朱林華

（杭州前進齒輪箱集團股份有限公司，浙江 杭州 311203）

對于現(xiàn)代船舶而言，更高功率密度及混合驅動的齒輪轉動裝置發(fā)展現(xiàn)狀良好，而且具有非?？捎^的前景。

1 船用傳動裝置的發(fā)展現(xiàn)狀

在中國，最早的齒輪使用可以追溯到公元前400—200年，而國內(nèi)現(xiàn)代化船舶傳動裝置的發(fā)展起于新中國成立后的50年代，典型的產(chǎn)品有杭州前進齒輪箱廠的HC、GW系列，重慶齒輪箱廠的GW、GC、GV系列。隨著科技的不斷發(fā)展，動力傳動齒輪正在向著輕量化、高速化和多元化的方向發(fā)展。

目前，為了達到將齒輪輕量化的目的，普遍的解決方式是利用硬齒面技術，以提高傳遞功率密度的方式縮小齒輪的尺寸。實踐研究表明，當圓周速度超過100 m/s時，運轉所產(chǎn)生的熱效應將會對齒輪傳動裝置造成不可忽視的影響，使齒輪產(chǎn)生磨損、變形，影響齒輪傳動裝置的正常工作。這樣的實際情況，要求齒輪設計人員在齒輪裝置的設計初始，就對將會產(chǎn)生的熱變形進行修正，保證齒輪的正常嚙合，這也是船舶大功率齒輪傳動裝置的關鍵技術之一。在齒輪制造技術方面想要解決這個問題，一個行之有效的方案就是在現(xiàn)有的硬齒面齒輪技術的基礎上，進一步提高齒輪材料的性能。比如采用更高屈服強度、抗拉強度的Cr、Mo、Ni低合金鋼。除了對齒面用鋼的材料有特殊要求以外，還可以采用齒輪齒面修形、齒根拋丸強化、齒面特殊涂層等先進工藝技術提高齒輪的強度，從而滿足大功率齒輪傳動裝置的需求。

隨著船舶主機的發(fā)展以及大功率電機技術的成熟，使得大功率齒輪傳動裝置在大型船舶上的應用越加廣泛，另外電力驅動或混合驅動的船舶也越來越多。

2 傳動裝置的主要失效形式

船用齒輪傳動裝置的故障主要有輪齒的失效、軸承的失效、離合器故障。其中，最多的是輪齒的失效，而由于齒輪傳動具有的高精度性質，細微的侵蝕也能夠對輪齒造成比較大的影響。軸承的失效、離合器故障也是常見故障原因，特別是這兩類失效也會直接導致輪齒的失效。

2.1 輪齒失效

這類失效形式包括輪齒折斷、齒面點蝕、齒面磨損、齒面剝落、齒面膠合、齒面塑性變形。其中，輪齒折斷失效最嚴重，由于輪齒在進行傳動時，每一個輪齒都相當于是一個懸臂梁，其齒根部的彎曲應力是最大的，有著比較高的應力集中，導致輪齒的折斷通常都發(fā)生在齒根部分。輪齒的折斷將直接導致齒輪傳動裝置無法運轉，船舶將完全失去動力。因此，設計時一定要充分考慮船舶工況，避免發(fā)生此類失效。為了避免齒輪折斷，目前常常采用加大齒根圓角半徑、提高齒面制造精度以及進行齒面噴丸處理等方式。

2.2 軸承失效

這類失效形式包括剝離燒傷、裂紋缺陷、保持架破損、擦傷卡傷、生銹腐蝕、磨損、壓痕碰傷、蠕變等。其中，磨損一般來說是不可避免的，軸承在高速運轉過程中，隨著時間的推移，滾道及滾子表面不可避免地產(chǎn)生磨損，導致間隙變大，長期大量磨損后將影響輪齒嚙合精度，大修周期時一般要求更換軸承。另外，失效模式中，以擦傷卡傷最多，剝離燒傷最典型，上述失效形式主要因安裝不當、潤滑油清潔度不夠、潤滑冷卻不充分引起。主要措施有保證安裝清潔度、軸承間隙調整恰當、潤滑冷卻充分等。

2.3 離合器故障

此類失效主要發(fā)生在船舶動力順車及倒車接排過程中，主要分為摩擦片打滑、摩擦片燒壞、離合器不動作等。操作不當、離合器傳遞能力不足、液壓系統(tǒng)故障是產(chǎn)生以上失效的主要原因。綜上所述，可以發(fā)現(xiàn)船舶齒輪傳動裝置的失效的原因有設計不合理、安裝操作不當、荷載過大之外，潤滑油的不恰當使用也會造成很大的損壞，影響齒輪的傳動效率。

3 電力驅動的應用

電力驅動船舶的歷史至今有170多年，與齒輪傳動的源遠流長相比，電力驅動是一項新生的技術。船舶主機功率要求大，特別是海船，傳統(tǒng)的電力技術局限性大，但隨著最新電子技術的突破，大功率變頻器、整流裝置的應用越來越廣泛，電力驅動的優(yōu)勢也越來越明顯。

電力推進裝置有響應快、在緊急狀態(tài)時能夠更加高效地處理問題的特點，提高了安全指數(shù)。電力推進裝置軸系布置靈活，柴油發(fā)電機組可以放在機艙任何位置，大大提高了船舶的空間利用率。對于大型船舶而言，電力驅動的另一高效應用方式為PTO、PTI模式的應用，該項技術特別對于單機單槳的船舶可以大大提供船舶的經(jīng)濟性及安全性。

混合驅動作為船舶推進系統(tǒng)的一種創(chuàng)新應用模式，在高速游艇等小型船舶上最受歡迎。該類船舶對整船質量要求極度敏感，而一般游船需要配置相對較大的發(fā)電系統(tǒng)，以滿足船舶娛樂及特殊設備供電需要。當正常航行時，該發(fā)電機組多數(shù)處于閑置狀態(tài)，而混合驅動的運用完美地解決了上述問題——當需要航速時，該發(fā)電機組的能源可以通過齒輪傳動裝置使主柴油機與電機同時驅動螺旋槳，從而實現(xiàn)高航速的需求?；旌向寗幼鳛樾录夹g，仍然存在一些問題，比如結構復雜、功率分配不均等，仍需要對其進行進一步的研究。

4 結束語

大功率齒輪傳動裝置作為一種效率高、壽命長的高精密裝置，在船舶工程中的應用是非常廣泛的，就目前的發(fā)展情況而言是很樂觀的。但隨著主機的發(fā)展、大功率電機技術的成熟，船舶的電氣化以及智能化是新型船舶的必然趨勢。因此，傳統(tǒng)的船舶齒輪傳動裝置局限性將越來越大，電力驅動、混合驅動各類新形式將會不斷出現(xiàn)。同時，隨著機械自動化的不斷推進，性能優(yōu)秀的新材料也在不斷地被研發(fā)出來，相信在不久的將來，大功率齒輪傳動裝置的現(xiàn)有問題也會得到解決，船舶齒輪傳動裝置的前景廣闊。