[实用新型]螺旋式键连接复合材料螺旋桨

说明书

技术领域

本实用新型涉及复合材料螺旋桨，具体为一种螺旋式键连接复合材料螺旋桨。

背景技术

在现代船舶工业中，金属螺旋桨的制造大多都是整体成型，或采用模铸成型或采用数控机床加工成型，制造费用高昂；而对于纤维增强复合材料螺旋桨来说，整体成型时精度不易控制，任何一个桨叶成型精度达不到要求，就会导致螺旋桨不满足要求而报废。并且对于制造多桨叶或是盘面比较大螺旋桨来说，整体式成型的方式使得模具结构较复杂且不易脱模，因此无论从尺寸、重量上还是从制造成本上制造单个叶片所用的模具均优于整体式螺旋桨模具。另外，螺旋桨长长年浸泡于水下，并在长期工作中极易受到空泡腐蚀和水下撞击，导致个别叶片产生局部的腐蚀和损坏，必须进行昂贵、繁复的整体性拆卸、维修或更换等工作。

目前，组合式复合材料螺旋桨的安装配合形式有多种，如法兰翻边螺栓连接、直柄抱瓦连接、或耳插螺栓连接等。但上述连接方式中常常包含有金属嵌件或螺钉，使配合产生间隙，导致振动大，连接强度较低，因此多用于空气中螺旋叶片的安装。对于在水中旋转的螺旋桨，其受力明显高于在空气中旋转的螺旋桨，上述连接方式一定程度上影响了配合的精度，不满足水下重载作用下的连接强度要求，且设置的几何结构繁琐又不便于拆卸、维修或更换等工作，在工程应用方面缺乏通用性。

发明内容

本实用新型就是为了克服上述不足，提供一种结构简单、装配方便、精度高的螺旋式键连接复合材料螺旋桨。为实现上述目的，本实用新型设计的螺旋式键连接复合材料螺旋桨，包括桨叶和桨毂，所述桨毂中设有轴孔，该桨毂为截头的圆锥体，桨毂表面设有螺旋键槽，所述螺旋键槽自桨毂上游端面延伸至下游端面，呈螺旋线形，其螺距角与桨叶叶根处螺旋线螺距角相同，所述螺旋键槽横截面为燕尾型，螺旋键槽的键槽底面自桨毂上游端面延伸至下游端面均位于以桨毂轴线为中心线的同一半径的圆柱面上，宽度始终相同，所述桨叶包括桨叶叶片和与桨毂键槽相配合的连接键，该连接键与桨叶叶片根部相连，且与桨叶叶片根部螺旋线旋向重合。

进一步地，所述桨叶连接键与桨毂键槽相对应截面处的深度相同，其深度范围为0.35H~0.40H，以保证叶根连接处的强度和刚度要求，其中H为螺旋桨桨毂厚度。

进一步地，所述键槽燕尾截面的斜面与底面的夹角处倒圆，桨叶连接键与此倒圆对应的拐角处亦倒圆。

进一步地，所述桨叶叶片及连接键两部分采用复合材料，桨毂采用金属材料。

进一步地，所述键槽燕尾型截面的斜面与底面圆弧对应弦长的夹角为?，?取值在65°~80°之间。

进一步地，所述键槽底边圆弧所对应的弦长长度为[(1.3-0.04Z)*T+2tan*H0]，其中T为桨叶叶根处的最大厚度值，Z为桨叶的数目，H0为叶根处对应的桨毂厚度值。

装配时，将带连接键的桨叶旋入桨毂键槽，桨叶将在楔形原理作用下与桨毂紧密配合。拆卸时，仅需将带连接键的桨叶旋出。

与现有技术相比，本实用新型采用楔形榫头的连接方式，结合桨叶叶根处的螺距角参数，对桨叶连接键和键槽进行造型设计，使之在保证螺旋桨桨叶与桨毂连接强度和刚度的前提下，仅依靠简单的几何结构物理连接，即可实现复合材料螺旋桨的制造。与此同时通过螺旋式插入的方式能够实现无间隙、高精度配合，既能满足桨叶及连接键的加工精度要求，又能牢固地将桨叶装配在桨毂上，从而减小了配合不紧带来的振动，且螺旋槽受力均匀，消除了直槽或者斜槽中较为常见的应力集中现象。该复合材料螺旋桨桨叶与桨毂配合连接的设计方法结构简单实用、装配牢固、制造成本低、维修更换简便、适用范围较广，在船舶螺旋桨的制造和应用上具有通用性。

附图说明

图1是螺旋桨的完整组合结构立体图。

图2是带连接键的桨叶结构示意图。

图3是带槽桨毂的结构示意图。

图4是带连接键桨叶与桨毂配合安装的结构立体图。

图5是螺旋桨桨毂截面结构示意图。

图中：桨叶1，桨毂2，桨毂轴孔3，桨叶叶片,1-1，桨叶连接键1-2，键斜面1-2-1，键上与槽对应面1-2-2，连接键顶面1-2-3，键倒圆1-2-4，桨毂键槽4，键槽斜面4-1，键槽底面4-2，键槽夹角处倒圆4-3，键槽底面对应弦长4-2a。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。

如图所示螺旋式键连接复合材料螺旋桨，主要包括桨叶1和桨毂2，桨毂2是一个截头的圆锥体，采用金属材料加工而成，桨毂2中设有轴孔3，表面设有螺旋键槽4，螺旋键槽4自桨毂上游端面延伸至下游端面，呈螺旋线形，其螺距角与桨叶叶根处螺旋线螺距角相同。螺旋键槽4横截面为燕尾型，螺旋键槽4的键槽底面自桨毂上游端面延伸至下游端面均位于以桨毂2轴线为中心线的同一半径的圆柱面上，宽度始终相同，桨毂沿轴向截面为变截面，其深度范围为0.35H~0.40H，以保证叶根连接处的强度和刚度要求，其中H为螺旋桨桨毂厚度。螺旋键槽4燕尾型截面的斜面4-1与底面圆弧4-2对应的弦长4-2a夹角为 ， 取值在65°-80°之间，此夹角处倒圆4-3，防止应力集中现象的出现。弦长4-2a长度为[(1.3-0.04Z)*T+2tan*H0]，其中T为桨叶叶根处的最大厚度值，Z为桨叶的数目，H0为叶根处对应的桨毂厚度值。桨叶1采用复合材料加工而成，包括桨叶叶片1-1和与桨毂键槽4相配合的连接链1-2，连接链1-2与键槽倒圆4-3对应处亦作倒圆1-2-4处理，该连接键1-2与桨叶叶片1-1根部相连，且与桨叶叶片1-1根部螺旋线旋向重合。装配时，将带连接键1-2的桨叶1螺旋插入桨毂2键槽4，桨叶1将在楔形原理作用下与桨毂2的配合越来越紧。拆卸时，将带连接键1-2的桨叶1旋出即可。