1、第二章螺旋槳幾何形體與制造工藝螺旋槳是目前應(yīng)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、螺旋槳各局部名稱螺旋槳俗稱車葉，其常見外觀如圖2-1所示。圖2-1螺旋槳通常裝于船的尾部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，左右各一者稱為雙螺旋槳船， 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。螺旋槳與尾軸聯(lián)接局部稱為槳轂，槳轂是一個截頭的錐形體。為了減小水阻力，在槳轂后端加一整流罩，

2、與槳轂形成一光順流線形體，稱為 轂帽。葉梢端aZyL1Z葉面參考線側(cè)投影輪廓(b)圖2-2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)，為防止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。Ao =冗D2(2-1)反之,螺旋槳旋轉(zhuǎn)時(設(shè)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：當螺旋槳正車旋轉(zhuǎn)時

3、， 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。那么為左旋槳。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，那么為外旋槳。、螺旋面及螺旋線槳葉的葉面通常是螺旋面的一局部。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(shè)線段ab與軸線。1成固定角度，并使 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，那么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。假設(shè)母線為一直線且 垂直于軸

4、線，那么所形成的螺旋面為正螺旋面如圖2-4(a)所示。假設(shè)母線為一直線但不垂直于軸線，那么形成斜螺旋面，如圖2-4( b)所示。當母線為曲線時，那么形成扭曲的螺旋面如圖2-4( c)及圖2-4(d)所示。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。任一共軸之圓柱面與螺旋面 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，那么此圓柱面即成一底長為2kR高為P的矩形，而螺旋線變?yōu)樾本€(矩形的對角線)，此斜線稱為節(jié)線。三角形 B' B" B，"稱為螺距三角形，節(jié)線與底線間之夾角0稱為螺距角，如圖

5、2-5(b)所示。由圖可知，螺距角可由下式來確定：tg 9 =(2-2)(a)B'PB"(b)B2"圖2-5三、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局部(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。假設(shè)將螺旋線段BoCo引長環(huán)繞軸線一周，那么其兩端之軸向距離等于此螺旋線的螺距P。假設(shè)螺旋槳的葉面為等螺距螺旋面之一局部，那么P即稱為螺旋槳的面螺距。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。(b)(c)圖2-6設(shè)上述圓柱面的半徑為

6、r，那么展開后螺距三角形的底邊長為2n,節(jié)線與底線之間的夾角9為半徑r處的螺距角，并可據(jù)下式來確定：Ptg 9=(2-3)2 n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愈小那么螺距角B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， 其展開后的螺距三角形如圖2-7( b)所示。顯然，riv門而©>>03。1 1 1." 加I!'1 1 1 111 J K 111 1瓦1丨1、J! p| 1 r卑丨丨+3 一M 1 1|1 1 11 1 1Zh 1 11 1時L- iii

7、l(b)圖2-7假設(shè)螺旋槳葉面各半徑處的面螺距不等，那么稱為變螺距螺旋槳，其不同半徑處螺旋線的展開如圖2-8所示。對此類螺旋槳常取半徑為0.7R或0.75R(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P0.75ROr 2 n D2 n r22 n r3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那么得如圖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

8、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率較高，但空泡性能較差，弓形 切面那么相反。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， 其最大厚度那么近于導邊，約在離導邊25%40%弦長處。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(shè)弓形切面梭形切面b_機翼形切面圖2-9計的螺旋槳來說，那么常以內(nèi)弦鼻尾線為弦線，弦長及螺距也根據(jù)所

9、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3=丄。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。(b)圖 2-10a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)視圖來表示。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。圖2

10、-11所示為一普通螺旋槳圖，圖上注明了螺旋槳各局部的名稱和術(shù)語。為了正確表達正視圖和側(cè)視圖之間的關(guān)系，取葉面中間的一根母線作為作圖的參考線，稱為槳葉參考線或葉面參考線，如圖中直線OU。假設(shè)螺旋槳葉面是正螺旋面， 那么在側(cè)視圖上參葉面參考線-t伸張輪廓葉切面0葉面參考線-1 zRUlXs*尸U10s 丁-zr最大厚度線# 1L 一亠-側(cè)投影輪廓線j or1 B1 1 B展開輪廓B1A1C1_X投射輪廓(a)(b)(c)圖 2-11考線0U與軸線垂直。假設(shè)為斜螺旋面，那么參考線與軸線的垂線成某一夾角S,稱為縱斜角。參考線線段0U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，

11、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£< 15°，否那么螺旋槳在操作時因離心力而增加葉根處的彎曲應(yīng)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Ao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。假設(shè)其外形與參考線不相對稱， 那么為不對稱葉形。不對稱槳葉的葉梢與參考線間的距離 Xs稱為側(cè)斜，相應(yīng)之角度 他為側(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

12、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。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t。與直徑D之比值t0/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2-11a所示。螺旋槳槳轂的形狀一般為圓

13、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外表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(yīng)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2-11c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

14、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。此外，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=丁Zc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bmbm =D%Ae/ Aod25)(2-4)§ 2-2螺旋槳制圖螺旋槳制圖的內(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(shè)計計算后，即需繪制螺旋槳的總圖。圖2

15、-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。在伸張輪廓上畫出假設(shè)干半徑處的切面形狀一般畫八九個切面，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(shè)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2-13a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，那么得螺旋線ZBoAoCo；機翼葉面線H

16、oAJo在垂直于軸線之平面上的投影為圓弧 H1AJ1。如果把圓柱面剖開并 展成平面圖2-13 b，那么得到螺旋線的實長即伸張長度BAC，而圓弧RAJ伸直成直線H1A1J1，且 Ai Ji = AJ , HiAi= H1A1。孔釘螺動制7 置布稱對螺=6 ;栓螺頭柱圓5 ;皮橡=4 ;栓螺頭角六小光半;轂槳;槳旋螺.C2I2 圖布分距螺向轉(zhuǎn)圖廓輪張伸圖視正圖初側(cè)P在圖2-13(b)的螺距三角形中，螺距角 0 = tg丄；式中，P為螺距(m) , r為切面所在2町的半徑(m)。AiHi(a)H' i A'i J'iS'H'圖 2-i3(b)必須指出，對于圖2

17、-i3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Jo和H。，從側(cè)投影方向所見到的那么是切面最外邊的兩點S和H。，即 圖2-i3( b)上的J、H和S、H對應(yīng)的點。因此在制圖時應(yīng)該根據(jù)J點和H點求正投影輪廓(或稱投射輪廓)，而據(jù)S點和H點求側(cè)投影輪廓。在圖2-i3(b)中，標出了點H；與A和A與J/之間在正投影方向上的間距分別為 a和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和伎如果槳葉的切面為弓形(即圓背式)時，那么 圖2-i3(b)應(yīng)變?yōu)閳D2-i4的情況，此時 圖2-i3( b)中的S、J點相當于圖2-i4中 的C點，圖2-i3( b)中的H點相當于圖2-i4中

18、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 切面那么更容易，只要掌握上述特點就行 了。漿葉的伸張葉切面CB1 T 1 )廠T1 1 11111I1C'A'B'B'i A'i C'i正投影方向圖 2-i4側(cè) 投 影 方 向2. 繪制考前須知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(shè)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。例如對于AU型螺旋槳請參閱第 9章，根據(jù)我們設(shè)計螺旋槳的葉數(shù)、盤面比和直

19、徑，由表 9-4 和表9-5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 定槳葉切面時尚需考慮以下兩點：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，近來的研究說明，在近葉梢處0.8R以外適當加大導邊端點的圓弧比擬有利。 圖2-15給出了螺旋槳該局部的端部圓半徑rimm值。事實上ri的大小與槳葉的面積、切面輪廓形狀及葉厚有關(guān)，故在實際設(shè)計時可以適當有所增減。一般說來，0.8R切面端圓半徑的大小可視切面弦長 b來決定：匚=0.0040.005 b。圖 2-15圖 2-162關(guān)于葉梢附近切面

20、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 0.9R處切面隨邊的厚度，可供參考。采用上述導邊處端圓半徑ri及隨邊處的厚度to.9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， 并光順之。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圖上相應(yīng)半徑的圓弧長 度，從而作出投射輪廓。參閱圖2-17，以半徑r

21、 = OA處的切面為例，其作圖的具體步驟說明如下：PP(1) 在伸張面上(圖2-17( c)取OF ，連AF，那么得：tg. OAF ;故乙OAF為 2 n2 冗 rT UTUTUZT>.1/ rL'AiS'N'000(a)(b)(c)圖 2-17bS JA-9 bCJ'iQP 2 +aH'i半徑r處的螺距角。(2) 在伸張面上過 A點作直線NN' _AF，那么/ N AC ./OAF = 9。從J，H兩點分別作 垂直于NN'的直線JJi 和 HHi，那么:AH1 =a ；AJi =b(3) 在正投影圖上(圖2-17( b)以O(shè)為圓

22、心，r為半徑畫圓弧，并在此圓弧上量取：Ai Ji 弧長=AJt = bA1H1 弧長=AH；=a那么Ji和Hi即為投射輪廓上的兩點。(4) 按照上述方法作出其他各半徑處投射輪廓上的相應(yīng)之點，用光順的曲線連接各點即 可得到投射輪廓。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，其相應(yīng)的半徑為r = 0.2R,0.3R,，0.9R (0.95R)。對于等螺距槳葉來說，圖 2-17( c)中的F點為對于一切半徑的共同 之點，稱為節(jié)點。假設(shè)槳葉為徑向變螺距，那么不同半徑的值并非常數(shù)，故對各半徑需用其相2 n應(yīng)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2-13( b)

23、或圖2-17( c)所示，應(yīng)注意在側(cè)投影方向見到的是S點和H點，且S點在A點之前的距離為a, H點在A點之后的距離為伎由此便可按如下步驟作圖:(1) 在側(cè)投影圖上(圖2-17 (a)先畫出參考線 0U，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 0U交于A點，那么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 a向后水平量取 A'L'其中a和3的數(shù)值可直接從伸張面(圖2-17(c)上量得。然后，在正投影圖上取圓弧A1s=b'(b'的大小可在圖2-17(c)上量得)，那么S即為S點在正投影圖上的位置。 從

24、正投影圖上 S點引水平線與 A'L 線上從L點向下所作的垂線相交于S'點，那么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 H1點引水平線與 A 'L '線的垂線相交于 H '點，那么H '點即為H點在側(cè)投影 輪廓上隨邊處的一點。(3) 用上述方法作出其他各半徑處側(cè)投影輪廓上的相應(yīng)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。上面我們所表達的側(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，那么應(yīng)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

25、葉的限界輪廓線。參閱圖2-17( a)，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，能到達的最高點為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。3. 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 ，P為2 n葉梢處的螺距。連接 FU,并過U點作直線NN '丄FU，從T點作直線T

26、D丄NN '。然后以0為圓心，0U為半徑作圓弧，在此圓弧上截取U T1并使其弧長等于 DU二a，那么點即為葉梢頂 點在投射輪廓(正視圖)上的位置。由圖2-18可知，點的位置低于T點。(a)圖 2-18(b)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0U',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U'L'= TD =然后從正投影圖上Ti點作水平線，與 U L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。從圖 中可以看出，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

27、為一圓錐體，故包轂線在實質(zhì)上 即為螺旋面和圓錐體外表的相交線。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外表的相交線，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，那么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

28、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(yīng) 將看得見的局部畫成實線，看不見的局部畫成虛線。4. 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(yīng)用最廣，對于普通螺旋槳 在實用上已夠準確。BoAC。，過OA作投射面LEKA，那么此螺旋線為簡便起見，先以等螺距、弓形切面、無側(cè)斜的槳葉為例。設(shè)槳葉的投射輪廓 女如圖2-19所示。以半徑r = OA之共軸圓柱面與葉面相交成螺旋線，其在正投影圖上為圓弧 B1AC1。參閱圖2-20( a)，此螺旋線的實際形狀為展開輪廓P/2 n投射輪廓T圖 2-19/1

29、1AI 卜B1C1 I/1C2(b)247圖 2-20在投射面上的投影為圓弧 BiACi。為求得螺旋線BoAC。在展開圖上的形狀，可用近似方法兩次。 第一次近似一一以橢圓弧之一局部代替螺旋線，在A點處作包含0A的平面且在A點處與螺旋線BoACo相切。此平面與圓柱面相交成一橢圓XEYA，并與投射面LEKA間之夾角為螺距角0o螺旋線段BoACo在橢圓上的投影為橢圓弧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。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,Ci和C2點那么在同一水平線上(即至LOK

30、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 secB,短半徑為OA=r 0既知橢圓的長半徑和短半徑，即可畫出橢圓，但在實用上比擬麻煩，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2數(shù)學中可知，橢圓在 A點處之曲率半徑為 rsec 9 = r sec2我們即以半在為rsec' 0的圓弧r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：一p(1 )在正投影圖上取 OF ，連AF，貝U2 nAF = r sec 9(2 )過F點，作F

31、M丄AF且與OA的延長線相交于 M點，貝U2MA = AF sec 9 = r sec 9 ,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B1及C1分別引平行于 OF的直線BR及 CQ2并與B2AC2畫弧相交于B2及C2兩點，貝U 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(yīng)之點，然后以光順的曲線連接各點即得展開輪廓。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B2A= 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

32、為展開輪廓上的兩點。在實用上有時由設(shè)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，防止產(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(shè)計時參考。圖2-21表示轂部有關(guān)尺寸的符號，其相應(yīng)的參考數(shù)據(jù)如下：dt 螺旋槳軸的軸徑。此數(shù)據(jù)一般由輪機部門提供，假設(shè)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。一般可根據(jù)螺旋槳的軸徑dt來確定。對于組合式螺旋槳：dh =：262.8 dt對于整體

33、式螺旋槳：dh = 1.82.1 dtd1, d2 轂前后兩端的直徑：d2/ dh = ( 0.75 0.90); di/ dh=(1.05 1.15)l1 減輕孔的長度，一般最大值約為0.31。(I。一一轂長)。Ja 2d0 12341/3(Pd/ N)560 006050403020 >mmd'徑軸的軸槳槳旋螺圖 2-21圖 2-22S 轂部筒圓厚度，最小值約為O.75to.2R, to.2R為槳葉0.2R處切面的厚度。ri, r2 葉面、葉背與轂連接處的圓弧半徑：r i = 0.033 D ；2= 0.044D。10 槳轂長度。對于單槳船可用下式作為參考數(shù)值：組合式螺旋槳：

34、10 = 2.7d t或10 = d h整體式螺旋槳：1。= 2.5d t或10= d h + 100 mm或l0 (%) =；23 - D _3 (其中D以米計)。D2在應(yīng)用上述數(shù)據(jù)的同時，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。、 1 1(dt- ds)/ l0軸孔之錐度，一般為 10 16至此總圖繪制根本完畢。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(yīng)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 一澆鑄金屬 一毛坯加

35、工 一成品檢查 一安裝使用。 下面分別表達螺旋槳材料和工藝過程的主要環(huán)節(jié)。、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、 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2-1和表2-2中。錳青銅的機械強度高，延伸率大，抗沖擊性能好，耐海水腐蝕，而且制造和加工比擬容 易；但抗空泡剝蝕性能較差。表2-1名稱牌號銅Cu%錳Mn%鐵Fe%鋅Zn%鋁AI%錳青銅HMnFe 55-3-15558340.50.15余量鋁青銅ZHAI 67-5-2-266681.52.51.52.5余量46表

36、2-2名稱牌號抗拉強度cb(kgf / mm2)伸長率a%錳青銅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，添加錳、鐵、鎳等元素構(gòu)成的合金。它除了具有錳青銅的優(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。其缺點是要求熔煉、澆鑄技術(shù)高，同時大型鑄件的緩冷脆性等問題較難處理，造價較高。鑄鐵螺旋槳本錢低，鑄造容易，但其機械強度低，質(zhì)脆而易斷，易被海水腐蝕，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

37、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，本錢高；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)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

38、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(yīng)這樣確定，在徑向上除考慮槳葉半徑R外，尚應(yīng)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(yīng)考慮金屬的徑向收縮。這樣，螺距板所在處的半徑應(yīng)是1 + K R + a + b。其周向位置應(yīng)使螺距板與螺旋槳中心所成的扇形面積 圖2-23中的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(shè)螺距板的弧長為 AB，于是求螺距板的實質(zhì)就

39、是求圓弧弧長AB和母線在軸向上的位移螺距的一局部問題。 b圖 2-23a外螺距板位置；b外螺距板尺寸2-23 得:設(shè)AB = bw,根據(jù)圓周周長與對應(yīng)的角度成比例的關(guān)系，從圖bw 二 2 n1 KR a baw360bw_2 nl+KR+a +b-360°2-5式中 bw 螺距板底邊長度m;R 螺旋槳半徑m;a槳葉邊緣加工余量m;b磚臺厚度m;a螺距板包圍的角度°；K 金屬由熱態(tài)變冷態(tài)的收縮系數(shù)，從表2-4查取。上述的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 mm。表 2-4表 2-3材料鑄鐵鋼銅合金153010060120701

40、50K0.0080.0100.0180.0200.0130.015類似地，螺距板的高度從圖2-24 b有:hw360a+ Ht(2-6)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;p 冷縮系數(shù)，p=0.010.02;Ht 磚臺附加高度，Ht= 80100mm。根據(jù)2-5式和2-6式求得的螺距板形式示于圖2-24( b)中。(a)(a+b)R0AOHAWhBCc, dC , DDbNbhhWA , D(b)R0= (1 + K )RR = R0+ a + b圖 2-242 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。假設(shè)屬前者，那

41、么只 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。假設(shè)屬后者，那么除了外 螺距板外，尚需假設(shè)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 + KR + 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0U上，其高度hN必須按下式計算：hz 二 hzo Ht AH S2-7式中符號如圖2-24所示，其中hzo為內(nèi)螺距板初始高度，可按下式計算:hN0式中HnaHtAH從圖內(nèi)螺距板所在半徑處的螺距 -內(nèi)螺距板包圍角度° ;

42、-一磚臺附加高度m;半徑1 + K R + ahz0在中線處之差。2-24 b可知：1 P Hn:a360(m);+ b處的螺距板初始高度hw0與半徑Rn處的螺距板初始高度從圖AH =hw02hN0_ 21 1 P H a _1 1 P2 360 w 2 3601 + P OOH aw H w 一 a H n720八2-24 b可知，由于槳葉縱斜引起的高度差S為：S 二 tg &1K R a b - Rn 1式中，£為縱斜角。這樣2-7式可寫成:h"36 “nHn 也aHw-1.1K R a b - RN tg s(2-8)內(nèi)螺距板的寬度bN按下式計算：bN=2 g

43、 二2-9360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2-6式計算。在實際工作中應(yīng)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。假設(shè)要求螺旋槳鑄件毛坯具有較高的準確度，那么可用木料或金屬做成槳葉模型，并將葉面 置于刮好的螺

44、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(yīng)的切面弧線上，然后在樣板間填入泥芯，樁實后修刮外表，使其成為光順的葉 形。67(a)(b)(d)四、毛坯的澆鑄Y- Y YX-XX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-副刮板；10-滑槽；11-鉸此外，槳葉模型也可這樣制作：用薄木板作成假設(shè)干半徑處的切面樣板，并在相應(yīng)的位置 上垂直釘于平模板上俗稱琵琶板如圖

45、2-26所示。琵琶板各切面樣板間空隙局部的總面積應(yīng) 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 成小塊并移置于下砂箱上的相應(yīng)位置見 圖2-26b，最后把各小塊砂土間縫隙修 填平整，即可制作上砂箱。金屬螺旋槳的根本澆注方法有頂鑄 法和底鑄法兩種。(b)(a)圖 2-261.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擬合理，冷凝有一定方向性，冒口溫度較高，鑄 件能得到良好的補縮。但澆注時金屬外表的氧化物同金屬一起進入鑄件，特別是金屬流落時 產(chǎn)生飛濺，卷

46、入空氣泡和雜質(zhì)，使鑄件外表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。圖 2-27圖 2-283 261-密圭寸容器；2-坩堝；3-升液管；4-毛坯；5-鑄型；6-壓縮空氣管；7-壓力表；8-金屬液2 底鑄法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35kgf/ cm2,壓在坩堝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,并在壓力下凝固結(jié)晶。由于低壓鑄造金屬

47、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，同時尺寸比擬精確，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 量的主要工程有：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。一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，直尺臂垂直于

48、豎軸并可繞軸旋轉(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«,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Pi為：半徑處。滑塊上裝有量針，可沿軸線方向移動。 設(shè)直尺臂旋轉(zhuǎn)的角度是距離為y,那么該半徑處的螺距360R 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(yīng)另外測量。L-下錐座圖 2-29六、螺旋槳加工加工時先切除槳轂兩端的冒口，澆口等多余局部，造

49、成槳轂前后的兩個基準面，然后沿 槳轂中心搪出軸孔并在軸孔內(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局部；如幾何形狀存在偏差，那么應(yīng)予以加工修正。葉面加工后, 以它作為基準面，測量切面厚度，將多余或缺乏局部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(yīng)該指出，形狀復雜的螺旋槳其外表加工非 常困難，需要熟練技工和消耗大量工時。因此，對鑄鐵螺旋槳和鑄鋼螺旋槳，其外表一般不 進行加工，對小型低速運輸船螺旋槳，通常也只作槳葉外表的整修工作。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

50、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。假設(shè)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，使螺旋槳能自由轉(zhuǎn)動并自行停止，這時較重的槳葉總是向下。假設(shè)在較輕的槳葉上加上某一重 物如用粘泥貼在較輕槳葉上 使螺旋槳處于隨機平衡狀態(tài)，那么加上的重量就是較重槳葉的多 余重量。這時，必須在較重槳葉上剔除此重量才能平衡。多余重量需從葉背上剔除，且面積 要寬廣些，務(wù)使剔除后的外表勻順光滑。在檢驗靜平衡時，

51、允許的螺旋槳不平衡離心力數(shù)值 在最大轉(zhuǎn)速時通常不超過12%螺旋 槳重量，我國常采用 2%，相應(yīng)的計算式為：RN2(2-10)式中 x槳葉允許遺留的最大不平衡重量kgf；G螺旋槳重量kgf；N螺旋槳轉(zhuǎn)速rpm；R 螺旋槳半徑m。2 動平衡假設(shè)各槳葉重心的軸向位置不一致，那么螺旋槳轉(zhuǎn)動時各葉產(chǎn)生的離心力將不在垂直于槳軸 軸線的同一平面內(nèi)，因而造成不平衡動力的力偶，這將導致螺旋槳和軸系的振動，這種現(xiàn)象 對高轉(zhuǎn)速螺旋槳的影響尤為顯著。然而，螺旋槳處于不均勻流場中受到的不均勻水動力遠較 上述不平衡動力為大，故有人認為不必作動平衡檢驗。檢驗動平衡的方法是將螺旋槳裝置在彈性支架上，當螺旋槳作高速轉(zhuǎn)動時，不平

52、衡的離 心力將使支架振動，根據(jù)支架振幅大小，確定不平衡程度。實際上不可能完全做到動平衡， 通常允許存在一定的不平衡力矩，其值為：M _色2-11100式中 M允許遺留的不平衡力矩 kgf m;G螺旋槳重量kgf;I 槳葉軸向投影長度m。八、螺旋槳的加工檢驗螺旋槳驗收的工程、要求及其允許偏差列于表2-5。此外還應(yīng)指出，螺旋槳的效率隨表面粗糙度的增加而降低，但粗糙度的位置不同，其影響程度也異，粗糙位置在導邊附近的葉 背上者影響最大，在葉背中間次之，在隨邊附近的葉背上以及葉面上影響最小。隨進速系數(shù) 的增加，粗糙度的影響也增大，所以在檢驗螺旋槳外表質(zhì)量時，應(yīng)適當予以注意。表 2-5驗收工程錳青銅不銹鋼鑄鋼和鑄鐵± 0.5%± 0.5%± 0.75%允螺旋槳直徑許螺旋槳螺距± 1.0%± 1.0%± 1.5%