一、船舶轴系的组成和振动类型

（一）船舶轴系组成

船舶轴系主要由主机输出轴、中间轴、尾轴以及连接它们的联轴器、轴承等部件组成。它的主要功能是将主机的动力传递给螺旋桨，推动船舶前进。

（二）轴系振动类型

1. 扭转振动

• 定义：扭转振动是指轴系围绕其轴线发生的周期性扭转变形。当主机输出扭矩不均匀，如柴油机各缸发火间隔不均匀、燃气轮机扭矩脉动等情况时，会产生扭转振动。

• 危害：扭转振动可能导致轴系疲劳损坏，特别是在轴系的薄弱环节，如联轴器、键槽等部位。严重的扭转振动还可能使主机和轴系之间的连接部件松动，影响动力传递，甚至导致轴系断裂。

2. 横向振动

• 定义：横向振动是轴系在垂直于轴线方向上的振动。主要是由于轴系的不平衡、轴承刚度不均匀、螺旋桨的水动力不平衡等因素引起。

• 危害：轴系的横向振动会使轴颈与轴承之间的磨损加剧，导致轴承温度升高、润滑油膜破坏。同时，过大的横向振动还可能引起船体的振动，影响船舶的舒适性和设备的正常运行。

3. 纵向振动

• 定义：纵向振动是轴系沿着轴线方向的往复运动。通常是因为螺旋桨在不均匀流场中工作，产生周期性的轴向推力变化，或者主机的轴向推力波动等原因引起。

• 危害：纵向振动会对轴系的轴向定位部件造成冲击，可能导致推力轴承损坏，影响轴系的轴向稳定性。

二、轴系振动原因分析

（一）扭转振动原因

1. 主机特性

• 发火间隔不均匀：对于多缸柴油机，各缸的发火间隔如果不符合设计要求，会导致输出扭矩周期性波动。例如，某缸喷油提前角或喷油器故障，使得该缸燃烧过程不正常，从而影响整个轴系的扭矩输出。

• 调速器故障：调速器的作用是控制主机的转速和输出功率。如果调速器出现故障，如调节不准确、响应迟缓等，会使主机输出扭矩不稳定，引发扭转振动。

2. 轴系自身特性

• 轴系扭转刚度不均匀：轴系在设计或制造过程中，如果各轴段的直径、材料不同，或者存在结构突变（如轴上有较大的键槽、法兰等），会导致轴系扭转刚度不均匀。在扭矩传递过程中，这种不均匀性会引起扭转振动。

• 联轴器问题：联轴器是连接轴系各轴段的关键部件。如果联轴器的弹性元件老化、磨损或其阻尼特性发生变化，会使轴系的扭转振动特性改变。例如，弹性联轴器的橡胶元件老化后，其弹性模量降低，无法有效缓冲扭矩脉动。

（二）横向振动原因

1. 不平衡因素

• 轴系制造和安装误差：轴系在制造过程中，由于加工精度不够，可能会出现轴颈不圆、轴身弯曲等情况。在安装时，如果轴系的对中不良，如主机输出轴与中间轴、中间轴与尾轴之间的同轴度偏差过大，会导致轴系重心偏移，产生不平衡力，引起横向振动。

• 螺旋桨不平衡：螺旋桨在制造过程中可能存在质量分布不均匀，如桨叶厚度不一致、铸造缺陷等。另外，螺旋桨在使用过程中受到外物撞击、腐蚀等也可能导致不平衡。这种不平衡的螺旋桨在旋转时会产生离心力，引发轴系的横向振动。

2. 轴承因素

• 轴承刚度不均匀：轴承的刚度对轴系的横向振动有重要影响。如果轴承座的安装基础不均匀、轴承本身的结构或材料问题导致刚度不一致，会使轴系在旋转过程中受到不均匀的支撑力，从而产生横向振动。

• 轴承磨损和间隙过大：轴承在长期使用后会磨损，导致轴颈与轴承之间的间隙增大。过大的间隙会使轴系在运转过程中失去稳定的支撑，容易产生横向振动。同时，磨损产生的金属碎屑还可能进入润滑油中，进一步影响轴承的润滑和工作性能。

（三）纵向振动原因

1. 螺旋桨因素

• 螺旋桨水动力不均匀：船舶在航行过程中，螺旋桨所处的流场可能不均匀，如船舶在斜航、伴流不均匀的情况下，螺旋桨受到的水动力会产生周期性的轴向变化。另外，螺旋桨表面的空泡现象也会导致轴向推力的波动，引发纵向振动。

• 螺旋桨松动或损坏：如果螺旋桨与尾轴的连接松动，如键的松动或螺旋桨毂的损坏，会使螺旋桨在旋转过程中产生轴向位移，导致轴向推力不稳定，引起纵向振动。

2. 主机因素

• 主机轴向推力变化：主机在工作过程中，如柴油机的燃烧过程不稳定、燃气轮机的进气压力波动等情况，会导致主机轴向推力变化。这种轴向推力的波动通过轴系传递，可能引发纵向振动。

三、维修措施

（一）扭转振动维修

1. 主机调整

• 检查和调整发火顺序和发火间隔：对于柴油机，通过检查喷油系统，包括喷油提前角、喷油器的喷油质量等，确保各缸发火顺序和间隔符合设计要求。可以使用专门的仪器，如曲轴转角传感器，来精确测量发火间隔，并进行调整。

• 维修或更换调速器：如果调速器出现故障，对其进行维修或更换。在安装新调速器后，要进行调试，确保其能够准确控制主机的转速和输出功率，使扭矩输出稳定。

2. 轴系调整和部件更换

• 优化轴系扭转刚度：对于轴系扭转刚度不均匀的问题，可以通过改变轴段的尺寸、材料或结构来调整。例如，在轴系结构突变处增加过渡段，使扭矩传递更加平滑。在实际操作中，需要进行详细的计算和模拟，以确定最佳的优化方案。

• 更换联轴器弹性元件或联轴器：如果联轴器的弹性元件老化或损坏，更换新的弹性元件。对于存在设计缺陷或无法修复的联轴器，考虑更换为更合适的联轴器类型。在更换后，要对轴系进行重新对中，并检查扭转振动特性是否得到改善。

（二）横向振动维修

1. 轴系重新对中与平衡处理

• 轴系重新对中：采用高精度的对中工具，如激光对中仪，对主机输出轴、中间轴和尾轴进行重新对中。在对中过程中，要严格按照轴系的安装要求，控制各轴段之间的同轴度偏差在允许范围内。一般来说，轴系的同轴度偏差应小于 0.1 - 0.2mm。

• 轴系平衡校正：对于不平衡的轴系，进行动平衡或静平衡试验。如果是轴本身的不平衡，可以通过在轴上增加或减少配重的方式来校正。对于螺旋桨的不平衡，采用专门的螺旋桨平衡设备进行平衡处理，如在桨叶上钻孔或粘贴配重块，使螺旋桨的重心位于旋转轴线上。

2. 轴承维修和更换

• 检查和调整轴承刚度：对于轴承刚度不均匀的情况，检查轴承座的安装基础，如有松动或变形，进行加固和修复。对于轴承本身的问题，如滚子轴承的滚子尺寸不一致或球轴承的球径偏差过大，更换合格的轴承。在安装新轴承时，要确保轴承的安装精度，如轴承的预紧力要符合要求。

• 更换磨损轴承和修复间隙：当轴承磨损严重，间隙过大时，更换新的轴承。在更换轴承后，要检查轴颈与轴承之间的间隙，确保间隙在合理范围内。对于滑动轴承，还可以通过调整轴承的垫片厚度来控制间隙。同时，要清理润滑油路，去除磨损产生的金属碎屑，更换润滑油，以保证轴承的良好润滑。

（三）纵向振动维修

1. 螺旋桨维修和调整

• 修复或更换螺旋桨：如果螺旋桨损坏或松动，对螺旋桨进行修复或更换。在安装新螺旋桨时，要确保螺旋桨与尾轴的连接牢固，如采用合适的键连接，并按规定的扭矩拧紧螺旋桨螺母。同时，要对螺旋桨进行平衡检查，确保其质量分布均匀。

• 改善螺旋桨工作环境：通过优化船舶的航行状态，如保持船舶的正航、避免在水流湍急或伴流变化大的区域长时间航行，来减少螺旋桨受到的不均匀水动力。对于螺旋桨表面的空泡现象，可以采用优化螺旋桨设计（如改变桨叶形状、增加桨叶面积等）或调整船舶的航行速度等方式来缓解。

2. 主机检查和维护

• 稳定主机轴向推力：检查主机的燃烧系统、进气系统等，确保主机工作过程中轴向推力稳定。对于柴油机，要保证各缸的燃烧压力均匀，进气量充足且稳定。对于燃气轮机，要检查进气道是否畅通，压气机和涡轮的工作状态是否正常。同时，要对主机的轴向推力轴承进行检查和维护，确保其能够正常承受轴向推力。