螺旋桨_基础知识

⒉螺旋桨材料
• 制造螺旋桨的金属材料主要有铜合金、铸铁和铸 钢等。近年来国内外开始采用玻璃钢、尼龙等非 金属材料制造螺旋桨。在我国的内河小船上也有 采用钢板焊接螺旋桨。 • 锰青铜的机械强度高，延伸率大，抗冲击性能好， 耐海水腐蚀，而且制造和加工比较容易，但抗空 泡剥蚀性能较差。 • 铝青铜是以钢铝为主体，添加锰，铁，镍等元素 构成。它除了具有锰青铜的优点外，还具有重量 较轻，疲劳强度高、抗剥蚀性能好等优点，故多 用于制造大型高速船舶螺旋桨。其缺点是要求熔 炼，浇铸技术高，同时大型铸件的缓冷脆性等问 题较难处理，造价较高。
• 金属材料制造的工艺过程如下：铸模造型、浇铸 金属、毛坯加工、成品检查、安装使用。下面分 别叙述螺旋桨材料和工艺过程的主要环节。
⒈铸模造型
• ⑴螺距板是制作下砂模时刮制螺旋面用的，它的准确性直接影响桨的制 造质量。确定螺距板的尺度不单要考虑桨叶的螺距，而且要考虑铸造材 料在浇注后的收缩变形、砖台厚度以及螺旋桨本身的几何特点。 • ①等螺距螺旋桨螺距板的计算 – 螺距板位臵应这样确定：在径向上除考虑桨叶半径R外，尚应考虑叶 梢边缘的加工余量a以及为了支承上砂模的砖台厚度b，见图8-47， 同时还应考虑金属的径向收缩。这样，螺距板所在处的半径应是 (1+K)R+a+b；其周向位臵应使螺距板与桨中心所成的扇形面积(图847中的ABO)能遮蔽桨叶的正投影面积并留有一定边框。 (图8-47中 的f、g)。设螺距板的弧长为 ，于是求螺距板的实质就是求弧长和 母线在轴向上的位移(螺距的一部分)问题。 • ②变螺距螺旋桨螺距板计算 – 目前变螺距有两种形式，一种是线性变螺距，另一种是非线性变螺 距。前者只需两块螺距板。位于梢部的螺距称外螺距板，里面的叫 内螺距板。后者，除了外螺距板外，尚需若干内螺距板，视螺旋桨 的尺度和要求精度而定。
⒊螺旋桨加工
• 工序：切掉浇口、冒口，桨毂两端面和轴孔的加 工，插轴孔内的键槽，刮削轴孔，加工桨叶的叶 面和叶背等，作平衡试验。 • 加工时先切除桨毂两端的冒口，浇口等多余部分， 造成桨毂前后的两个基准面，然后沿桨毂中心镗 孔并在轴孔内插出键槽。 • 镗孔可以在车床或镗床上进行，某些大型桨也可 以用自制的立式或卧式镗排加工，加工时一般都 会准备样板或者样轴以检查加工质量。
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教学目标： • 能力目标：掌握用螺距仪测量螺距的方法；掌握 螺旋桨加工的方法。 • 知识目标：掌握掌握螺旋桨测量的参数及方法； 掌握螺旋桨加工的方法。
⒈基本结构
• 螺旋桨通常由桨叶和桨毂两部分组成，常用的有三叶和四 叶，个别也有五叶甚至六叶的。桨叶是产生推力的，从船 后向首看到的一面称为叶面，另一面称为叶背。桨叶与浆 毂相连的地方称为叶根，远离桨毂的一端称为叶梢。 • 桨毅是固定桨叶和连接桨轴的锥形体。 • 从船尾向船首看，螺旋桨在顺车时沿顺时针方向转动的称 为右旋，沿逆时针方向转动的称为左旋。对于双桨船，往 舷外方向转动的称为外旋，反之称内旋。通常采用外旋， 以防止水上浮物卷入而卡住桨叶。
⒉毛坯的浇铸
金属螺旋桨的浇注方法有顶铸法和底铸法两种． ⑴顶铸法：顶铸法是将熔溶金属直接从冒口上方注 入模腔。这种方法的优点是铸模简单，操作方便， 金属浇注完毕时温度分布比较合理，冷凝有一定方 向性，冒口温度较高，铸件能得到良好的补缩。但 浇注时金属表面的氧化物同金属一起进入铸件，特 别是金属流落时产生飞溅，卷入空气泡和杂质，使 铸件表面以至一定深度处形成疏松和痂皮，影响桨 叶的机械强度。因此，仅用于浇铸小型(直径小于1 米者)螺旋桨。
• 玻璃钢是以合成树脂为粘结剂，以玻璃纤维或其 织物为增强材料粘合而成的一种新型结构材料。 玻璃钢螺旋桨具有重量轻 ( 约为铜螺旋桨重量的 1//4 ～1/3) 、装卸方便、冲击韧性好，不为海水 所腐蚀，制造简单等优点。其缺点是机械强度较 低，在长期负荷下有蠕化现象，多用于内河小船 上。
㈡螺旋桨修造工艺
• 铸铁螺旋桨成本低，铸造容易，但其机械强度低，质脆而 易断，使用寿命短。由于强度低，切面厚度较大，桨效率 较低，故铸铁螺旋桨仅用于小型低速船上。 • 铸钢螺旋桨的优点是机械强度高。抗冲击性能好，但铸造 过程中变形、难控制，常使螺旋桨的几何尺寸产生很大偏 差，加工困难，成本高，比铸铁更容易被海水腐是，寿命 短，目前多用作备件。 • 为了提高螺旋桨的抗腐蚀和空泡剥蚀性能，有些特殊用途 的船舶用镍合金、钛合金等来制造螺旋桨。
• ⑵底铸法：它是在模腔最低点即桨毂下端引入金 属液，为了防止铸造时候出现如桨叶叶背出现氧 化物和缩松现象等常见缺点。 • ⑶低压铸造：低压铸造是利用压缩空气在密封容 器，坩锅）中，在金属液面上造成一定压力 (35kgf/cm2)，使液体通过升液管上升，平稳缓慢地 进入并充满铸型，并在压力下凝固结晶。由于低 压铸造金属液的上升速度能够很好的加以控制， 因此产生氧化皮的可能性大大减少。由于金属是 在压力下结晶的，故铸件质量高，同时尺寸比较 精确。 •
⑵铸模的制造
• 螺旋桨铸模一般为分箱式砂型，分型面为桨叶的 叶面。叶面在下砂箱，而叶背在上砂箱。 • 在下砂箱造塑时，先将三角形之螺距板弯成适宜 的圆柱面，然后用刮板沿轴线及螺距板斜边刮出 叶面的螺旋面。对等螺距桨叶，只需一块刮板， 对径向线性变螺距浆叶按螺距变化的部位需另加 一副刮板。
• 若要求螺旋桨铸件毛坯具有较高的准确度，则可用木料或 金属做成桨叶模型，叶面臵于刮好的螺旋面上，然后安装 上砂箱并将沙土桩实，将桨模取出后。上下砂箱之间形成 叶形空腔。同时制作挠注系统。抄箱烘干后扣合固定即可 进行浇铸。桨叶模型常用下面方法制作：将切面样板 ( 用 弹性较好的金属或木质薄板制成 ) 垂直安装于下砂箱相应 的切面弧线上，然后在样板间填入泥芯，桩实后修刮表面， 使其成为光顾的叶形。 • 此外，桨叶模型也可这样制作：用薄木板作成若干半径处 的切面样板，并在相应的位臵上垂直钉于平模板上 ( 俗称 琵琶板 ) 。琵琶板各切面样板间空隙部分的总面积应与桨 叶的仲长面积相同。将样板间空隙填紧砂土，使砂面与各 切面样板上边缘成一光顺曲面。然后将琵琶板上砂土切成 小块并移臵于下砂箱上的相应位臵，最后把各小块砂土间 缝隙修填平整，即可制作上砂箱。