螺旋桨的几何形体及制造工艺.doc

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1、第二章螺旋桨几何形体与制造工艺螺旋桨是目前应用最为广泛的一种推进器，因而也就成为“船舶推进”课程研究的主要 对象。要研究螺旋桨的水动力特性，首先必须对螺旋桨的几何特性有所认识和了解。 2-1螺旋桨的外形和名称、螺旋桨各部分名称螺旋桨俗称车叶，其常见外观如图2-1所示。图2-1螺旋桨通常装于船的尾部（但有螺旋桨，如港口工作船及渡轮 螺旋桨的船称为单螺旋桨船，左右 桨、四桨乃至五桨者。螺旋桨通常由桨叶和桨毂构成 分称为桨毂，桨毂是一个截头的锥 后端加一整流罩，与桨毂形成一光也有一些特殊船在首尾部都装 等），在船尾部中线处只装一只 各一者称为双螺旋桨船，也有三（图2-2）。螺旋桨与尾轴联接部 形体。

2、为了减小水阻力，在桨毂 顺流线形体，称为毂帽。(a)转向(b)图2-2桨叶固定在桨毂上。普通螺旋桨常为三叶或四叶，二叶螺旋桨仅用于机帆船或小艇上， 近来有些船舶（如大吨位大功率的油船），为避免振动而采用五叶或五叶以上的螺旋桨。由船尾后面向前看时所见到的螺旋桨桨叶的一面称为叶面，另一面称为叶背。桨叶与毂 联接处称为叶根，桨叶的外端称为叶梢。螺旋桨正车旋转时桨叶边缘在前面者称为导边，另 一边称为随边。螺旋桨旋转时（设无前后运动）叶梢的圆形轨迹称为梢圆。梢圆的直径称为螺旋桨直径， 以D表示。梢圆的面积称为螺旋桨的盘面积，以A表示：冗D2Ao =（2-1）4当螺旋桨正车旋转时，由船后向前看去所见到的旋

3、转方向为顺时针者称为右旋桨。反之,则为左旋桨。装于船尾两侧之螺旋桨，在正车旋转时其上部向船的中线方向转动者称为内旋桨。反之，则为外旋桨。二、螺旋面及螺旋线桨叶的叶面通常是螺旋面的一部分。为了清楚地了解螺旋桨的几何特征，有必要讨论一 下螺旋面的形成及其特点。设线段ab与轴线0。1成固定角度，并使 ab以等角速度绕轴0。1旋转的同时以等线速度沿 ooi向上移动，则ab线在空间所描绘的曲面即为等螺距螺旋面，如图2-3所示。线段ab称为母线，母线绕行一周在轴向前进的距离称为螺距，以P表示。根据母线的形状及与轴线间夹角的变化可以得到不同形式的螺旋面。若母线为一直线且 垂直于轴线，则所形成的螺旋面为正螺旋

4、面如图2-4(a)所示。若母线为一直线但不垂直于轴线，则形成斜螺旋面，如图2-4( b)所示。当母线为曲线时，则形成扭曲的螺旋面如图2-4( c)及图2-4(d)所示。图2-3图2-4母线上任一固定点在运动过程中所形成的轨迹为一螺旋线。任一共轴之圆柱面与螺旋面相交的交线也为螺旋线，图 2-5( a)表示半径为R的圆柱面与螺旋面相交所得的螺旋线BB1B2。如将此圆柱面展成平面， 则此圆柱面即成一底长为 2nR高为P的矩形，而螺旋线变为斜线(矩 形的对角线)，此斜线称为节线。三角形 B B B称为螺距三角形，节线与底线间之夹角0称为螺距角，如图 2-5(b)所示。由图可知，螺距角可由下式来确定：P

5、tg 0=(2-2)2冗R(a)BBiB202n R(b)B图2-5三、螺旋桨的几何特性1. 螺旋桨的面螺距螺旋桨桨叶的叶面是螺旋面的一部分(图2-6( a)，故任何与螺旋桨共轴的圆柱面与叶面的交线为螺旋线的一段，如图2-6(b)中的BoC。段。若将螺旋线段 BoCo引长环绕轴线一周，则其两端之轴向距离等于此螺旋线的螺距P。若螺旋桨的叶面为等螺距螺旋面之一部分，则P即称为螺旋桨的面螺距。面螺距P与直径D之比P/D称为螺距比。将圆柱面展成平面后即得螺距三角形如图2-6( c)所示。设上述圆柱面的半径为r，则展开后螺距三角形的底边长为2n,节线与底线之间的夹角%R(a)图2-6B为半径r处的螺距角

6、，并可据下式来确定:tg(2-3)螺旋桨某半径r处螺距角B的大小，表示桨叶叶面在该处的倾斜程度。不同半径处的螺 距角是不等的，r愈小则螺距角B愈大。图2-7(a)表示三个不同半径的共轴圆柱面与等螺距螺 旋桨桨叶相交的情形，其展开后的螺距三角形如图2-7(b)所示。显然，ri(b)(a)图2-7若螺旋桨叶面各半径处的面螺距不等，则称为变螺距螺旋桨，其不同半径处螺旋线的展 开如图2-8所示。对此类螺旋桨常取半径为0.7R或0.75R(R为螺旋桨梢半径)处的面螺距代表螺旋桨的螺距，为注明其计量方法，在简写时可记作17R 或 P 0.75R。2. 桨叶切面与螺旋桨共轴 截所得的截面称为 切面或叶剖面，

7、如图 面展为平面后则得 叶切面形状，其形状 以表征机翼切面几 用于桨叶切面。桨叶切面的形面（弓形切面）或机的圆柱面和桨叶相 桨叶的切面，简称叶2-6（ b）所示。将圆柱 如图2-6（ c）所示的 与机翼切面相仿。所 何特性的方法，可以状通常为圆背式切 翼形切面，特殊的也有梭形切面和月牙形切面，如图2-9所示。一般说来，机翼形切面的叶型效率较高，但空泡性能较差，弓形切面则相反。普通之弓形切面展开后叶面为一直线，叶背为一曲线，中部最 厚两端颇尖。机翼形切面在展开后无一定形状，叶面大致为一直线或曲线，叶背为曲线，导边钝而随边较尖，其最大厚度则近于导边，约在离导边25%40%弦长处。切面的弦长一般有内

8、弦和外弦之分。连接切面导边与随边的直线AB称内弦（图2-10）,计的 桨来 常以 （鼻尾 弦线， 及螺 根据 弦线 义。图 中所b机翼形切面图2-9螺旋 说，则 内弦 线）为 弦长 距也 所取 来定2-10 示的图中所示线段BC称为外弦。对于系列图谱螺旋桨来说，通常称外弦为弦线，而对于理论设弦长b为系列螺旋桨之表示方法。切面厚度以垂直于所取弦线方向与切面上、下面交点间的距离来表示。其最大厚度t称为叶厚，t与切面弦长b之比称为切面的相对厚度或叶厚比5=-。切面的中线或平均线称为b拱线或中线，拱线到内弦线的最大垂直距离称为切面的拱度，以fM表示。fM与弦长b之比称切面的拱度比f = fM/ b（见

9、图2-10）。内弦C3A(b)图 2-10(a)机翼型；(b)弓型。1:面线；2：背线；3：导缘；4：随缘；5:拱线；6：导缘端圆3. 桨叶的外形轮廓和叶面积桨叶的外形轮廓可以用螺旋桨的正视图和侧视图来表示。从船后向船首所看到的为螺旋 桨的正视图，从船侧看过去所看到的为侧视图。图2-11所示为一普通螺旋桨图，图上注明了螺旋桨各部分的名称和术语。为了正确表达正视图和侧视图之间的关系，取叶面中间的一根母线作为作图的参考线，称为桨叶参考线或叶面参考线，如图中直线0U。若螺旋桨叶面是正螺旋面，则在侧视图上参(a)(b)(c)图 2-112,称为纵斜角。参考线OU与轴线垂直。若为斜螺旋面，则参考线与轴线

10、的垂线成某一夹角考线线段OU在轴线上的投影长度称为纵斜，用Zr表示。纵斜螺旋桨一般都是向后倾斜的，其目的在于增大桨叶与尾框架或船体间的间隙，以减小螺旋桨诱导的船体振动，但纵斜不宜 过大（一般 AABab/ “ SHSJCH i Ai Ji图 2-13(b)浆叶的伸张叶切面B1 A1 C1正投影方向图 2-14必须指出，对于图2-13所示的机翼形切面来说，从正投影方向所见到的是切面最外边的 两点Jo和H。，从侧投影方向所见到的则是切面最外边的两点9和H。，即 图2-13( b)上的JH和S、H对应的点。因此在制图时应该根据J点和H点求正投影轮廓(或称投射轮廓)，而据S点和H点求侧投影轮廓。在图2

11、-13(b)中，标出了点H1与A和A与Ji之间在正投影方向上的间距分别为 a和b,点S与A和A与H之间在侧投影方向上的间距分别为a和伎如果桨叶的切面为弓形(即圆背式)时，则 图2-13( b)应变为图2-14的情况，此时 图2-13( b)中的S、J点相当于图2-14中 的C点，图2-13( b)中的H点相当于图2-14中的B点。因此，弓形切面是上述机翼形切面的一种特例，它比机翼形切 面的作图更为简单，下面我们以机翼形 切面桨叶为例说明作图方法，对于弓形 切面则更容易，只要掌握上述特点就行 了。2. 绘制注意事项绘制总图的主要目的是给出螺旋桨的形状及各部结构，以便能按总图绘制施工详图供制需。通

12、常在设计计算过程中，已经决定了螺旋桨各半径处切面形状和桨叶的伸张轮廓。例如对于AU型螺旋桨(请参阅第 9章)，根据我们设计螺旋桨的叶数、盘面比和直径，由表9-4和表9-5（或表9-6,或表9-7）即可知道螺旋桨各半径处的切面形状和桨叶的伸张轮廓。在确 定桨叶切面时尚需考虑下列两点：（1）关于叶切面导边处圆弧的大小：因为桨叶切面运转于非均匀的尾流场中，故端点的圆弧对螺旋桨性能，特别是空泡性能有较大的关系，近来的研究表明，在近叶梢处（0.8R以外）适当加大导边端点的圆弧比较有利。 图2-15给出了螺旋桨该部分的端部圆半径ri（ mm）值。事实上n的大小与桨叶的面积、切面轮廓形状及叶厚有关，故在实际

13、设计时可以适当有所增减。一般说来，0.8R切面端圆半径的大小可视切面弦长 b来决定：=（ 0.0040.005） b。图 2-15图 2-16（2）关于叶梢附近切面随边处的厚度：从螺旋桨损坏情况的调查发现，在叶梢附近随边处常发生曲损，影响螺旋桨的性能。因 此，宜适当增加该处厚度，图2-16给出了 0.9R处切面随边的厚度，可供参考。采用上述导边处端圆半径ri及随边处的厚度to.9后，有可能使该处的局部厚度与表8-5等确定的叶切面形状发生不连续。为了满足局部厚度的需要可对标准叶切面的尺寸稍作修改， 并光顺之。螺旋桨的叶切面形状和桨叶伸张轮廓确定后，即可绘制正投影图（投射轮廓）和侧投影图（侧投射轮

14、廓）。二、螺旋桨投影轮廓图的绘制1 投射轮廓的绘制根据上述投影原理，便可以从伸张轮廓上的切面长度求出正投影图上相应半径的圆弧长 度，从而作出投射轮廓。参阅图2-17，以半径r = OA处的切面为例，其作图的具体步骤说明如下：（1）在伸张面上（图2-17（c）取OF ，连AF，则得：tg OAF ;故 OAF为2 n2 n半 处 螺 角。T UTUT、U、 /LH亠1I 1/JLa人LA1H1/ H1/ /AS JFH Aa1bJiA-9N aSA-b、JF P/ 2 x-N(a)(b)(c)图 2-17(2)在伸张面上过A点作直线NNAF，贝U NACOAF B。从J, H两点分别作垂直于NN

15、的直线J和HH1，则：AHTa ; AJ1b(3) 在正投影图上(图2-17(b)以O为圆心，r为半径画圆弧，并在此圆弧上量取:A弧长=AJ1 bA1H1 弧长=AH1 a则J1和H1即为投射轮廓上的两点。(4) 按照上述方法作出其他各半径处投射轮廓上的相应之点，用光顺的曲线连接各点即 可得到投射轮廓。按照一般习惯，常根据桨叶八个或九个半径处的切面进行制图，其相应的半径为r = 0.2R,0.3R,，0.9R (0.95R)。对于等螺距桨叶来说，图 2-17( c)中的F点为对于一切半径的共同 之点，称为节点。若桨叶为径向变螺距，则不同半径的旦值并非常数，故对各半径需用其相2冗应的值来确定点F

16、的位置。2冗2 侧投影图的绘制在绘制侧投影图时，如图2-13( b)或图2-17( c)所示，应注意在侧投影方向见到的是S点和H点，且S点在A点之前的距离为 a, H点在A点之后的距离为 伎由此便可按如下步骤 作图：(1)在侧投影图上(图2-17 (a)先画出参考线 OU,然后由正投影图上 A点引水平线与 侧投影图上的参考线 OU交于A点，贝U A点即为A1点的侧投影位置。(2) 在侧投影图上从 A点向前水平量取 AL a,向后水平量取 AL其中a和3的数值可直接从伸张面(图2-17( c)上量得。然后，在正投影图上取圆弧As=b(b的大小可在图2-17(c)上量得)，则S即为S点在正投影图上

17、的位置。从正投影图上 S点引水平线与 AL线上从L点向下所作的垂线相交于S点，则S点即为S点在侧投影轮廓上的一点。用同样方法，从正视图上 Hi点引水平线与 AL线的垂线相交于 H点，则H 点即为H点在侧投影 轮廓上随边处的一点。(3) 用上述方法作出其他各半径处侧投影轮廓上的相应之点，并以光顺曲线连接各点， 即可得到桨叶的侧投影轮廓。上面我们所叙述的侧投影轮廓绘制方法是指螺旋桨在静止时的情况，但在检查螺旋桨与船身或尾框架之间的最小距离时，则应以螺旋桨旋转时桨叶边缘各点在最外面的位置为依据，所以在侧投影图上有时还要画出桨叶的限界轮廓线。参阅图2-17( a)，当螺旋桨旋转时，在侧投影图上的S点表

18、现为沿LS直线上下运动，能达到的最高点为L,而在A点前后的距离不变，故螺旋桨在旋转时桨叶边缘上S点在最外面的位置为 L点。把不同半径处相当于 L的各点连成曲线，即得桨叶的限界轮廓线如图2-17( a)中的虚线所示。3. 桨叶顶点及包毂线的绘制桨叶顶点(即叶梢顶点)在正投影图和侧投影图上的位置同样可用上述方法求得。参阅图2-18，在伸张轮廓上由叶梢顶点T引水平线与参考线 0U交于U点,P同时取OF , P为2 n叶梢处的螺距。连接 FU,并过U点作直线NN 丄FU，从T点作直线TD丄NN 。然后以0为a，则Ti点即为叶梢顶圆心，0U为半径作圆弧，在此圆弧上截取U T1并使其弧长等于 DU点在投射

19、 (正视图) 由图T1点于 T叶梢影轮廓图 的作法 侧投影轮(图 2-18 作参考线U 点与正 上的U点 一水平线U 点向后=TD = 3正投影图上置。 知, 低U 图 2-18(a)(b)伸张轮廓投射轮廓N3 TDL 3T 轮廓 上的位2-18 可 的位置 点。在侧投 上位置 是：在 廓图上(a),OU , 投影图 位于同 上；从取U L 然后从T1点作水平线，与 U L线的垂线相交于置。从图中可以看出，侧投影轮廓线的顶点并不通过点，此即叶梢顶点在侧投影轮廓上的位 U点。所谓包毂线，是指桨叶叶面和桨毂的相交线。通常桨毂为一圆锥体，故包毂线在实质上 即为螺旋面和圆锥体表面的相交线。由于桨叶强度

20、的需要，在叶根尚有填角料，因而在实用 上没有必要精确地求出螺旋面和圆锥体表面的相交线，一般可采用近似方法绘制。参阅图 2-18，在侧投影图上把桨叶轮廓线按其曲线趋势延长与桨毂相交于H点，在正投影图上以 0为圆心，以H点处的毂半径r为半径画圆，然后把投射轮廓按其曲线趋势延长与此圆相交于 I点，以I点引水平线与侧投影轮廓的延长线相交于I点，则I及I点可近似地认为是包毂线在正投影图和侧投影图上的起点。用同样的方法可作出包毂线的另一端点G和G。同时参考线与桨毂的交点 K和K也是包毂线上的一点。将I、K、G及I、K、G 分别连成曲线，此两根曲线即近似地表示包毂线在正投影图和侧投影图上的形状。在绘制桨毂外

21、形和包毂线时应 将看得见的部分画成实线，看不见的部分画成虚线。4. 桨叶展开轮廓的绘制螺旋面为一双向曲面，不能展放于平面上，下述之近似方法应用最广，对于普通螺旋桨 在实用上已够准确。为简便起见，先以等螺距、弓形切面、无侧斜的桨叶为例。设已知桨叶的投射轮廓BiTCi女翌2-19所示。以半径r = 0A之共轴圆柱面与叶面相交成螺旋线，其在正投影图上为圆弧 BiACi。参阅图2-20( a)，此螺旋线的实际形状为 BoACo，过OA作投射面LEKA，则此螺旋线 在投射面上的投影为圆弧 B1AClo为求得螺旋线B0AC0在展开图上的形状，可用近似方法两次。(b)图 2-19图 2-20第一次近似一一以

22、椭圆弧之一部分代替螺旋线，在A点处作包含OA的平面且在A点处与螺旋线B0AC0相切。此平面与圆柱面相交成一椭圆XEYA,并与投射面LEKA间之夹角为螺 距角0O螺旋线段BACo在椭圆上的投影为椭圆弧 B2AC2。通常桨叶具有一定的宽度，其螺旋 线段BoACo较短，与椭圆弧B2AC2十分接近，因而可用此椭圆弧来代替螺旋线段。将此椭圆绕 AOE轴旋转B角后便与投射面 LEKA重合，而Bi和B2,Ci和C2点则在同一水平线上(即至LOK 线的距离相等)如图2-20( b)所示。由图2-20( a)可知，此椭圆的长半径为 OX= r secB, 短半径为OA=r 既知椭圆的长半径和短半径，即可画出椭圆

23、，但在实用上比较麻烦，故尚须 进行第二次近似。第二次近似一一以圆弧代替椭圆弧：此圆弧的半径等于椭圆在正点的曲率半径。由高等2数学中可知，椭圆在 A点处之曲率半径为rsec 9rsec2我们即以半在为rsec2 0的圆弧来代替椭圆弧。参阅图 具体步骤：r2-19以半径r =OA处的切面为例，说明根据投射轮廓绘制展开轮廓的(1 )在正投影图上取 OF 旦，连AF，贝U2 n(2 )过F点，作FM丄AF且与OA的延长线相交于 M点，贝U2MA AF sec 9 r sec 9,故MA为椭圆在A点之曲率半径。(3)以M为圆心，MA为半径作圆弧 B2AC2,自Bi及Ci分别引平行于 OF的直线B1B2及

24、 C1C2并与B2AC2画弧相交于B2及C2两点，贝B2及C2即为展开轮廓上的两点。用同样的方法可决定其他半径处相应之点，然后以光顺的曲线连接各点即得展开轮廓。展开轮廓也可从伸张轮廓作出，在利用两次近似求得圆弧B2AC2以后，直接在圆弧上量取B2A= ba及AC2 = AC,这里的BA及AC是直接由图2-17(a)中伸张轮廓上相同半径切面的 伸张弦长BA和AC量得。同理B2及C2为展开轮廓上的两点。在实用上有时由设计者决定展开轮廓的形状，据以求得投射轮廓(例如高恩系列螺旋桨),其绘制程序与上述者相反。5 桨毂形状及尺度毂和毂帽的形状必须使水流顺滑地流过，避免产生旋涡。其尺度及形状可根据船舶实际

25、 情况和造船实践经验确定。下面提供的数据可作为设计时参考。图2-21表示毂部有关尺寸的符号，其相应的参考数据如下：dt 螺旋桨轴的轴径。此数据一般由轮机部门提供，若无此数据时，可利用图2-22来确定。图中Pd是最大连续功率时的收到马力；N是最大连续功率时的螺旋桨每分钟转数。dh 螺旋桨的毂径。一般可根据螺旋桨的轴径dt来确定。对于组合式螺旋桨：dh2.62.8dt对于整体式螺旋桨：dh 1.8 2.1 dtdi, d2毂前后两端的直径：d2/ dh=(0.75 0.90) ; ddh=(1.05 1.15)li 减轻孔的长度，一般最大值约为0.31。(10 毂长)。dad0 1234(Pd/

26、N)1/3566(5(43(2mmd径轴的轴桨桨旋螺图 2-21图 2-22S 毂部筒圆厚度，最小值约为O.75t0.2R, to.2R为桨叶0.2R处切面的厚度。ri, r2 叶面、叶背与毂连接处的圆弧半径：r i = 0.033 D ；2= 0.044D。10 桨毂长度。对于单桨船可用下式作为参考数值：组合式螺旋桨：Io = 2.7d t或Io = d h整体式螺旋桨：1。= 2.5d t或l0= d h + 100 mm或4(%)23 D 3 (其中D以米计)。D2在应用上述数据的同时，尚需考虑保证桨毂长度大于桨叶根部在侧投影上的长度。、 1 1(dt-ds)/ I。轴孔之锥度，一般为1

27、0 16至此总图绘制基本完毕。在总图上除绘制出桨叶的伸张轮廓、投射轮廓和侧投影轮廓外,最后应注明桨叶和桨毂的主要尺度，各种比值及必要的说明。 2-3螺旋桨制造工艺目前船用螺旋桨所用材料主要是金属材料，也有些用非金属材料。用金属材料制造螺旋桨的工艺过程如下：铸模造型浇铸金属一 毛坯加工成品检查 一安装使用。下面分别叙述螺旋桨材料和工艺过程的主要环节。一、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。我国用于制造螺旋桨的铜合金的化学成分和机械性能列于表2-1和表2-2中。锰青铜的机械强度高

28、，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。表2-1名称牌号铜Cu%锰Mn%铁Fe%锌Zn%铝AI%锰青铜HMnFe 55-3-15558340.50.15余量铝青铜ZHAI 67-5-2-266681.52.51.52.5余量46表2-2名称牌号抗拉强度cb(kgf / mm2)伸长率（%）锰青铜HMnFe 55-3-1砂模45,铁模50砂模15,铁模10铝青铜ZHAI 67-5-2-2 62 12铝青铜是以铜铝为主体，添加锰、铁、镍等元素构成的合金。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

29、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。铸铁螺旋桨成本低，铸造容易，但其机械强度低，质脆而易断，易被海水腐蚀，故使用 寿命短。由于强度低，切面厚度较大，降低螺旋桨效率，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蚀，使用寿命短， 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。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

30、璃钢螺旋桨具有重量轻（约为铜螺旋桨重量的1/41/3）、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，在长期负荷下有蠕变现象，耐 磨性较差，目前多用于内河螺旋桨。二、螺距板的计算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螺旋桨的制造质量。确定 螺距板的尺度不仅要考虑桨叶的螺距，而且要考虑铸造材料在浇注后的收缩、砖台厚度以及 螺旋桨本身的几何特点。下面分别讨论等螺距和径向变螺距螺旋桨的螺距板计算。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，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2-23，同时还应

31、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螺旋桨中心所成的扇形面积 （图2-23中的ABO）能遮蔽桨叶的正投影面积并留有一定边框（图2-23中的（f ）、（g）。设螺距板的弧长为 AB,于是求螺距板的实质就是求圆弧弧长AB和母线在轴向上的位移（螺距的一部分）问题。设(a)AB =bw,根（a）外螺距板位置；圆周与应角成例关从 据周长对的度比的条a+b图图2-23 得:bw2 n(i式中bwR螺距板底边长度（m）；螺旋桨半径（m）； 桨叶边缘加工余量（m）；砖台厚度（m）；螺距板包围的角度（ ）K 上述的a、 单位均为mm。(b)2

32、-23（b）外螺距板尺寸K)R a ba360(2-5)金属由热态变冷态的收缩系数，从表2-4查取。b、f和g值可根据螺旋桨直径大小（直径大者取大值）从表2-3查得，表中数值abfg材料铸铁钢铜合金15301006012070150K0.0080.0100.0180.0200.0130.015表 2-3表 2-4类似地，螺距板的高度从图2-24 （ b）有:hw1 P Hw360a+ Ht(2-6)式中 Hw 外螺距板所在半径处的桨叶螺距（m）；hw 外螺距板高度（m）；p 冷缩系数，p=0.010.02；Ht 砖台附加高度，Ht= 80100mm。(a)(c)一（a+b）AObHCDA ,

33、DWs/B , C图 2-24HARo= (1 + K )R Ri = R0 + a + bhNRn.b,CRR1c, da, dhWhWbNbW2 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。若属前者，则只 需两块螺距板。位于梢部的螺距板称外螺距板，在里面的叫内螺距板。若属后者，则除了外 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。外螺距板尺度可按（2-5）式和（2-6）式计算，但需注意，式中的Hw指的是半径为（1+K） R + a + b处的螺距。内螺距板与外螺距板的计算原理相同，但所处位置不同，螺距也不同。为了把内螺距板 斜边与中线的

34、交点置于叶面参考线OU上，其高度hN必须按下式计算：hN hN0 Ht AH S（2-7）式中符号如图2-24所示，其中hN0为内螺距板初始高度，可按下式计算： 式中Hn 内螺距板所在半径处的螺距 （m）;aHtH从图或从图式中，-内螺距板包围角度（ ）;-一砖台附加高度（m）;半径（1 + K）R + a + b处的螺距板初始高度 hwo与半径Rn处的螺距板初始高度 hhio在中线处之差。2-24 （ b）可知：2-24 （ b）可知，由于桨叶纵斜引起的高度差 为纵斜角。S为:这样（2-7）式可写成:1 P3601p门门a H w a H n(2-8)720Rn tg 内螺距板的宽度bN按下

35、式计算： bN 2 冗Rn（2-9）360式中，Rn表示内螺距板所在处半径。变螺距螺旋桨的内螺距板可按（2-8）式和（2-9）式计算，而外螺距板可按（2-5）式和（2-6）式计算。在实际工作中应根据具体情况确定Ht、a、a、以及a、b、f和g等数值。三、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。在下砂箱造型时，先将三角形之螺距板弯成适宜的圆柱面，然后用刮板沿垂直心轴及螺 距板斜边刮出叶面的螺旋面来。对等螺距桨叶，只需一块刮板，对径向线性变螺距桨叶按螺 距变化的部位需另加一副刮板，如图 2-25所示。若要求螺旋桨铸件毛坯具有较高的准确度，则可用木料或

36、金属做成桨叶模型，并将叶面 置于刮好的螺旋面上，然后安装上砂箱并将沙土桩实，将桨模取出后上下砂箱间即形成叶形 空腔，同时制作浇注系统。砂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，使其成为光顺的叶 形。36712T- 4*5(a)(b)XY75(a)(C)(d)Xx-x图 2-26桨叶模型 作：用薄6 8 1011 xOtT9(b)四、毛坯的浇铸金属螺旋桨的基本浇注方法有顶铸法和底铸法两种。1.顶铸法顶铸法如图2-27所示，将熔溶金属直接从冒口上方注入模腔。这种方法的

37、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（直径小于一米者）螺旋桨。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 见图2-26（b），最后把各小块砂土间缝隙修填平整，即可制作上砂箱。此外， 也可这样制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（俗称琵 琶板）如图2-26所示。琵琶板各切面样板间

38、空隙部分的总 面积应与桨叶的伸长面积相同。将样板间空隙填紧砂土，使砂面与各图 2-251-心轴；2-定位子台；3-刮板；4-砂箱；5-基准中心线；6-主刮板；7-外螺距板；8-内螺距板；9-副刮板；10-滑槽；11-铰图 2-281-密圭寸容器；2-坩埚；3-升液管；4毛坯；5-铸型；6-压缩空气管；7-压力表；8金属液2 底铸法它是在模腔最低点即桨毂下端引入金属液的。为了防止铸造螺旋桨的常见缺点，如桨叶 叶背出现氧化物和缩松现象，故采用这种浇铸系统。3 低压铸造低压铸造是利用压缩空气在密封容器1中（图2-28）造成一定压力（如35kgf/ cm2）,压在坩埚2的金属液面上，使其通过升液管3上升，平稳缓慢地进入铸型5使之充满毛坯型腔 4,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地加以控制，因此产生氧化