淺析可調(diào)槳槳葉螺栓擰緊力矩

李振男

摘 要：本文通過(guò)可調(diào)槳模型試驗(yàn)的數(shù)據(jù)得出槳葉螺栓的受力情況。分析了影響槳葉螺栓擰緊力矩的因素；提供了一種可調(diào)槳槳葉螺栓擰緊力矩的可行的算法；以及船廠擰槳葉螺栓的實(shí)際操作。初步分析了可調(diào)槳槳葉螺栓擰緊碰到的系列問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：可調(diào)槳；槳葉螺栓；預(yù)緊力；擰緊力矩

中圖分類號(hào)：TB115 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、概述

固定槳的“正倒車(chē)”要靠齒輪箱“換向”來(lái)完成，船速也只能通過(guò)犧牲主機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性做有限的調(diào)節(jié)。換成可調(diào)槳后就可以在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，用調(diào)整螺旋槳槳葉的角度來(lái)方便調(diào)節(jié)船速和實(shí)現(xiàn)倒車(chē)。由于可調(diào)槳槳葉大型化，不僅對(duì)槳葉本身的強(qiáng)度，而且對(duì)固定槳葉的螺栓（即槳葉螺栓）強(qiáng)度和預(yù)緊力的要求都要提高。

二、槳葉螺栓的強(qiáng)度

螺栓的強(qiáng)度是按材料的疲勞強(qiáng)度及剛度的不同而變化的，槳葉螺栓暴露在海水中，需采用不銹鋼、銅合金等高度防腐材料，我公司生產(chǎn)的可調(diào)槳中槳葉螺栓采用不銹鋼材料X4CrNiMo16-5-1，屈服強(qiáng)度達(dá)到750MPa以上。

采用全尺寸可調(diào)槳模型試驗(yàn)得出：槳葉螺栓受水動(dòng)力對(duì)葉片法蘭部產(chǎn)生的彎曲力矩和葉片本身的離心力產(chǎn)生拉力的合力。而各個(gè)螺栓上的附加應(yīng)力的大小也不相同，由圖1可知，作用在螺栓上力的方向在槳葉壓力面?zhèn)群臀γ鎮(zhèn)仁窍喾吹模鴥烧呖拷鼘?dǎo)邊前緣處的螺栓受力最大。

三、槳葉螺栓擰緊力矩確定

螺栓擰緊的方法有：扭矩?cái)Q緊法、旋轉(zhuǎn)角度擰緊法、液壓拉伸預(yù)緊法等。其中扭矩?cái)Q緊法操作簡(jiǎn)單、直觀，是最常用的螺栓擰緊方法。

3.1影響擰緊力矩設(shè)定的因素

設(shè)計(jì)槳葉螺栓的擰緊力矩時(shí)，須考慮以下三點(diǎn)：

（1）螺栓強(qiáng)度，不允許發(fā)生因擰緊力矩過(guò)大導(dǎo)致螺栓的屈服破壞而喪失聯(lián)接體的機(jī)能。

（2）槳葉法蘭盤(pán)的強(qiáng)度，槳葉的材料是銅合金，不能因?yàn)檫^(guò)大的擰緊力矩導(dǎo)致槳葉法蘭盤(pán)變形，從而使可調(diào)槳調(diào)距功能失效。

（3）確保不因擰緊力矩過(guò)小而導(dǎo)致槳轂漏油。

設(shè)計(jì)槳葉螺栓的擰緊力矩時(shí)，還須考慮擰槳葉螺栓時(shí)遇到的摩擦阻力的情況。擰緊力矩T與它所引起的螺栓軸向力F0間的關(guān)系，由擰緊力矩系數(shù)K確定，K值主要取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦系數(shù)fv（螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)）、fc（螺栓頭端面與被聯(lián)接件支承面間的摩擦系數(shù)），而對(duì)標(biāo)準(zhǔn)螺栓來(lái)說(shuō)，螺紋尺寸大小對(duì)K值的影響是很小的。螺紋的擰緊力矩系數(shù)K一般在0.1-0.3范圍內(nèi)變動(dòng)。

3.2槳葉螺栓擰緊力矩基本公式

（1）許用應(yīng)力[R]

[R]=ReH/n

式中：[R]單位N/mm2；ReH為上屈服強(qiáng)度，N/mm2；n為安全折算系數(shù)，見(jiàn)表1

（2）預(yù)緊應(yīng)力R

R=Ky[R]

式中：R單位N/mm2；Ky為預(yù)緊應(yīng)力系數(shù)。預(yù)緊力的大小需根據(jù)螺栓組受力的大小和連接的工作要求決定，一般規(guī)定擰緊后的螺紋聯(lián)接件預(yù)緊應(yīng)力不得大于其材料屈服點(diǎn)σs的80%。對(duì)于一般連接用鋼制螺栓，推薦的預(yù)緊力F計(jì)算如下：

碳素鋼螺栓：F=（0.6-0.7）σsAs；合金鋼螺栓：F=（0.5-0.6）σsAs；

式中：σs――螺栓材料的屈服點(diǎn)，MPa；As――螺栓公稱應(yīng)力截面積，mm2；槳葉螺栓采用不銹鋼材料，屈服強(qiáng)度高，槳葉材料又是采用質(zhì)地較軟的Cu3銅材料，因此我們采用槳葉螺栓的預(yù)緊應(yīng)力系數(shù)Ky=0.3208，經(jīng)船廠實(shí)際驗(yàn)證該系數(shù)符合使用要求。

（3）預(yù)緊力F

F=R·As

式中：F單位N；As為螺紋小徑截面積，mm2。

（4）預(yù)緊力矩T

T=K·F·d×10-3

式中：T單位N·m；K為擰緊力矩系數(shù)，一般取K=0.2；d為螺紋公稱直徑，mm。

3.3 船廠擰槳葉螺栓的實(shí)際操作

槳葉安裝的要求不僅是牢固可靠，而且要確保槳葉和槳葉座之間無(wú)任何泄漏。因此，安裝槳葉螺栓時(shí)，必須使用手動(dòng)擰緊工具施加預(yù)緊力矩。起初用手將螺栓擰入螺紋孔，一直用手?jǐn)Q到底，絕對(duì)不允許一開(kāi)始就用扳手?jǐn)Q螺栓。槳葉螺栓的螺紋表面及螺孔螺紋表面，噴涂一層二硫化鉬潤(rùn)滑劑防止螺紋咬死。對(duì)于每一個(gè)槳葉螺栓的緊固，至少分三次完成要求的擰緊力矩，例如：要到達(dá)的擰緊力矩為1500Nm，就分600Nm、1100Nm、1500Nm三次擰到位，要交叉逐次擰緊所有螺栓。

參考文獻(xiàn)

[1]劉關(guān)根，山本文雄.調(diào)距槳槳葉固定螺栓的強(qiáng)度研究[J].機(jī)電設(shè)備，1977（06）.

[2]郭永生，李永成.可調(diào)螺距螺旋槳螺栓緊固力矩之探討[J].中國(guó)修船，2007（04）.endprint

摘 要：本文通過(guò)可調(diào)槳模型試驗(yàn)的數(shù)據(jù)得出槳葉螺栓的受力情況。分析了影響槳葉螺栓擰緊力矩的因素；提供了一種可調(diào)槳槳葉螺栓擰緊力矩的可行的算法；以及船廠擰槳葉螺栓的實(shí)際操作。初步分析了可調(diào)槳槳葉螺栓擰緊碰到的系列問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：可調(diào)槳；槳葉螺栓；預(yù)緊力；擰緊力矩

中圖分類號(hào)：TB115 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、概述

固定槳的“正倒車(chē)”要靠齒輪箱“換向”來(lái)完成，船速也只能通過(guò)犧牲主機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性做有限的調(diào)節(jié)。換成可調(diào)槳后就可以在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，用調(diào)整螺旋槳槳葉的角度來(lái)方便調(diào)節(jié)船速和實(shí)現(xiàn)倒車(chē)。由于可調(diào)槳槳葉大型化，不僅對(duì)槳葉本身的強(qiáng)度，而且對(duì)固定槳葉的螺栓（即槳葉螺栓）強(qiáng)度和預(yù)緊力的要求都要提高。

二、槳葉螺栓的強(qiáng)度

螺栓的強(qiáng)度是按材料的疲勞強(qiáng)度及剛度的不同而變化的，槳葉螺栓暴露在海水中，需采用不銹鋼、銅合金等高度防腐材料，我公司生產(chǎn)的可調(diào)槳中槳葉螺栓采用不銹鋼材料X4CrNiMo16-5-1，屈服強(qiáng)度達(dá)到750MPa以上。

采用全尺寸可調(diào)槳模型試驗(yàn)得出：槳葉螺栓受水動(dòng)力對(duì)葉片法蘭部產(chǎn)生的彎曲力矩和葉片本身的離心力產(chǎn)生拉力的合力。而各個(gè)螺栓上的附加應(yīng)力的大小也不相同，由圖1可知，作用在螺栓上力的方向在槳葉壓力面?zhèn)群臀γ鎮(zhèn)仁窍喾吹模鴥烧呖拷鼘?dǎo)邊前緣處的螺栓受力最大。

三、槳葉螺栓擰緊力矩確定

螺栓擰緊的方法有：扭矩?cái)Q緊法、旋轉(zhuǎn)角度擰緊法、液壓拉伸預(yù)緊法等。其中扭矩?cái)Q緊法操作簡(jiǎn)單、直觀，是最常用的螺栓擰緊方法。

3.1影響擰緊力矩設(shè)定的因素

設(shè)計(jì)槳葉螺栓的擰緊力矩時(shí)，須考慮以下三點(diǎn)：

（1）螺栓強(qiáng)度，不允許發(fā)生因擰緊力矩過(guò)大導(dǎo)致螺栓的屈服破壞而喪失聯(lián)接體的機(jī)能。

（2）槳葉法蘭盤(pán)的強(qiáng)度，槳葉的材料是銅合金，不能因?yàn)檫^(guò)大的擰緊力矩導(dǎo)致槳葉法蘭盤(pán)變形，從而使可調(diào)槳調(diào)距功能失效。

（3）確保不因擰緊力矩過(guò)小而導(dǎo)致槳轂漏油。

設(shè)計(jì)槳葉螺栓的擰緊力矩時(shí)，還須考慮擰槳葉螺栓時(shí)遇到的摩擦阻力的情況。擰緊力矩T與它所引起的螺栓軸向力F0間的關(guān)系，由擰緊力矩系數(shù)K確定，K值主要取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦系數(shù)fv（螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)）、fc（螺栓頭端面與被聯(lián)接件支承面間的摩擦系數(shù)），而對(duì)標(biāo)準(zhǔn)螺栓來(lái)說(shuō)，螺紋尺寸大小對(duì)K值的影響是很小的。螺紋的擰緊力矩系數(shù)K一般在0.1-0.3范圍內(nèi)變動(dòng)。

3.2槳葉螺栓擰緊力矩基本公式

（1）許用應(yīng)力[R]

[R]=ReH/n

式中：[R]單位N/mm2；ReH為上屈服強(qiáng)度，N/mm2；n為安全折算系數(shù)，見(jiàn)表1

（2）預(yù)緊應(yīng)力R

R=Ky[R]

式中：R單位N/mm2；Ky為預(yù)緊應(yīng)力系數(shù)。預(yù)緊力的大小需根據(jù)螺栓組受力的大小和連接的工作要求決定，一般規(guī)定擰緊后的螺紋聯(lián)接件預(yù)緊應(yīng)力不得大于其材料屈服點(diǎn)σs的80%。對(duì)于一般連接用鋼制螺栓，推薦的預(yù)緊力F計(jì)算如下：

碳素鋼螺栓：F=（0.6-0.7）σsAs；合金鋼螺栓：F=（0.5-0.6）σsAs；

式中：σs――螺栓材料的屈服點(diǎn)，MPa；As――螺栓公稱應(yīng)力截面積，mm2；槳葉螺栓采用不銹鋼材料，屈服強(qiáng)度高，槳葉材料又是采用質(zhì)地較軟的Cu3銅材料，因此我們采用槳葉螺栓的預(yù)緊應(yīng)力系數(shù)Ky=0.3208，經(jīng)船廠實(shí)際驗(yàn)證該系數(shù)符合使用要求。

（3）預(yù)緊力F

F=R·As

式中：F單位N；As為螺紋小徑截面積，mm2。

（4）預(yù)緊力矩T

T=K·F·d×10-3

式中：T單位N·m；K為擰緊力矩系數(shù)，一般取K=0.2；d為螺紋公稱直徑，mm。

3.3 船廠擰槳葉螺栓的實(shí)際操作

槳葉安裝的要求不僅是牢固可靠，而且要確保槳葉和槳葉座之間無(wú)任何泄漏。因此，安裝槳葉螺栓時(shí)，必須使用手動(dòng)擰緊工具施加預(yù)緊力矩。起初用手將螺栓擰入螺紋孔，一直用手?jǐn)Q到底，絕對(duì)不允許一開(kāi)始就用扳手?jǐn)Q螺栓。槳葉螺栓的螺紋表面及螺孔螺紋表面，噴涂一層二硫化鉬潤(rùn)滑劑防止螺紋咬死。對(duì)于每一個(gè)槳葉螺栓的緊固，至少分三次完成要求的擰緊力矩，例如：要到達(dá)的擰緊力矩為1500Nm，就分600Nm、1100Nm、1500Nm三次擰到位，要交叉逐次擰緊所有螺栓。

參考文獻(xiàn)

[1]劉關(guān)根，山本文雄.調(diào)距槳槳葉固定螺栓的強(qiáng)度研究[J].機(jī)電設(shè)備，1977（06）.

[2]郭永生，李永成.可調(diào)螺距螺旋槳螺栓緊固力矩之探討[J].中國(guó)修船，2007（04）.endprint

摘 要：本文通過(guò)可調(diào)槳模型試驗(yàn)的數(shù)據(jù)得出槳葉螺栓的受力情況。分析了影響槳葉螺栓擰緊力矩的因素；提供了一種可調(diào)槳槳葉螺栓擰緊力矩的可行的算法；以及船廠擰槳葉螺栓的實(shí)際操作。初步分析了可調(diào)槳槳葉螺栓擰緊碰到的系列問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：可調(diào)槳；槳葉螺栓；預(yù)緊力；擰緊力矩

中圖分類號(hào)：TB115 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

一、概述

固定槳的“正倒車(chē)”要靠齒輪箱“換向”來(lái)完成，船速也只能通過(guò)犧牲主機(jī)的燃油經(jīng)濟(jì)性做有限的調(diào)節(jié)。換成可調(diào)槳后就可以在發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不變的情況下，用調(diào)整螺旋槳槳葉的角度來(lái)方便調(diào)節(jié)船速和實(shí)現(xiàn)倒車(chē)。由于可調(diào)槳槳葉大型化，不僅對(duì)槳葉本身的強(qiáng)度，而且對(duì)固定槳葉的螺栓（即槳葉螺栓）強(qiáng)度和預(yù)緊力的要求都要提高。

二、槳葉螺栓的強(qiáng)度

螺栓的強(qiáng)度是按材料的疲勞強(qiáng)度及剛度的不同而變化的，槳葉螺栓暴露在海水中，需采用不銹鋼、銅合金等高度防腐材料，我公司生產(chǎn)的可調(diào)槳中槳葉螺栓采用不銹鋼材料X4CrNiMo16-5-1，屈服強(qiáng)度達(dá)到750MPa以上。

采用全尺寸可調(diào)槳模型試驗(yàn)得出：槳葉螺栓受水動(dòng)力對(duì)葉片法蘭部產(chǎn)生的彎曲力矩和葉片本身的離心力產(chǎn)生拉力的合力。而各個(gè)螺栓上的附加應(yīng)力的大小也不相同，由圖1可知，作用在螺栓上力的方向在槳葉壓力面?zhèn)群臀γ鎮(zhèn)仁窍喾吹模鴥烧呖拷鼘?dǎo)邊前緣處的螺栓受力最大。

三、槳葉螺栓擰緊力矩確定

螺栓擰緊的方法有：扭矩?cái)Q緊法、旋轉(zhuǎn)角度擰緊法、液壓拉伸預(yù)緊法等。其中扭矩?cái)Q緊法操作簡(jiǎn)單、直觀，是最常用的螺栓擰緊方法。

3.1影響擰緊力矩設(shè)定的因素

設(shè)計(jì)槳葉螺栓的擰緊力矩時(shí)，須考慮以下三點(diǎn)：

（1）螺栓強(qiáng)度，不允許發(fā)生因擰緊力矩過(guò)大導(dǎo)致螺栓的屈服破壞而喪失聯(lián)接體的機(jī)能。

（2）槳葉法蘭盤(pán)的強(qiáng)度，槳葉的材料是銅合金，不能因?yàn)檫^(guò)大的擰緊力矩導(dǎo)致槳葉法蘭盤(pán)變形，從而使可調(diào)槳調(diào)距功能失效。

（3）確保不因擰緊力矩過(guò)小而導(dǎo)致槳轂漏油。

設(shè)計(jì)槳葉螺栓的擰緊力矩時(shí)，還須考慮擰槳葉螺栓時(shí)遇到的摩擦阻力的情況。擰緊力矩T與它所引起的螺栓軸向力F0間的關(guān)系，由擰緊力矩系數(shù)K確定，K值主要取決于兩個(gè)摩擦副的摩擦系數(shù)fv（螺紋當(dāng)量摩擦系數(shù)）、fc（螺栓頭端面與被聯(lián)接件支承面間的摩擦系數(shù)），而對(duì)標(biāo)準(zhǔn)螺栓來(lái)說(shuō)，螺紋尺寸大小對(duì)K值的影響是很小的。螺紋的擰緊力矩系數(shù)K一般在0.1-0.3范圍內(nèi)變動(dòng)。

3.2槳葉螺栓擰緊力矩基本公式

（1）許用應(yīng)力[R]

[R]=ReH/n

式中：[R]單位N/mm2；ReH為上屈服強(qiáng)度，N/mm2；n為安全折算系數(shù)，見(jiàn)表1

（2）預(yù)緊應(yīng)力R

R=Ky[R]

式中：R單位N/mm2；Ky為預(yù)緊應(yīng)力系數(shù)。預(yù)緊力的大小需根據(jù)螺栓組受力的大小和連接的工作要求決定，一般規(guī)定擰緊后的螺紋聯(lián)接件預(yù)緊應(yīng)力不得大于其材料屈服點(diǎn)σs的80%。對(duì)于一般連接用鋼制螺栓，推薦的預(yù)緊力F計(jì)算如下：

碳素鋼螺栓：F=（0.6-0.7）σsAs；合金鋼螺栓：F=（0.5-0.6）σsAs；

式中：σs――螺栓材料的屈服點(diǎn)，MPa；As――螺栓公稱應(yīng)力截面積，mm2；槳葉螺栓采用不銹鋼材料，屈服強(qiáng)度高，槳葉材料又是采用質(zhì)地較軟的Cu3銅材料，因此我們采用槳葉螺栓的預(yù)緊應(yīng)力系數(shù)Ky=0.3208，經(jīng)船廠實(shí)際驗(yàn)證該系數(shù)符合使用要求。

（3）預(yù)緊力F

F=R·As

式中：F單位N；As為螺紋小徑截面積，mm2。

（4）預(yù)緊力矩T

T=K·F·d×10-3

式中：T單位N·m；K為擰緊力矩系數(shù)，一般取K=0.2；d為螺紋公稱直徑，mm。

3.3 船廠擰槳葉螺栓的實(shí)際操作

槳葉安裝的要求不僅是牢固可靠，而且要確保槳葉和槳葉座之間無(wú)任何泄漏。因此，安裝槳葉螺栓時(shí)，必須使用手動(dòng)擰緊工具施加預(yù)緊力矩。起初用手將螺栓擰入螺紋孔，一直用手?jǐn)Q到底，絕對(duì)不允許一開(kāi)始就用扳手?jǐn)Q螺栓。槳葉螺栓的螺紋表面及螺孔螺紋表面，噴涂一層二硫化鉬潤(rùn)滑劑防止螺紋咬死。對(duì)于每一個(gè)槳葉螺栓的緊固，至少分三次完成要求的擰緊力矩，例如：要到達(dá)的擰緊力矩為1500Nm，就分600Nm、1100Nm、1500Nm三次擰到位，要交叉逐次擰緊所有螺栓。

參考文獻(xiàn)

[1]劉關(guān)根，山本文雄.調(diào)距槳槳葉固定螺栓的強(qiáng)度研究[J].機(jī)電設(shè)備，1977（06）.

[2]郭永生，李永成.可調(diào)螺距螺旋槳螺栓緊固力矩之探討[J].中國(guó)修船，2007（04）.endprint