1、第二章螺旋槳幾何形體與制造工藝專業(yè).專注螺旋槳是目前應用最為廣泛的一種推進器,因而也就成為船舶推進”課程研究的主要對象。要研究螺旋槳的水動力特性,首先必須對螺旋槳的幾何特性有所認識和了解§ 2-1螺旋槳的外形和名稱、螺旋槳各部分名稱如圖2-1所示螺旋槳俗稱車葉，其常見外觀螺旋槳通常裝于船的尾部圖2-1（但也有一些特殊船在首尾部都裝有螺旋槳,如港口工作船及,左右各一者稱為雙螺旋槳渡輪等），在船尾部中線處只裝一只螺旋槳的船稱為單螺旋槳船船，也有三槳、四槳乃至五槳者。螺旋槳通常由槳葉和槳轂構(gòu)成（圖2-2 ） o螺旋槳與尾軸聯(lián)接部分稱為槳轂，槳轂是一個xx£葉面參考線卜，槳葉 側(cè)投

2、影輪席_ Wi.Il |帆葉梢(端)(a)(b)圖2-2截頭的錐形體。為了減小水阻力，在槳轂后端加一整流罩，與槳轂形成一光順流線形體 為轂帽槳葉固定在槳轂上。普通螺旋槳常為三葉或四葉，二葉螺旋槳僅用于機帆船或小艇上，近來有些船舶（如大噸位大功率的油船），為避免振動而采用五葉或五葉以上的螺旋槳。由船尾后面向前看時所見到的螺旋槳槳葉的一面稱為葉面，另一面稱為葉背。槳葉與轂聯(lián)接處稱為葉根，槳葉的外端稱為葉梢。螺旋槳正車旋轉(zhuǎn)時槳葉邊緣在前面者稱為導邊，另一邊稱為隨邊螺旋槳旋轉(zhuǎn)時（設無前后運動）葉梢的圓形軌跡稱為梢圓。梢圓的直徑稱為螺旋槳直徑以D表示。梢圓的面積稱為螺旋槳的盤面積，以Ao表示：Ao =T

3、TD(2-1)當螺旋槳正車旋轉(zhuǎn)時，由船后向前看去所見到的旋轉(zhuǎn)方向為順時針者稱為右旋槳之，則為左旋槳。裝于船尾兩側(cè)之螺旋槳，在正車旋轉(zhuǎn)時其上部向船的中線方向轉(zhuǎn)動者稱為內(nèi)旋槳。反之，則為外旋槳。二、螺旋面及螺旋線槳葉的葉面通常是螺旋面的一部分。為了清楚地了解螺旋槳的幾何特征，有必要討論一 下螺旋面的形成及其特點。設線段ab與軸線os成固定角度，弁使ab以等角速度繞軸 ooi旋轉(zhuǎn)的同時以等線速度 沿ooi向上移動，則ab線在空間所描繪的曲面即為等螺距螺旋面，如圖2-3所示。線段ab稱為母線，母線繞行一周在軸向前進的距離稱為螺距，以P表示。根據(jù)母線的形狀及與軸線間夾角的變化可以得到不同形式的螺旋面。若

4、母線為一直線且垂直于軸線，則所形成的螺旋面為正螺旋面如圖2-4( a)所示。若母線為一直線但不垂直于軸2-4線，則形成斜螺旋面，如圖 2-4( b)所示。當母線為曲線時,則形成扭曲的螺旋面如圖2-4( C)及圖2-4( d)所示。O任一共軸之圓柱面與螺旋面母線上任一固定點在運動過程中所形成的軌跡為一螺旋線相交的交線也為螺旋線，圖2-5( a)表示半徑為R的圓柱面與螺旋面相交所得的螺旋線BB1B2。如將此圓柱面展成平面，則此圓柱面即成一底長為2%R高為P的矩形，而螺旋線變 為斜線(矩 形的對角線)，此斜線稱為節(jié)線。三角形B' B" BJ稱為螺距三角形，節(jié)線與底線間之夾角B稱為螺

5、距角，如圖2-5( b)所示。由圖可知，螺距角可由下式來確定(2-2)B A _A 8 PB '! A L- RB2'I9B2Bi B(b)圖2-5、螺旋槳的幾何特性1.螺旋槳的面螺距螺旋槳槳葉的葉面是螺旋面的一部分(圖2-6( a),故任何與螺旋槳共軸的圓柱面與葉面的交線為螺旋線的一段，如圖 2-6( b)中的BoCo段。若將螺旋線段 BoCo引長環(huán)繞軸線一周，則其兩端之軸向距離等于此螺旋線的螺距(a專業(yè)若注Po若螺旋槳的葉面為等螺距螺旋面之一部分，則P(b)(c)相交的交線也為螺旋線2-5( a) 表示半徑為R 的圓柱面與螺旋面相交所得的螺旋線圖 2-6即稱為螺旋槳的面螺距

6、。面螺距 P與直徑D之比P/D稱為螺距比。將圓柱面展成平面后即得螺距三角 形如圖2-6( c)所示設上述圓柱面的半徑為r,則展開后螺距三角形的底邊長為2 ur ,節(jié)線與底線之間的夾角9為半徑r處的螺距角，弁可據(jù)下式來確定Ptg (2-3)2 Ttr螺旋槳某半徑r處螺距角9的大小，表示槳葉葉面在該處的傾斜程度。不同半徑處的螺距角是不等的，r愈小則螺距角9愈大。圖2-7( a)表示三個不同半徑的共軸圓柱面與等螺距螺旋槳槳葉相交的情形，具展開后的螺距三角形如圖2-7( b)所示。顯然，nv比而9> 92>仙。ii ? iii(b)圖2-7(a)若螺旋槳葉面各半徑處的面螺距不等,則稱為變螺

7、距螺旋槳，其不同半徑處螺旋線的展專業(yè).專注開如圖2-8所示。對此類螺旋槳常取半徑為0.7 R或0.75 R( R為螺旋槳梢半徑)處的面螺距代 表螺旋槳的螺距，為注明其計量方法，在簡寫時可記作P0.7R或P0.75R圖2-82 .槳葉切面與螺旋槳共軸的圓柱面和槳葉相截所得的截面稱為槳葉的切面，簡稱葉切面或葉剖面，如圖2-6( b)所示。將圓柱面展為平面后則得如圖2-6( c)所示的葉切面形狀，其形狀與機翼切面相仿。所以表征機翼切面幾何特性的方法，可以用于槳葉切面。槳葉切面的形狀通常為圓背式切面 (弓形切面)或機翼形切面，特殊的也有梭形切面和月牙形切面，如圖2-9所示。一般說來，機翼形切面的葉型效

8、率較高，但空泡性能較差，弓形切面則相反。普通之弓形切面展開后葉面為一直線，葉背為一曲線，中部最厚兩端頗尖。機翼形切面在展開后無一定形狀，葉面大致為一直線或曲線，葉背為曲線，導邊鈍而隨邊較尖，其最大厚度則近于導邊，約在離導邊25%? 40%玄長處。切面的弦長一般有內(nèi)弦和外弦之分 。連接切面導邊與隨邊的直線AB稱內(nèi)弦（圖2-10）圖中所示線段 BC稱為外弦。對于系列圖譜螺旋槳來說，通常稱外弦為弦線，而對于理論設弓形切面b梭形切面機翼形切面圖2-9計的螺旋槳來說，則常以內(nèi)弦（鼻尾線）為弦線，弦長及螺距也根據(jù)所取弦線來定義。圖2-10中所示的弦長b為系列螺旋槳之表示方法切面厚度以垂直于所取弦線方向與切

9、面上、下面交點間的距離來表示。其最大厚度t稱為葉厚，t與切面弦長b之比稱為切面的相對厚度或葉厚比5=-。切面的中線或平均線稱為b拱線或中線，拱線到內(nèi)弦線的最大垂直距離稱為切面的拱度，以fM表示。fM與弦長b之比稱切面的拱度比f = fM / b （見圖2-10）。圖 2-10(a)機翼型；(b)弓型。1：面線；2:背線；3:導緣；4:隨緣；5：拱線；6：導緣端圓3 .槳葉的外形輪廓和葉面積槳葉的外形輪廓可以用螺旋槳的正視圖和側(cè)視圖來表7KO從船后向船首所看到的為螺旋槳的正視圖，從船側(cè)看過去所看到的為側(cè)視圖了圖2-11所示為一普通螺旋槳圖，圖上注明螺旋槳各部分的名稱和術(shù)語為了正確表達正視圖和側(cè)視

10、圖之間的關(guān)系稱,取葉面中間的一根母線作為作圖的參考線為槳葉參考線或葉面參考線OU。若螺旋槳葉面是正螺旋面，則在側(cè)視圖上葉面參考線最大厚度線側(cè)投影輪廓線1展開輪廓葉面參考線投射輪廓考線OU與軸線垂直。若為斜螺旋面,luBi(b)圖 2-11Bi(c)葉切而伸張輪廓則參考線與軸線的垂線成某一夾角稱為縱斜角參考線線段OU在軸線上的投影長度稱為縱斜,用Zr表示。縱斜螺旋槳一般都是向后傾斜的，其目的在于增大槳葉與尾框架或船體間的間隙,以減小螺旋槳誘導的船體振動，但縱斜不宜過大（一般K 15° ,否則螺旋槳在操作時因離心力而增加葉根處的彎曲應力，對槳葉強度不利。槳葉在垂直于槳軸的平面上的投影稱為

11、正投影，其外形輪廓稱為投射輪廓 。螺旋槳所有槳葉投射輪廓包含面積之總和稱為螺旋槳投射面積，以Ap表示。投射面積 Ap與盤面積A。之比稱為投射面比，即投射面比=Ap/Ao投射輪廓對稱于參考線的稱為對稱葉形。若其外形與參考線不相對稱，則為不對稱葉形。不對稱槳葉的葉梢與參考線間的距離Xs稱為側(cè)斜，相應之角度 0s為側(cè)斜角。槳葉的側(cè)斜方向一般與螺旋槳的轉(zhuǎn)向相反，合理選擇槳葉的側(cè)斜可明顯減緩螺旋槳誘導的船體振動槳葉在平行于包含軸線和輻射參考線的平面上的投影稱為側(cè)投影圖上除畫出槳葉外形輪廓及參考線OU 的位置外，還需作出最大厚度線。最大厚度線與參考線OU 之間的軸向距離 t 表示該半徑處葉切面的最大厚度。

12、它僅表示不同半徑處切面最大厚度沿徑向的分布情況，并不表示最大厚度沿切面弦向的位置。與槳轂相連處的切面最大厚度稱葉根厚度( 除去兩邊填角料)。輻射參考線與最大厚度線的延長線在軸線上交點的距離to與直徑D之比值to/ D稱為葉厚分數(shù)。工藝上往往將葉梢處的槳葉厚度做薄呈圓弧狀，為了求得葉梢厚度，需將槳葉最大厚度線延長至梢徑，如圖2-11( a) 所示。螺旋槳槳轂的形狀一般為圓錐體，在側(cè)投影上可以看到其各處的直徑并不相等。通常所說的槳轂直徑( 簡稱轂徑) 是指輻射參考線與槳轂表面相交處( 略去葉根處的填角料) 至軸線距離的兩倍，并以 d 來表示 ( 參閱圖 2-11( a) 。轂徑 d 與螺旋槳直徑D

13、 的比值d/ D 稱為轂徑比。將各半徑處共軸圓柱面與槳葉相截的各切面展成平面后，以其弦長置于相應半徑的水平線上，并光順聯(lián)接端點所得之輪廓稱為伸張輪廓，如圖 2-11( c) 所示。螺旋槳各葉伸張輪廓所包含的面積之總和稱為伸張面積，以Ae表示。伸張面積 Ae與盤面積Ao之比稱為伸張面比，即伸張面比=AE/AO將槳葉葉面近似展放在平面上所得的輪廓稱為展開輪廓，如圖2-11( b)所示。各槳葉展開輪廓所包含面積之總和稱為展開面積，以Ad表示。展開面積 Ad與盤面積Ao之比稱為展開 面比，即展開面比=AD/Ao螺旋槳槳葉的展開面積和伸張面積極為接近，故均可稱為葉面積，而伸張面比和展開面比均可稱為盤面比

14、或葉面比。盤面比的大小實質(zhì)上表示槳葉的寬窄程度，在相同的葉數(shù)下盤面比愈大，槳葉愈寬。止匕外，還可用槳葉的平均寬度bm來表示槳葉的寬窄程度，其值按下式求取：AEbm=曠z（ Rp）式中，Ae為螺旋槳伸張面積；d為轂徑；Z為葉數(shù)。或用平均寬度比bm來表示，即bm=bm= nAE/A0（ 2-4）D 2Zfl_Q ）D§ 2-2 螺旋槳制圖一、螺旋槳制圖的內(nèi)容和原理出于今后螺旋槳制造需要，在經(jīng)過螺旋槳的設計計算后，即需繪制螺旋槳的總圖。圖2-12 所示為某船的螺旋槳總圖。在總圖上需畫出槳葉的伸張輪廓、投射輪廓、展開輪廓（ 常可省略 ） 及側(cè)投影輪廓。在伸張輪廓上畫出若干半徑處的切面形狀（

15、一般畫八九個切面） , 在側(cè)投影圖上畫出槳葉的最大厚度線, 槳葉的限界輪廓線（ 有時省略） , 并需注出槳轂的主要數(shù)據(jù)。此外，在總圖上尚需注明螺旋槳的主要尺度、各種比值及必要的說明。至于螺旋槳的設計計算將在后續(xù)幾章中予以詳細介紹。下面我們先簡單介紹投影原理，進而討論螺旋槳總圖的繪制。1. 投影原理圖 2-13 （ a） 所示，是將一機翼形切面的螺旋槳水平放置且葉面向下的情形由圖 2-13 可知，如果以半徑為r 的 （ 與螺旋槳同軸的） 圓柱面和槳葉相交，則得螺旋線嚴-BoAoC。；機翼葉面線 HoAoJb在垂直于軸線之平面上的投影為圓弧HaJh如果把圓柱面剖開并展成平面(圖2-13 ( b),

16、則得到螺旋線的實長 (即伸張長度)BAC,而圓弧 書KJ伸直成直線 H1A1J1 , 且 AJ = A ； , H1Ai= HA。專業(yè).專注7 09-r 09-5-n0Q5-一一一一-pz-p K-Z7-P -PC2DrOr0 004一PC6Or 4一O4 -a-09-二 P 6 3 O - - rDS71 - / p oonHQa71-P-O 印 X1 布分距螺孔釘螺動制-7 置布稱對孔螺一 3 ;轂槳-2 ;槳旋螺-6 ;栓螺頭柱圓-5 ;皮橡：4 ;栓螺頭角六小光半-一圖廓輪張伸&421y2/00427泥圖視正專業(yè).專注P在圖2-13( b)的螺距三角形中，螺距角 Q = tg

17、1-;式中，P為螺距(m),為切面所在2町的半徑(m)Bo.*jiAiHi(a)BHBH' i A'i J'iS'H'圖 2-13(b)專業(yè).專注漿葉的伸張葉切面?zhèn)?投 影 方 向正投影方向必須指出，對于圖2-13所示的機翼形切面來說，從正投影方向所見到的是切面最外邊的兩點J0和H。，從側(cè)投影方向所見到的則是切面最外邊的兩點S和H。，即 圖2-13( b)上的J、H和S、H對應的點。因此在制圖時應該根據(jù) J點和H點求正投影輪廓(或稱投射輪廓)，據(jù)S點和H點求側(cè)投影輪廓。在圖2-13( b)中，標出了點H與A和A與Ji之間在正投影方 向上的間距 分別為a和

18、b,點S與A和A與H之間在側(cè)投影方向上的間距分別為a和P o如果槳葉的切面為弓形(即圓背式)時，則圖2-13( b)應變?yōu)閳D2-14的情況，止匕時圖2-13( b)中的S、J點相當于圖2-14中的C點，圖2-13( b)中的H點相當于圖2-14 中的 B 點。因此，弓形切面是上述機翼形切面的一種特例，它比機翼形切面的作圖更為簡單，下面我們以機翼形切面槳葉為例說明作圖方法，對于弓形切面則更容易，只要掌握上述特點就行了。2. 繪制注意事項繪制總圖的主要目的是給出螺旋槳的形狀及各部結(jié)構(gòu)，以便能按總圖繪制施工詳圖供制通常在設計計算過程中，已經(jīng)決定了螺旋槳各半徑處切面形狀和槳葉的伸張輪廓O例如對于AU型

19、螺旋槳（請參閱第9章），根據(jù)我們設計螺旋槳的葉數(shù)、盤面比和直徑，由表9-4 和表 9-5定槳葉切面時尚需考慮下列兩點或表 9-6 ，或表 9-7 ） 即可知道螺旋槳各半徑處的切面形狀和槳葉的伸張輪廓在確1）關(guān)于葉切面導邊處圓弧的大小因為槳葉切面運轉(zhuǎn)于非均勻的尾流場中,故端點的圓弧對螺旋槳性能,特別是空泡性能有較大的關(guān)系，近來的研究表明，在近葉梢處15給出了螺旋槳該部分的端部圓半徑0.8 R 以外 ） 適當加大導邊端點的圓弧比較有利。圖 2-n（ mm） 值。事實上n 的大小與槳葉的面積、切般說來，0.8 R切面端圓半徑的輪廓形狀及葉厚有關(guān)，故在實際設計時可以適當有所增減大小可視切面弦長b來決定

20、：n = (0.0040.005 ) b(2)關(guān)于葉梢附近切面隨邊處的厚度：從螺旋槳損壞情況的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在葉梢附近隨邊處常發(fā)生曲損，影響螺旋槳的性能。因此，宜適當增加該處厚度，圖 2-16給出了 0.9 R處切面隨邊的厚度，可供參考。采用上述導邊處端圓半徑 r及隨邊處的厚度 小后，有可能使該處的局部厚度與表8-5等確定的葉切面形狀發(fā)生不連續(xù)。為了滿足局部厚度的需要可對標準葉切面的尺寸稍作修改，弁光順之。螺旋槳的葉切面形狀和槳葉伸張輪廓確定后,即可繪制正投影圖(投射輪廓)和側(cè)投影圖(側(cè)投射輪廓)二、螺旋槳投影輪廓圖的繪制1 ?投射輪廓的繪制根據(jù)上述投影原理，便可以從伸張輪廓上的切面長度求出正投影

21、圖上相應半徑的圓弧長度，從而作出投射輪廓。參閱圖 2-17，以半徑r = OA處的切面為例，其作圖的具體步驟說明如下:P (1)在伸張面上(圖2-17( c)取OF-,連AF,則得:tg 八OAF故 / OAF 為2冗r(a)(b)(c)圖 2-172 n半徑 r 處的螺距角。專業(yè).專注(2) 在伸張面上過A 點作直線 NN' _AF , 貝 U . N AC=/ OAF從 J, H 兩點分別作垂直于NN'的直線JJi和HH ,則：AH7 二 a ； A7 = b(3) 在正投影圖上( 圖 2-17( b) 以 O 為圓心，r 為半徑畫圓弧，并在此圓弧上量取：A Ji 弧長=A

22、J _L=br*Ai Hi 弧長=AH i =a則Ji和Hi即為投射輪廓上的兩點投射輪廓上的相應之點可得到投射輪廓。(4)按照上述方法作出其他各半徑處,用光順的曲線連接各點即按照一般習慣，常根據(jù)槳葉八個或九個半徑處的切面進行制圖0.2 R, 0.3 R,，0.9 R (0.95 R)。對于等螺距槳葉來說，圖 2-i7( c)中的F點為對于一切半徑的共同之點，稱為節(jié)點。若槳葉為徑向變螺距，則不同半徑的衛(wèi)值并非常數(shù)，故對各半徑2 n需用其相應的值來確定點F 的位置。2 n2 ?側(cè)投影圖的繪制在繪制側(cè)投影圖時，如圖2-i3( b) 或圖2-i7(c) 所示，應注意在側(cè)投影方向見到的是S 點和 H 點

23、，且 S 點在 A 點之前的距離為a, H 點在 A 點之后的距離為3°由此便可按如下步驟作圖：(1)在側(cè)投影圖上(圖2-i7 ( a)先畫出參考線 OU，然后由正投影圖上Ai點引水平線與 側(cè)投影圖上的參考線OU交于A點，則A點即為Ai點的側(cè)投影位置2) )在側(cè)投影圖上從 A'點向前水平量取 A'L二a,向后水平量取 A'L二3,其中a和3的數(shù)值可直接從伸張面( 圖 2-i7( c) 上量得 。 然后，在正投影圖上取圓弧AiS = b ( b '的大小可在圖 217( c) 上量得 ) , 則 S 即為 S 點在正投影圖上的位置。 從正投影圖上S 點引

24、水平線與A'L線上從L點向下所作的垂線相交于 S'點，則S'點即為S點在側(cè)投影輪廓上的一點。用同樣 方法，從正視圖上Hi點引水平線與 AL'線的垂線相交于 H'點，則H '點即為H點在側(cè)投影 輪廓上隨邊處的一點。3) 3) 用上述方法作出其他各半徑處側(cè)投影輪廓上的相應之點，并以光順曲線連接各點，即可得到槳葉的側(cè)投影輪廓。上面我們所敘述的側(cè)投影輪廓繪制方法是指螺旋槳在靜止時的情況，但在檢查螺旋槳與船身或尾框架之間的最小距離時，則應以螺旋槳旋轉(zhuǎn)時槳葉邊緣各點在最外面的位置為依據(jù)，所以在側(cè)投影圖上有時還要畫出槳葉的限界輪廓線。參閱圖2-17( a) ,

25、 當螺旋槳旋轉(zhuǎn)時，在側(cè)投影圖上的S'點表現(xiàn)為沿LS'直線上下運動，能達到的最高點為L,而在A點前后 的距離不變，故螺旋槳在旋轉(zhuǎn)時槳葉邊緣上S'點在最外面的位置為 L點。把不同半徑處相當于L的各點連成曲線，即得槳葉的限界輪廓線如圖2-17( a)中的虛線所示。4) 槳葉頂點及包轂線的繪制槳葉頂點( 即葉梢頂點) 在正投影圖和側(cè)投影圖上的位置同樣可用上述方法求得。參閱圖P2-18 , 在伸張輪廓上由葉梢頂點T 引水平線與參考線0U 交于 U 點，同時取OF 匚 , P 為2 n葉梢處的螺距。連接 FU,并過U點作直線NNFU,從T點作直線TD ± NN '

26、然后以O為圓心，OU為半徑作圓弧，在此圓弧上截取 "UT1弁使其弧長等于 DU二a，則Ti點即為葉梢L' 1 U 'T '卜-T< aDiX TL/Gf1 / /(a)圖 2-18(b)伸張輪廓投射輪廓；'U點在投射輪廓（正視圖）上的位置。由圖2-18可知，Ti點的位置低于 T點葉梢在側(cè)投影輪廓圖上位置的作法是：在側(cè)投影輪廓圖上（圖2-18 （ a），作參考線OU',U點與正投影圖上的 U點位于同一水平線上；從U點向后取UL = TD= 3,然后從正投影圖從圖上點作水平線，與UL 線的垂線相交于T 點，此即葉梢頂點在側(cè)投影輪廓上的位置中可

27、以看出，側(cè)投影輪廓線的頂點并不通過U 點。所謂包轂線，是指槳葉葉面和槳轂的相交線。通常槳轂為一圓錐體, 故包轂線在實質(zhì)上即為螺旋面和圓錐體表面的相交線。由于槳葉強度的需要，在葉根尚有填角料，因而在實用上沒有必要精確地求出螺旋面和圓錐體表面的相交線，一般可采用近似方法繪制。參閱圖2-18 ，在側(cè)投影圖上把槳葉輪廓線按其曲線趨勢延長與槳轂相交于H 點，在正投影圖上以0為圓心，以H 點處的轂半徑r 為半徑畫圓，然后把投射輪廓按其曲線趨勢延長與此圓相交于I 點，以 I點引水平線與側(cè)投影輪廓的延長線相交于I 點，則 I 及 I 點可近似地認為是包轂線在正投影圖和側(cè)投影圖上的起點。用同樣的方法可作出包轂線

28、的另一端點G和G'。同時參考線與槳轂的交點K 和 K 也是包轂線上的一點。 將 I、 K、 G 及 I' 、 K'、 G 分別連成曲線，此兩根曲線即近似地表示包轂線在正投影圖和側(cè)投影圖上的形狀。在繪制槳轂外形和包轂線時應將看得見的部分畫成實線，看不見的部分畫成虛線。5) 槳葉展開輪廓的繪制螺旋面為一雙向曲面，不能展放于平面上，下述之近似方法應用最廣，對于普通螺旋槳在實用上已夠準確。專業(yè).專注為簡便起見，先以等螺距、弓形切面、無側(cè)斜的槳葉為例設已知槳葉的投射輪廓BiTCi如圖2-19所示。以半徑-r= OA之共軸圓柱面與葉面相交成螺旋線，其在正投影圖上為-k展開輪廓投射輪

29、廓A日.J_ C2BCi 八F"" F jr_P立 r -1 x:> 111J-/ _(a)M X L FOK YBi 1C .B_CA(b)圖 2-19圓弧BiACio參閱圖2-20( a),此螺旋線的實際形狀為旋線在投射面上的投影為圓弧BiACo為求得螺旋線兩次。第一次近似一一以橢圓弧之一部分代替螺旋線與螺旋線BoACo相切。此平面與圓柱面相交成一橢圓距角0o螺旋線段BoACo在橢圓上的投影為橢圓弧圖 2-20BoACo,過OA作投射面LEKA則此螺BoACo在展開圖上的形狀，可用近似方法,在A點處作包含 OA的平面且在A點處XEYA,弁與投射面LEKA間之夾角為

30、螺B2AC20通常槳葉具有一定的寬度，其螺旋線段BoACo較短，與橢圓弧B2AC2十分接近，因而可用此橢圓弧來代替螺旋線段O將此橢圓繞AOE軸旋轉(zhuǎn)B角后便與投射面LEKA重合，而Bi和B2, G和C2點則在同一水平線上(即至LOK線的距離相等)如圖2-20 ( b)所示。由圖2-20 ( a)可知，此橢圓的長半徑為 OX= r sec 0,專業(yè).專注短半徑為OA=r。既知橢圓的長半徑和短半徑,即可畫出橢圓，但在實用上比較麻煩，故尚須進行第二次近似。第二次近似一一以圓弧代替橢圓弧：此圓弧的半徑等于橢圓在正點的曲率半徑。由高等數(shù)學中可知，橢圓在 A點處之曲率半徑為 內(nèi)ec0 =rsec 2 0,我

31、們即以半在為rsec2 0的圓r弧來代替橢圓弧。參閱圖2-19以半徑r =OA處的切面為例，說明根據(jù)投射輪廓繪制展開輪廓的具體步驟：P (1)在正投影圖上取 OF二一，連AF,則2 nAF = rsec 0(2) 過F點，作FM ± AF且與OA的延長線相交于 M點，貝2 MA = AF sec 0 = r sec 0,故MA為橢圓在A點之曲率半徑。(3) 以M為圓心，MA為半徑作圓弧 B2AC2,自Bi及C分別引平行于 OF的直線B£及C1C2弁與B2AC2畫弧相交于 B2及C2兩點，則B2及C2即為展開輪廓上的兩點 。用同樣的方法可決定其他半徑處相應之點，然后以光順的曲

32、線連接各點即得展開輪廓。k f展開輪廓也可從伸張輪廓作出，在利用兩次近似求得圓弧B2AC2以后，直接在圓弧上量取BA= BA及AC2 = AC,這里的BA及AC是直接由圖2-17( a)中伸張輪廓上相同半徑切面 的伸張弦長BA和AC 量得。 同理B2及C2為展開輪廓上的兩點。在實用上有時由設計者決定展開輪廓的形狀，據(jù)以求得投射輪廓(例如高恩系列螺旋槳),其繪制程序與上述者相反。5 .槳轂形狀及尺度轂和轂帽的形狀必須使水流順滑地流過，避免產(chǎn)生旋渦。其尺度及形狀可根據(jù)船舶實際情況和造船實踐經(jīng)驗確定。下面提供的數(shù)據(jù)可作為設計時參考。圖2-21表示轂部有關(guān)尺寸的符號，其相應的參考數(shù)據(jù)如下：dt 螺旋槳

33、軸的軸徑。此數(shù)據(jù)一般由輪機部門提供，若無此數(shù)據(jù)時，可利用圖 2-22來確定。圖中Pd是最大連續(xù)功率時的收到馬力；N是最大連續(xù)功率時的螺旋槳每分鐘轉(zhuǎn)數(shù)dh 螺旋槳的轂徑。一般可卞M據(jù)螺旋槳的軸徑dt來確定。對于組合式螺旋槳：dh = 2.6 2.8 d t對于整體式螺旋槳：dA. : 1.82.1 d tdi, d2轂前后兩端的直徑：d2/dh =(0.75 0.90);di/dh=(1.05 1.15)卜一一減輕孔的長度，一般最大值約為0.3 1。（ I。一一轂長）(Pd/ N) 1/3圖 2-21圖 2-223 轂部筒圓厚度，最小值約為0.75卜爾to.2R為槳葉0.2 R處切面的厚度ri,

34、 2 葉面、葉背與轂連接處的圓弧半徑1 = 0.033 D;h = 0.044 Dolo 槳轂長度。對于單槳船可用下式作為參考數(shù)值整體式螺旋槳:1 = 2.7 d t 或I0= 2.5 dt 或I。= d hI0 = d h + 100 mm<"0 (%) - 23 D 3D .(其中D以米計)o尚需考慮保證槳轂長度大于槳葉根部在側(cè)投影上的長度(dt-ds)/ l 軸孔之錐度11般為-10 16至此總圖繪制基本完畢。在總圖上除繪制出槳葉的伸張輪廓、投射輪廓和側(cè)投影輪廓外，最后應注明槳葉和槳轂的主要尺度,各種比值及必要的說明§ 2-3螺旋槳制造工藝目前船用螺旋槳所用材料

35、主要是金屬材料,也有些用非金屬材料。用金屬材料制造螺旋槳的工藝過程如下：鑄模造型i澆鑄金屬i毛坯加工i成品檢查i安裝使用。下面分別敘述螺旋槳材料和工藝過程的主要環(huán)節(jié)。一、螺旋槳材料制造螺旋槳的金屬材料主要有銅合金、鑄鐵和鑄鋼等。近年來國內(nèi)外開始采用玻璃鋼2-1和表2-2中。尼龍等非金屬材料制造螺旋槳。在我國的內(nèi)河小船上也有采用鋼板焊接螺旋槳我國用于制造螺旋槳的銅合金的化學成分和機械性能列于表 鎰青銅的機械強度高，延伸率大，抗沖擊性能好，耐海水腐蝕，而且制造和加工比較容易；但抗空泡剝蝕性能較差。表2-1名稱牌號銅Cu%鈕Mn%鐵Fe%鋅Zn%鋁AI%毓青銅HMnFe 55-3-155583? 4

36、0.5? 0.15余量鋁青銅ZHAI 67-5-2-266681.5? 2.51.52.5余量46表2-2名稱牌號抗拉強度 0b(kgf/mm 2)伸長率& (%)毓青銅HMnFe 55-3-1砂模45,鐵模50砂模15,鐵模10鋁青銅ZHAI 67-5-2-2>62>12鋁青銅是以銅鋁為主體，添加鎰、鐵、錦等元素構(gòu)成的合金。它除了具有鎰青銅的優(yōu)點外，還具有重量較輕、疲勞強度高、抗剝蝕性能好等優(yōu)點，故多用于制造大型高速船舶螺旋槳。具缺點是要求熔煉、澆鑄技術(shù)高，同時大型鑄件的緩冷脆性等問題較難處理，造價較Wj。鑄鐵螺旋槳成本低，鑄造容易，但其機械強度低，質(zhì)脆而易斷，易被海水腐

37、蝕，故使用壽命短。由于強度低，切面厚度較大，降低螺旋槳效率，故鑄鐵螺旋槳僅用于小型低速船上。鑄鋼螺旋槳的優(yōu)點是機械強度高、抗沖擊性能好，但鑄造過程中變形難控制，常使螺旋槳的幾何尺寸產(chǎn)生很大偏差，加工困難，成本高；比鑄鐵更容易被海水腐蝕，使用壽命短,目前多用作備件。為了提高螺旋槳的抗腐蝕和空泡剝蝕性能，有些特殊用途的船舶用鎳合金、鈦合金等來制造螺旋槳。玻璃鋼是以合成樹脂為粘結(jié)劑，以玻璃纖維或其織物為增強材料粘合而成的一種新型結(jié)構(gòu)材料 。 玻璃鋼螺旋槳具有重量輕（ 約為銅螺旋槳重量的1/41/3 ） 、裝卸方便、沖擊韌性好、不為海水所腐蝕、制造簡單等優(yōu)點。其缺點是機械強度較低，在長期負荷下有蠕變現(xiàn)

38、象，耐磨性較差，目前多用于內(nèi)河螺旋槳。二、螺距板的計算螺距板是制作下砂模時刮制螺旋面用的，它的準確性直接影響螺旋槳的制造質(zhì)量。確定螺距板的尺度不僅要考慮槳葉的螺距，而且要考慮鑄造材料在澆注后的收縮、磚臺厚度以及螺旋槳本身的幾何特點。下面分別討論等螺距和徑向變螺距螺旋槳的螺距板計算。1 ?等螺距螺旋槳螺距板的計算螺距板位置應這樣確定，在徑向上除考慮槳葉半徑R 外，尚應考慮葉梢邊緣的加工余量a 以及為了支承上砂模的磚臺厚度b, 見圖 2-23 , 同時還應考慮金屬的徑向收縮。這樣，螺距板所在處的半徑應是（1+K ） R + a + bo其周向位置應使螺距板與螺旋槳中心所成的扇形面積（圖2-23 中

39、的 ABO ） 能遮蔽槳葉的正投影面積并留有一定邊框（ 圖 2-23 中的 （ f ） 、 （ g）。設螺距板的弧長為AB , 于是求螺距板的實質(zhì)就是求圓弧弧長AB 和母線在軸向上的位移（ 螺距的一部分）問題 圖 2-23（a）外螺距板位置；（b）外螺距板尺寸設AB =bw,根據(jù)圓周周長與對應的角度成比例的關(guān)系，從圖2-23得:bw _2 n(1 K)R a b3602 n(l + K)R+a +b(2-5)式中bw螺距板底邊長度（mDR 螺旋槳半徑 （m）;360專業(yè).專注a -槳葉邊緣加工余量（m）b 石專臺厚度（m） ;a螺距板包圍的角度（金屬由熱態(tài)變冷態(tài)的收縮系數(shù),從表2-4查取。上述

40、的a、b、f和g值可根據(jù)螺旋槳直徑大小（直徑大者取大值）從表2-3查得，表中數(shù)值單位均為 mmabfg153010060? 12070? 150表2-3類似地，螺距板的高度從圖 2-24 （ b）材料鑄鐵鋼銅合金K0.008? 0.0100.0180.0200.0130.015表2-4hw有:- 1 Ht(2-6)360式中Hw外螺距板所在半徑處的槳葉螺距（m） ；hw 外螺距板高度（m> ；冷縮系數(shù)，p=0.01 ? 0.02 ;Ht傳臺附加高度,Ht = 80? 100mm專業(yè).專注<r 3b, cRi2-242-24( b)中。根據(jù)(2-5)式和(2-6)式求得的螺距板形式示

41、于圖2 .變螺距螺旋槳螺距板計算目前變螺距有兩種形式，一種是線性變螺距，另一種是非線性變螺距。若屬前者，則只需兩塊螺距板。位于梢部的螺距板稱外螺距板,在里面的叫內(nèi)螺距板。若屬后者，則除了外螺距板外，尚需若干內(nèi)螺距板，視螺旋槳的尺度和要求精度而定外螺距板尺度可按(2-5)式和(2-6)式計算，但需注意，式中的Hw指的是半徑為(1+ K)R +a + b處的螺距。內(nèi)螺距板與外螺距板的計算原理相同，但所處位置不同，螺距也不同。為了把內(nèi)螺距板斜邊與中線的交點置于葉面參考線OU上，其高度hN必須按下式計算hN =hN HAH S(2-7)式中符號如圖2-24所示，其中hNo為內(nèi)螺距板初始高度，可按下式計

42、算式中Hn 內(nèi)螺距板所在半徑處的螺距(m)；360aN 內(nèi)螺距板包圍角度(°Ht 傳臺附加高度(m);AH 半徑(1+K)R +a + b處的螺距板初始高度hwo與半徑Rn處的螺距板初始高度hNo在中線處之差從圖2-24 ( b)可知:hw 0AHhN 02igk a2 360"PH2 360AH720Hn)從圖2-24 ( b)可知，由于槳葉縱斜引起的高度差S為:S = tg £1 K R a b式中，&為縱斜角。這樣(2-7)式可寫成:1360< R a b - R nItg s(2-8)內(nèi)螺距板的寬度bN按下式計算:bN =2 冗 Rn（2-9

43、）360式中，Rn表示內(nèi)螺距板所在處半徑。變螺距螺旋槳的內(nèi)螺距板可按（ 2-8 ） 式和 （ 2-9 ） 式計算，而外螺距板可按（ 2-5 ） 式和 （ 26） 式計算。在實際工作中應根據(jù)具體情況確定Ht、a、a、以及a、b、f和g等數(shù)值。三、鑄模的制造螺旋槳鑄模一般為分箱式砂型，分型面為槳葉的葉面。葉面在下砂箱，而葉背在上砂箱。在下砂箱造型時，先將三角形之螺距板彎成適宜的圓柱面，然后用刮板沿垂直心軸及螺距板斜邊刮出葉面的螺旋面來。對等螺距槳葉，只需一塊刮板，對徑向線性變螺距槳葉按螺距變化的部位需另加一副刮板，如圖 2-25 所示。若要求螺旋槳鑄件毛坯具有較高的準確度，則可用木料或金屬做成槳葉

44、模型，并將葉面置于刮好的螺旋面上，然后安裝上砂箱并將沙土樁實，將槳模取出后上下砂箱間即形成葉形空腔，同時制作澆注系統(tǒng)。砂箱烘干后扣合固定即可進行澆鑄。槳葉模型常用下面方法制作：將切面樣板（ 用彈性較好的金屬或木質(zhì)薄板制成） 垂直安裝于下砂箱相應的切面弧線上，然后在樣板間填入泥芯，樁實后修刮表面，使其成為光順的葉形。"I Jl6(b)68107(d)圖 2-251-心軸；2-定位子臺；3-刮板；4-砂箱；5-基準中心線；6-主刮板;7外螺距板；8內(nèi)螺距板；9一副刮板；10滑槽；11一較專業(yè).專注(b)圖 2-26,弁在相應的位置此外，槳葉模型也可這樣制作：用薄木板作成若干半徑處的切面樣

45、板上垂直釘于平模板上 （俗稱琵琶板）如圖2-26所示。琵琶板各切面樣板間空隙部分的總面積應與槳葉的伸長面積相同。將樣板間空隙填緊砂土，使砂面與各切面樣板上邊緣成一光順曲面。然后 將琵琶板上砂土切成小塊弁移置于下砂箱上的相應位置見圖2-26 （ b）,最后各小塊砂土間縫隙修填平整，即可制作上砂箱 把四、毛坯的澆鑄金屬螺旋槳的基本澆注方法有頂鑄法和底鑄法兩種1.頂鑄法頂鑄法如圖2-27所示，將熔溶金屬直接從冒口上方注入模腔。這種方法的優(yōu)點是鑄模簡單，操作方便，金屬澆注完畢時溫度分布比較合理，冷凝有一定方向性，冒口溫度較高，鑄件能得到良好的補縮。但澆注時金屬表面的氧化物同金屬一起進入鑄件，特別是金屬

46、流落時產(chǎn)生飛濺，卷入空氣泡和雜質(zhì)，使鑄件表面以至一定深度處形成疏松和痂皮，影響槳葉的機械強度。因此，僅用于澆鑄小型 （直徑小于一米者）螺旋槳。A-A548圖 2-281-密封容器；2士甘垠（；3-升液管；4-毛坯；5-鑄型；6-壓縮空氣管；7-壓力表；&-金屬液它是在模腔最低點即槳轂下端引入金屬液的為了防止鑄造螺旋槳的常見缺點，如槳葉葉背出現(xiàn)氧化物和縮松現(xiàn)象，故采用這種澆鑄系統(tǒng)。3 ?低壓鑄造低壓鑄造是利用壓縮空氣在密封容器1中（圖2-28）造成一定壓力（如3? 5kgf/cm 2）,壓在生期2的金屬液面上，使其通過升液管 3上升，平穩(wěn)緩慢地進入鑄型 5使之充滿毛坯型腔4 ,弁在壓力下

47、凝固結(jié)晶。由于低壓鑄造金屬液的上升速度能夠很好地加以控制，因此產(chǎn)生氧化皮的可能性大大減少。由于金屬是在壓力下結(jié)晶的，故鑄件質(zhì)量高，同時尺寸比較精確，如果再配合機械化、自動化可大大提高生產(chǎn)率，改善勞動條件。五、螺旋槳測量螺旋槳測量分為鑄件測量和成品檢驗兩個階段。兩個階段的測量內(nèi)容是一致的。鑄件測量的主要項目有：螺旋槳直徑、螺距、槳葉輪廓、厚度分布、葉間夾角和縱斜角等。下面僅介紹螺距測量當槳轂兩端車平并開好尾軸孔后即可作此項測量般采用螺距儀來測量槳葉的螺距圖2-29為一簡易萬能螺距儀。現(xiàn)在已有專業(yè)廠家生產(chǎn)精密的螺距測量儀。測量螺距時，將螺距儀裝在槳轂后端，其方牙螺桿（豎軸）的軸線與槳軸軸線重合，直

48、尺臂垂直于豎軸弁可繞軸旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)角度可從角度指示器讀得。直尺臂上裝有滑塊，可沿臂橫向滑動，以便置于測量半徑處。滑塊上裝有量針，可沿軸線方向移動。設直尺臂旋轉(zhuǎn)的角度是處，量針終讀數(shù)與初讀數(shù)的差值（量針沿鉛垂方向一一軸向移動距離）為y,則該半徑處的螺距Pi為：c 360vp =ya在測定螺距時，一般選擇 56個切面，每隔18。或36。測定一個點，同一半徑切面弧線上相鄰兩點的讀數(shù)差分別相當于所在半徑處切面螺距的1/20或1/10。這樣根據(jù)各點的讀數(shù)便可求出平均螺距來。在導邊和隨邊附近，當具有翹度時應另外測量。止動螺栓量針六、螺旋槳加工加工時先切除槳轂兩端的冒口 ，澆口等多余部分，造成槳轂前后的兩個基

49、準面，然后沿 槳轂中心搪出軸孔弁在軸孔內(nèi)插出鍵槽由于鑄造時通常把全部加工余量放在葉背上，且認為葉面向下，澆鑄質(zhì)量容易保證，故葉面的加工只是消除個別不平部分 ；如幾何形狀存在偏差 ，則應予以加工修正。葉面加工 后，以它作為基準面，測量切面厚度，將多余或不足部分從葉背上予以鏟除或填補 。對于某些重要的螺旋槳，還需磨光或拋光。應該指出，形狀復雜的螺旋槳其表面加工非常困難，需要熟練技工和耗費大量工時 。因此，對鑄鐵螺旋槳和鑄鋼螺旋槳，具表面一般不 進行加工，對小型低速運輸船螺旋槳，通常也只作槳葉表面的整修工作 。目前已有專門用于加工螺旋槳的程序控制車床，這對提高螺旋槳的加工質(zhì)量 、改善勞動條件、提高工效都有好處。七、螺旋槳靜平衡和動平衡1. 靜平衡當螺旋槳每一葉片的重量或相鄰二葉間的夾角不等時，就產(chǎn)生整個螺旋槳重心不在旋轉(zhuǎn)軸線上的靜力不平衡現(xiàn)象。若不加以平衡就會影響螺旋槳的工作性能，產(chǎn)生振動。其檢驗方法是，在螺旋槳錐孔中心裝一根軸，把軸的兩端放在水平的滾珠軸承支架上（ 或類似裝置）