摘 要

船用齿轮箱是船舶动力系统的主推进传动装置，具有倒顺、离合、减速和承受螺旋桨推力的功能，与柴油机配套组成船舶动力系统。用齿轮箱广泛应用于各种船舶，是船舶工业的重要关键设备。通过对船用齿轮箱的原理特点进行分析研究，船用齿轮箱的故障机理以及诊断技术的现状分析研究能使人们及时发现问题解决问题。通过分析近年来船用齿轮箱应用现状，对船用齿轮箱进行行业预测与展望，对船用齿轮箱行业发展有一定的推动作用。因此进行船用齿轮箱现状研究及前景展望具有一定的理论意义和实际应用价值。

本文通过对船用齿轮箱结构、原理、特点进行分析研究，对船用齿轮箱系统设计技术（传动系统、润滑系统、监测系统、油路系统）、监测与故障诊断技术(铁谱分析法，基于EEMD和分形维数的船用齿轮箱故障诊断)现状进行分析研究、对船用齿轮箱故障 (振动、磨损、点蚀剥落) 分析与管理对策，对船用齿轮箱行业预测与前景展望。船用齿轮箱行业发展具有一定的实际意义。

关键词：船用齿轮箱；故障诊断；故障分析；管理对策；前景展望

Abstract

The marine gearbox is the main propulsion transmission device of the ship's power system. It has the functions of reversing, clutching, decelerating and bearing propeller thrust. It is matched with the diesel engine to form a ship's power system. Gearboxes are widely used in various ships and are important key equipment in the shipbuilding industry. Through the analysis and research on the principle and characteristics of marine gearboxes, the analysis of the fault mechanism of marine gearboxes and the status quo of diagnosis technology can enable people to find problems and solve problems in time. By analyzing the market of marine gearboxes in recent years, the industry forecast and outlook for marine gearboxes are provided, which has a certain basis for the development of marine gearbox industry. Therefore, it is of theoretical significance and practical application value to conduct research on the current situation and prospect of marine gearboxes.

This paper analyzes and researches the structure, principle and characteristics of marine gearboxes, and designs the technology of marine gearbox systems (transmission system, lubrication system, monitoring system, oil system), monitoring and fault diagnosis technology (ferrography analysis method, based on EEMD And the fractal dimension of marine gearbox fault diagnosis) analysis and research on the status quo, analysis and management countermeasures of marine gearbox faults (vibration, wear, pitting and spalling), and forecast and prospect of the marine gearbox industry. The development of marine gearbox industry has certain practical significance.

Key words Marine Gearbox; Ault Diagnosis; Fault Analysis;Management Countermeasures; Prospect

目录

第1章 绪论 1

1.1 国内外研究现状 1

1.1.1 国内船用齿轮箱研究现状 1

1.1.2 国外船用齿轮箱研究现状 2

1.2 研究的目的及意义 4

1.3 本章小结 4

第2章 船用齿轮箱结构、原理、特点应用现状等分析 5

2.1 船齿轮箱的结构原理特点 5

2.2 船用齿轮箱应用现状 6

2.3 本章小结 7

第3章 船用齿轮箱技术研究现状分析 8

3.1 船用齿轮箱系统设计技术研究现状 8

3.2 船用齿轮箱监测与故障诊断技术研究现状 9

3.2.1 铁谱分析法 13

3.2.2 基于EEMD和分形维数的船用齿轮箱故障诊断 15

3.3 本章小结 15

第4章 船用齿轮箱故障分析及管理对策 16

4.1 船用齿轮箱故障 16

4.1.1 船用齿轮箱齿轮磨损 16

4.1.2 船用齿轮箱点蚀剥落 16

4.1.3 船用齿轮箱振动 16

4.2 故障管理对策 16

4.2.1 船用齿轮箱磨损管理对策 16

4.2.2 船用齿轮箱振动管理对策 17

4.3 本章小结 17

第5章 船用齿轮箱行业预测与前景展望 18

5.1 船用齿轮箱行业预测与前景展望 18

5.2 本章小结 19

参考文献 20

致谢 21

绪论

国内外研究现状

国内船用齿轮箱研究现状

船用齿轮箱是船舶动力系统的主推进传动装置，具有自主推进船舶倒顺、离合、减速和承受大型的螺旋桨推力的传动功能,与柴油机配套使用组成大型的船舶的动力系统^[1]。大型船用齿轮箱主要由轴承、轴、箱体、离合器等部分结构组成^[2]，同时大型船用齿轮箱也是船上容易在运动中受到冲击和损坏的重要齿轮动力零部件。通过对近年来大型船用螺旋桨齿轮箱的技术性故障及其发生的原理及其特点相关问题的研究进行了深入的分析,对于大型船用螺旋桨齿轮箱的主要故障原因及其发生的机理，以及其故障诊断的方法深入分析能够有效促使从事船舶齿轮箱行业的人们及时发现所存在的故障问题，解决所可能存在的技术性问题。通过对近年来我国船用齿轮箱行业发展趋势进行了深入的研究,预测船用齿轮箱设备行业的未来发展及其前景展望。

我国的船用齿轮箱专业制造传动装置产业的发展起始于1960年初^[3]。1960年国营杭州齿轮箱厂我在我国成功建厂，经过许多年的努力终于成功研制生产出了目前我国第一台的船用齿轮箱。我国也制造出属于自己的船用齿轮箱，并在成功我国的渔船上进行了安装，填补了我国目前在船用重型和齿轮箱传动装置行业的技术空白。1966年我国生产的"永进牌"船用齿轮箱为当时国家的造船业和其国防事业发展做出了巨大的技术贡献。为进一步在我国发展壮大重型和特种船舶的齿轮箱传动装置产业打下了良好而夯实的技术基础。1980年初，在中央和国家主管部委的支持和领导下，从国外引进了大批的制造船用齿轮箱的装备^[4]。我国公司通过对国外引进技术不断的深入研究和不断技术创新，也慢慢加强和完善了我国设计和制造船用齿轮箱的设备和技术，提高了对我国船用齿轮箱的制造技术研究。通过不断引进和推出新的技术和产品，为近年来我国制造船用齿轮箱的发展和应用提供了坚实的技术保障。我国船用齿轮箱gw、gus、gc、gva等十多个系列很快就在国内研制成功，并迅速投入了大批量生产，迅速发展壮大了我国的船用齿轮箱制造行业。在此的基础上通过我国企业和科研人员的不断努力，利用先进的cad、cae、cam等多种技术手段研制了许多不同技术类型的船用齿轮箱。研制出的hc系列船用齿轮箱的功率也在逐步的加大，我国产品制造技术不断提高。我国自主研发的hc系列船用齿轮箱每年累计生产数万台，成为了世界上造船企业生产最多且最为畅销的船用齿轮箱，受到了国内外用户的广泛认可。杭州前进齿轮箱厂和国营杭州永进齿轮箱机械厂生产出了各种各样的船用齿轮箱,扩大了企业的规模。生产了各种中速高速船用齿轮箱和各种高速船舶内部可以使用的调浆动力推进齿轮箱系统,生产的船用齿轮箱在渔船、工程船,游艇、工程作业船舶等都有着广泛的应用。我国普通高速船用柴油机齿轮箱的传动系统主要是利用先进的can总线技术来控制高速船舶行星齿的稳定驱动和运转状态，再通过利用先进的交流电机驱动的行星传感器对高速的船舶齿轮箱的稳定传动形式和齿轮的稳定性可以进行直接的干预。但是这种传感器控制的方法始终不能完全实现高速船舶齿轮箱和柴油机船用齿轮箱的精准稳定的运转，造成高速船舶齿轮箱的行星传感器对齿轮的稳定和传动的控制能力不能完全的达到我们国家标准所预期的稳定传动标准。国内的杭齿集团有限公司自主生产的高速船用齿轮箱对国外发达国家的生产技术造成了一定的挑战和冲击。国营杭齿集团有限公司与来自中国重庆大学、浙江大学等高校专门合作自主研究设计和开发了船用齿轮空间的倾角传动、变齿厚倾角传动和船用齿轮空间的交错倾角传动等船用齿轮箱的生产技术，率先成功的实现了高速船舶齿轮箱和柴油机船用齿轮箱的研发生产商品化，在技术上已经基本的达到了一个比较国际先进的技术水平。

国外船用齿轮箱研究现状

国外生产船用齿轮箱的主要制造商和生产厂家分别有伦克(renk)、莱恩杰斯(reintjes)、采埃孚(zf)、西门子(siemens)等。德国的伦克公司成立于1873年，生产各种类型的船用齿轮箱。20世纪90年代末，renk公司齿轮损坏的原因做了大量的实验研究。在通过大量的临床实验研究，找到了紧凑型齿轮传动损坏的原因和机理，为伦克公司开发一个aerogearl船用齿轮箱的产品系列做了大量的技术铺垫^[5]-[6]。这种紧凑型发动机齿轮轴承传动装置已经能够很好地实现最大的交叉倾角齿轮传动的功率和最小的配比，减少了紧凑型发动机齿轮功率的最大消耗和损失。通过对紧凑型发动机齿轮表面的精密加工与硬化耐磨处理大大减少了紧凑型发动机的噪音与对齿轮轴承表面的磨损。伦克公司还对于能够限制各个轴承部件的润滑点摩擦应力，给能够防止摩擦各个润滑点的部件提供干净的润滑油以及每个轴承部件的润滑点都需要有稳定的润滑油压可以进行润滑，使用普通的交叉倾角轴承代替辊子交叉倾角轴承这些技术方面已经取得了有突出的研究成果和深入研究。采埃孚公司在德国的工厂成立于1915年，生产的紧凑型高速船用交叉倾角齿轮箱轴承部件输出倾角扭矩功率的交叉倾角范围大约为10kw~14000kw。采埃孚公司在德国研发生产的高速船用倾角齿轮箱的技术核心为高速船用交叉倾角轴承齿轮传动箱的箱体结构，与其他发达国家自主研发的高速船用倾角齿轮箱相比而言，它的优势在于轴承部件输入交叉倾角扭矩的转速和交叉倾角范围高，传递交叉倾角扭矩的能力高，轴承的转速和交叉倾角轴承应用的范围广。2016年汉堡市海事会举办的国际大型船舶及传动设备海事展上，采埃孚公司在德国自主设计推出的新一代的智能倾角传动齿轮箱，可以对于船用传动齿轮箱的系统性能参数和可靠性有着实时监测的自动管理功能，将先进的大数据和自动数字化管理技术的运用体现在了德国推进船舶自动化推进的工业中，莱恩杰斯采埃孚公司在德国自主设计开发的fortjes系列产品的基础上集成了船舶推进自动化的系统，将智能倾角传动齿轮箱与螺旋桨齿轮垂直的位置和方向进行了整体自动化的设计，很大程度节省和有效减小了倾角齿轮箱发动机舱各个传动部件和其他传动设备的布置和使用占用空间,安装方便、减震省力和良好的降噪^[7]。