5.1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。 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。 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。 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， 锰青铜的机械强度高，延伸率大，抗冲击性能好，耐海水腐 而且制造和加工比较容易，但抗空泡剥蚀性能较差。 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， 镍等元素构成。 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、 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 剥蚀性能好等优点，故多用于制造大型高速船舶螺旋桨。 缺点是要求熔炼，浇铸技术高， 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。 问题较难处理，造价较高。
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。
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教学目标： 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， 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。 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， 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。 另一面称为叶背 。 桨叶与浆毂相连的地方称为叶 远离桨毂的一端称为叶梢。 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。 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 从船尾向船首看， 转动的称为右旋，沿逆时针方向转动的称为左旋。 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， 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， 称内旋 。 通常采用外旋 ， 以防止水上浮物卷入而 卡住桨叶。 卡住桨叶。
玻璃钢是以合成树脂为粘结剂， 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。 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( 玻璃钢螺旋桨具有重量轻 ( 约为铜螺旋桨重量的 //4 装卸方便、 冲击韧性好， 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。 所腐蚀 ， 制造简单等优点 。 其缺点是机械强度较 在长期负荷下有蠕化现象， 低 ， 在长期负荷下有蠕化现象 ， 多用于内河小船 上。
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． 金属螺旋桨的浇注方法有顶铸法和底铸法两种． 顶铸法： 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， 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， 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。 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， 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， 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 铸件表面以至一定深度处形成疏松和痂皮， 叶的机械强度。因此，仅用于浇铸小型(直径小于1 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。 米者)螺旋桨。
铸铁螺旋桨成本低，铸造容易，但其机械强度低， 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， 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， 度较大 ， 桨效率较低 ， 故铸铁螺旋桨仅用于小型 低速船上。 低速船上。 铸钢螺旋桨的优点是机械强度高。抗冲击性能好， 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， 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， 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。 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， 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、 特殊用途的船舶用镍合金 、 钛合金等来制造螺旋 桨。
若要求螺旋桨铸件毛坯具有较高的准确度， 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，叶面置于刮好的螺旋面上， 金属做成桨叶模型，叶面置于刮好的螺旋面上，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。 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 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 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， 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。 使其成为光顾的叶形。 此外，桨叶模型也可这样制作： 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， 并在相应的位置上垂直钉于平模板上(俗称 的切面样板 ， 并在相应的位置上垂直钉于平模板上 俗称 琵琶板)。 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， 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。 切面样板上边缘成一光顺曲面。然后将琵琶板上砂土切成 小块并移置于下砂箱上的相应位置， 小块并移置于下砂箱上的相应位置，最后把各小块砂土间 缝隙修填平整，即可制作上砂箱。 缝隙修填平整，即可制作上砂箱。
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， 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， 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。 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， 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， 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。 并在轴孔内插出键槽。 镗孔可以在车床或镗床上进行， 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， 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。 备样板或者样轴以检查加工质量。
⑵铸模的制造
螺旋桨铸模一般为分箱式砂型， 螺旋桨铸模一般为分箱式砂型，分型面为桨叶的叶 叶面在下砂箱，而叶背在上砂箱。 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 在下砂箱造塑时， 圆柱面， 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， 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。 线性变螺距浆叶按螺距变化的部位需另加一副刮板。
㈡螺旋桨修造工艺
金属材料制造的工艺过程如下： 铸模造型、 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。 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。 环节。
⒈铸模造型
螺距板是制作下砂模时刮制螺旋面用的， 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， 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。 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 螺距板位置应这样确定：在径向上除考虑桨叶半径R外 螺距板位置应这样确定：在径向上除考虑桨叶半径 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 以及为了支承上砂模的砖台厚度b，见图8-47， 梢边缘的加工余量 以及为了支承上砂模的砖台厚度 ，见图 ， 同时还应考虑金属的径向收缩。这样， 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；其周向位置应使螺距板与桨中心所成的扇形面积 图8；其周向位置应使螺距板与桨中心所成的扇形面积(图 47中的 47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 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 能遮蔽桨叶的正投影面积并留有一定边框。 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。 螺距的一部分)问题 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， 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 前者只需两块螺距板。位于梢部的螺距称外螺距板， 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， 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。 的尺度和要求精度而定。
桨叶加工
根据螺旋桨测量画出的桨叶轮廓线批凿掉多余的部分， 根据螺旋桨测量画出的桨叶轮廓线批凿掉多余的部分，再进 行叶面和叶背的加工。叶背的加工是以叶面作为基准面。 行叶面和叶背的加工。叶背的加工是以叶面作为基准面。在 叶面加工后，以它作为基准面，重新测量桨叶厚度， 叶面加工后，以它作为基准面，重新测量桨叶厚度，并根据 图纸要求决定需从叶背削除的金属层厚度，先钻孔， 图纸要求决定需从叶背削除的金属层厚度，先钻孔，钻孔深 度为加工掉的金属层厚度，根据钻孔的深度， 度为加工掉的金属层厚度，根据钻孔的深度，铲出各切面形 状曲线，然后沿桨叶径向除去多余的金属层。 状曲线，然后沿桨叶径向除去多余的金属层。因为浇铸时叶 面向下，浇铸质量容易保证， 面向下，浇铸质量容易保证，故叶面的加工只是消除个别不 平部分，如几何形状存在偏差，则应予以加工修正。 平部分，如几何形状存在偏差，则应予以加工修正。 形状复杂的螺旋桨其表面加工非常困难， 形状复杂的螺旋桨其表面加工非常困难，需要熟练技工和耗 费大量工时。因此，对铸铁螺旋桨和铸钢螺旋桨，其表面一 费大量工时。因此，对铸铁螺旋桨和铸钢螺旋桨， 般不进行加工，对小型低速运输船螺旋桨， 般不进行加工，对小型低速运输船螺旋桨，通常也只作桨叶 表面的整修工作。 表面的整修工作。 目前已有专门用于加工螺旋桨的程序控制车床， 目前已有专门用于加工螺旋桨的程序控制车床，这对提高螺 旋桨的加工质量，改善劳动条件、提高工效都有好处。 旋桨的加工质量，改善劳动条件、提高工效都有好处。