在艉轴管的前端（靠近机舱侧），用于防止艉轴管内的滑油泄漏至机舱。
艉轴密封按工作原理分为接触式密封和非接触式密封两大类。接触式密封依靠密封元件与旋转轴表面的紧密接触实现密封，密封元件通常采用合成橡胶或聚四氟乙烯材料，具有一定的弹性和耐磨性。非接触式密封依靠迷宫间隙、离心力或气幕等原理实现密封，密封元件与旋转轴不接触，无磨损，但密封效果受间隙大小和运行工况影响。
接触式密封中应用最广泛的是唇形密封。唇形密封圈的内唇紧贴艉轴表面，依靠唇口的弹性压紧力实现密封，在艉轴旋转时，唇口与轴表面之间形成极薄的油膜，既保证密封又不至于过度磨损。
密封材料：艉轴密封装置的密封元件多采用合成橡胶或聚四氟乙烯制造。合成橡胶具有弹性好、耐海水腐蚀的优点，但耐温和耐磨性有一定限制。聚四氟乙烯具有极低的摩擦系数和优异的耐化学腐蚀性能，耐磨性优于普通橡胶，密封可靠性和使用寿命均较高。
润滑与冷却：艉轴管密封装置通常需要独立的润滑和冷却系统。艉密封的润滑可采用油润滑或水润滑方式。油润滑艉轴管利用重力油柜向艉轴管内供应滑油，使艉轴在艉管轴承中实现液体润滑，密封装置防止滑油外漏和海水内漏。水润滑艉轴管采用舷外水作为润滑介质，艉轴在艉管轴承中实现水膜润滑，不需要艉轴管滑油系统。
布置与安装：艉轴管的布置和艉轴密封装置的安装质量直接影响密封效果。密封装置应严格按照安装要求进行安装，密封圈不得扭曲和损伤。艉轴的表面光洁度对唇形密封的密封效果至关重要，轴表面粗糙度过大时会加速唇口磨损，导致密封失效。
维护与故障：艉轴密封装置需要定期检查，重点检查有无渗漏、密封圈有无老化开裂、艉轴表面有无磨损和腐蚀。艉密封泄漏是最常见的故障，轻微渗漏可通过调整密封圈的压紧程度解决，严重泄漏则需要更换密封圈并在坞内进行维修。
九、轴系的校中与安装
轴系的校中是确保轴系长期可靠运行的关键工序。校中的目的是使轴系各轴承的负荷在设计范围内，避免个别轴承过载引起的发热和烧瓦事故。
轴系校中的方法主要包括直线校中、负荷校中和合理校中。直线校中是传统方法，将所有轴承调整到一条直线上。负荷校中和合理校中则考虑船体变形、轴系自重和温度变化等因素，使各轴承在运行工况下的负荷合理分布。
轴系安装应在船体焊接和火工作业基本完成后进行。安装过程中应逐步进行轴承的定位和调整，并随时检查各轴承负荷情况。
十、维护与管理
日常检查：运行中应定期检查齿轮箱油温、油压和油位，监听运转声音是否正常。中间轴承和推力轴承的温度应定期测量并记录。艉轴密封装置应目视检查有无渗漏。
定期保养：应按设备说明书规定的周期更换滑油和滤芯，清洗滑油冷却器。中间轴承和推力轴承应定期检查轴瓦磨损情况。艉轴密封装置的密封圈应在使用一定年限后更换。
进坞维修：艉轴和艉轴管轴承的检查需要在船舶进坞时进行。进坞时应抽出艉轴，检查艉轴的磨损和腐蚀情况，检查艉管轴承的磨损情况，检查艉轴密封装置的状态。发现磨损超限的部件应及时更换。
免责声明
以上信息仅供一般性参考，不构成专业选型、安装或检验建议，实际操作须以船舶设计图纸、设备技术手册、船级社规范及现场专业技术人员指导为准。
