一种分体式螺旋桨的制作方法

本实用新型属于船舶推进器技术领域，涉及一种分体式螺旋桨。

背景技术：

船用螺旋桨是船舶的核心部件，主要功能是发动机带动螺旋桨旋转产生的反推力使船舶前进或后退，有时也可协助船舶回转。船用螺旋桨一般采用金属材料，但金属螺旋桨存在阻尼性能差、水下辐射噪声大，以及重量大、抗腐蚀能力差等问题。随后，有人提出采用复合材料制备螺旋桨，复合材料以其低振动、低噪音、抗疲劳、耐腐蚀、比强度和比刚度高、易维修等优点，应用潜力巨大。

对于大型船舶，受螺旋桨使用工况和成型工艺装备、成型工艺方法的制约，大尺度船舶复合材料螺旋桨需要采用金属桨毂与叶片单独成型、后期连接装配的结构形式。

目前，金属桨毂与复合材料叶片的连接通常采用叶柄镶嵌式和燕尾榫卯式，叶柄镶嵌式适用于小型金属螺旋桨，大型复合材料螺旋桨，一般采用将叶片根部榫头沿桨毂轴向嵌入金属桨毂外表面的榫槽中的燕尾榫卯形式连接，但这种连接结构存在如下问题：

(1)叶片根部榫头特征与光顺过渡的叶片型面存在截面突变的拐角区域，在叶片制造过程中存在增强纤维架桥、纤维连续性差等固有的工艺缺陷，导致螺旋桨工作的可靠性降低，给船舶带来安全风险；

(2)叶片根部榫头特征需通过机械加工保证与金属桨毂的可装配性，而复合材料加工精度和装配精度较低，装配间隙的存在，降低了叶片的自振频率，易产生共振；

(3)由于该结构形式在安装过程中无法施加预紧力，叶片榫卯结构在疲劳测试后会出现一定的松动，连接刚度变差，导致推进效率下降。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种分体式螺旋桨，解决了现有螺旋桨结构刚度差的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种分体式螺旋桨，由内桨毂、外桨毂和叶片组成，外桨毂安装在内桨毂外侧，叶片周向安装在外桨毂上，外桨毂由多个外桨毂模块拼接组成，叶片与外桨毂模块数量相同，叶片通过紧固螺栓固定在外桨毂模块上，外桨毂模块通过径向螺栓固定在内桨毂上。

本实用新型的技术特征还在于，

外桨毂模块由基座和压块组成，基座远离内桨毂的侧面上开设有与压块和叶片根部相配合的凹槽，叶片根部嵌入在基座和压块之间，压块、叶片和基座通过紧固螺栓连接。

基座内侧面上设置有径向的削边短轴，内桨毂侧面上开设有与削边短轴相配合的定位孔。

削边短轴自由端底部设置有削边平面，削边平面与削边短轴中心线的夹角为25°～30°，定位孔内壁设置有与削边平面相配合的斜面。

削边短轴的直径为叶片最大厚度的1.5～2倍。

内桨毂底面直径大于顶面直径，内桨毂外侧面为弧形面，内桨毂中心开设有与传动轴相配合的接口。

本实用新型的有益效果是：

(1)采用内桨毂、外桨毂和叶片组成螺旋桨，外桨毂安装在内桨毂外侧，外桨毂由七个外桨毂模块拼接组成，叶片与外桨毂模块数量相同，叶片通过紧固螺栓固定在外桨毂模块上，外桨毂模块通过上下径向螺栓固定在内桨毂上，使螺旋桨整体具有较高的结构刚度，而且便于装配和拆卸；

(2)对金属桨毂进行模块化结构设计，将其分为内、外两个部分，内桨毂为整体结构，外桨毂为组合式拼接模块结构，每个桨毂模块上固连一个复合材料叶片，提高了叶片连接结构的可设计性；

(3)外桨毂模块由基座和压块组成，叶片根部嵌入在基座和压块之间，形成互换性和整体性更高的叶片固连组件，减小了叶片与桨毂的配合间隙；

(4)通过在外桨毂模块的基座上设置削边短轴，削边短轴上设置有削边平面，在内桨毂侧面上开设与削边短轴相配合的定位孔，提高了外桨毂模块与内桨毂的装配精度，采用径向螺栓将叶片固连组件紧固锁定在内桨毂上，提高了螺旋桨组装的便捷性。

附图说明

图1是本实用新型分体式螺旋桨的立体结构示意图；

图2是图1中a处的局部放大示意图；

图3是本实用新型分体式螺旋桨的平面结构示意图；

图4是本实用新型分体式螺旋桨中叶片、基座与压块的装配过程示意图；

图5是本实用新型分体式螺旋桨中外桨毂模块的结构示意图；

图6是本实用新型分体式螺旋桨中外桨毂模块的立体结构示意图；

图7是本实用新型分体式螺旋桨中外桨毂模块与内桨毂的装配过程示意图；

图8是本实用新型分体式螺旋桨中内桨毂与外桨毂模块的结构示意图。

图中，1.内桨毂，2.基座，3.压块，4.叶片，5.径向螺栓，6.紧固螺栓，7.外桨毂，8.削边短轴，9.削边平面，10.斜面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型进行详细说明。

本实用新型一种分体式螺旋桨，参照图1和图2，由内桨毂1、外桨毂7和叶片4组成，外桨毂7安装在内桨毂1外侧，叶片4周向安装在外桨毂7上，外桨毂7由七个外桨毂模块拼接组成，叶片4与外桨毂模块数量相同，叶片4通过紧固螺栓6固定在外桨毂模块上，外桨毂模块通过上下径向螺栓5固定在内桨毂1上，紧固螺栓6与径向螺栓5相互错位(见图3)。

参照图4～图6，外桨毂模块由基座2和压块3组成，基座2远离内桨毂1的侧面上开设有与压块3和叶片4根部相配合的凹槽，叶片4根部嵌入在基座2和压块3之间，嵌入的叶片4根部长度占叶片总长度的5％，叶片4根部长度不小于40mm。压块3的左侧面与基座2的右侧面相互平行，均为光滑的曲面。

凹槽侧壁上下部分别开设有与径向螺栓5相配合的螺栓孔，压块3相对的位置上也开设有与径向螺栓5相配合的螺栓孔，没有凹槽的基座2侧面上下部也开设有与径向螺栓5相配合的螺栓孔，一个外桨毂模块通过四个径向螺栓5固定在内桨毂1上，保证了外桨毂模块与内桨毂的稳定性。

压块3、叶片4和基座2通过水平紧固螺栓6连接，基座2和压块3的顶部侧面相贴，通过一根紧固螺栓6连接；叶片4根部位于基座2和压块3的中间侧面之间，压块3、叶片4和基座2通过四根紧固螺栓6连接固定；基座2和压块3的底部侧面相贴，通过一根紧固螺栓6连接。

基座2内侧面上设置有径向的削边短轴8，内桨毂1侧面上开设有与削边短轴8相配合的定位孔。

参照图7和图8，削边短轴8自由端底部设置有削边平面9，削边平面9与削边短轴8中心线的夹角为25°～30°，定位孔内壁设置有与削边平面9相配合的斜面10，削边平面9与斜面10作为组合基准表面，保证了内桨毂1与外桨毂7具有较高的定位精度。

削边短轴8的直径为叶片4最大厚度的1.5～2倍。

内桨毂1为圆台状，底面直径大于顶面直径，内桨毂1外侧面为弧形面，内桨毂1中心开设有与传动轴相配合的接口。

叶片4采用碳纤维增强环氧树脂制成，内桨毂1和外桨毂7均采用金属材料制成。

在安装本实用新型分体式螺旋桨时，具体包括以下步骤：

步骤1：分别准备七个基座2、压块3和叶片4，一个基座2对应一个压块3和一个叶片4，对基座2、压块3和叶片4进行模拟装配，完成配对工作；

步骤2：对基座2、压块3与叶片4的配合面进行砂纸打磨和丙酮去油污处理，然后晾干待用；

步骤3：将环氧结构胶均匀涂抹在叶片4与基座2、压块3的配合面上，然后将叶片4根部插入基座2凹槽中，用压块3压紧叶片4根部，最后用紧固螺栓6依次穿过压块3、叶片4和基座2，将压块3、叶片4和基座2固定在一起，形成叶片固连组件；

步骤4，重复步骤3，完成其余叶片固连组件的装配；

步骤5：将叶片固连组件的削边短轴8插入内桨毂1的定位孔中，然后用两个径向螺栓5依次穿过压块3、基座2和内桨毂1，将叶片固连组件固定在内桨毂1外侧面上，再用两个径向螺栓5依次穿过基座2和内桨毂1；

步骤6：重复步骤5，将其余叶片固连组件安装在内桨毂1外侧面上，即完成分体式螺旋桨的装配。

对本实用新型分体式螺旋桨进行疲劳寿命考核，考核后，该分体式螺旋桨的叶片根部与压块、基座之间均无间隙，叶片的叶梢无晃动；对其进行激光扫描，发现所有叶片各剖面与三维模型偏差均满足±0.35mm，仍能满足正常使用要求，叶片根部无损检测的合格率为100％。

以燕尾榫卯形式连接，将叶片根部榫头沿桨毂轴向嵌入桨毂外表面的榫槽中，制成燕尾榫卯式螺旋桨。

检验对本实用新型分体式螺旋桨和燕尾榫卯式复合材料螺旋桨中叶片的合格率以及疲劳测试后连接刚度，具体结果如表1所示：

表1

以上结果表明，本发明螺旋桨的叶片成型难度低，叶片根部光顺过渡区无损检验合格率高，疲劳测试后叶根连接区域无脱胶和间隙，叶梢无晃动，激光扫描的叶片剖面与三维模型的偏差值均满足指标要求，叶片连接结构具有良好的刚度和精度；而采用榫头连接结构制备的复合材料螺旋桨，叶片根部截面厚度突变区，无损检验合格率低，且疲劳测试后叶片连接间隙增大，导致叶梢出现明显晃动，易产生共振，梢部区域剖面与三维模型对比，偏差量大，会严重影响推进效率。

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