1、本科毕业论文（20 届）缠绕物可自动排除的船舶推进器设计所在学院 专业班级 机械设计制造及自动化 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 本科生毕业论文II摘 要人类已经进入 21 世纪，有人将 21 世纪称为海洋世纪和海洋经济世纪，可见海洋在当今世界的重要意义。说起航海，不能不提及船舶。水中的船舶、地面的车辆和空中的飞机，都是人类发明的运载工具。船舶是指能航行或停泊于水域进行运输或作业工具，按不同的使用要求而具有不同的技术性能、装备和结构型式。船舶在国防、国民经济和海洋开发等方面都占有十分重要的地位。人类使用各种船舶在水域中进行交通运输、渔业生产、资源开发和军事活动。在祖国密如蛛网
2、的江河和辽阔的湖海上，来往如梭的大小船舶，满载着广大工农兵和各种货物，为社会主义革命和社会主义建设日夜奔忙。经过多年的实践和体验，发现：船舶在航行中，当船体底部接近或接触到海中悬浮物（网具、绳索及其他）时，这些悬浮物在船体线型的作用下，随着水流将迅速流向船舶尾部，悬浮物极容易被正在运转的螺旋桨吸入，这样悬浮物就容易缠绕在螺旋桨上。事故发生后，轻则影响航速，重则螺旋桨阻力增加、甚至阻转，造成船舶事故，严重影响了船舶的航行安全和正常的生产作业。目前，处理方法只是停机停航，派潜水员下海用刀切割缠绕物，或用其他船舶拖到岸边或港口，搁浅进行拖拉办法去掉缠绕物，还没有更好的办法。这给渔民的生产、生活乃至军
3、用船舶带来了一定的隐患。基于此类问题的急待解决，课题组经过反复，全面的研究，提出了缠绕物可自动排除的船舶推进器设计科研开发项目。本文主要设计了缠绕物的预防装置和排除装置来解决以上问题。船舶螺旋桨缠绕异物预防与排除技术，综合运用现代工程、船舶、机械、电子以及航海驾驶等多科学技术于一体，运用各种最新科技手段，预防与排除船舶螺旋桨缠绕异物，确保船舶特别渔业船舶的航行安全和正常的生产作业。关键词：船舶； 螺旋桨；缠绕物； 预防与排除机构本科生毕业论文IIIAbstractThe humanity already entered for the 21st century, some people wer
4、e called the 21st century the sea century and the sea economical century, obviously sea in now world vital significance. Said the navigation, has no alternative but to mention the ships. In the water ships, the ground vehicles and the airborne airplane, all are the carrier which the humanity invents
5、. The ships are refer can navigate either anchor to the waters carry on the transportation or the work tool, has the different technical performance, the equipment and the structure pattern according to the different operation requirements. The ships in aspect and so on national defense, national ec
6、onomy and ocean development all hold the extremely important status. The humanity uses each kind of ships to carry on the transportation, the fishery production, the resources development and the military activity in the waters.In motherland dense like spider web rivers and streams and vast lake mar
7、ine, communicates like the shuttle big and small ships, the full load general workers, peasants and soldiers and each Plants the cargo, day and night rushes about for the socialist revolution and the socialist construction. After many years practice and the experience, discovered that, Ships in navi
8、gation, when the hull base approaches or contacts in the sea the suspension (fishing gear, rope and other), these suspensions under the hull linear function, along with the current of water rapidly flow to the ships rear part, the suspension extremely easily the propeller inspiration which revolves,
9、 such suspension on is easy to twine on the propeller. After the accident occurs, lightly affects the speed, the heavy piece of propeller resistance increases, even the anti- extension, creates the ships accident, seriously has affected the ships navigation safe and the normal production work. At pr
10、esent, the processing method only is the engine off suspends air service, sends the diver to go to sea with the knife to cut twines the thing, either tows with other ships to the shore or the harbor, reaches a deadlock carries on hauls the means to remove twines the thing, but also does not have bet
11、ter means. This for fishermans production, the life and even the military ships has brought the certain hidden danger. Urgently needs the solution based on this kind of question, topic group process relapse, the comprehensive research, proposed “Ships Propeller Twines Foreign matter Prevention with
12、to remove Technology“ the scientific research development project. This paper was designed to prevent device that wound and eliminate devices to solve the above problems. The ships propeller twines the foreign matter prevention with to remove the technology, the synthesis utilization modern project,
13、 the ships, the machinery, electronic as well as navigation driving and so on the multi- science and technology to a body, utilizes each newest technical method, prevents with removes the ships propeller to twine the foreign matter, guarantees the ships special fishery ships the navigation safe and
14、the normal production work. Key words: Ships; Propeller; Twines the thing; The prevention with removes the organization本科生毕业论文III目 录前言 .1第 1 章 螺旋桨 .21.1 螺旋桨 .31.1.1 螺旋桨的基本概念 .31.1.2 螺旋桨的基本工作原理 .51.1.3 螺旋桨的主要参数及其描述 .91.2 螺旋桨的简化设计 .12第二章 螺旋桨传动轴的确定及其参数计算 .162.1 船舶轴系 .162.1.1 船舶轴系的功用与要求 .162.1.2 舶轴系的任务及
15、其组成 .162.1.3 船舶轴系的布置与设计要求 .172.2 传动轴设计 .182.2.1 轴的结构设计 .182.2.2 传动轴基本直径计算 .18第三章 船舶螺旋桨缠绕物的预防装置设计 .203.1 船舶螺旋桨缠绕物的预防装置设计方案 .203.2 船舶螺旋桨缠绕物的预防装置设计 .203.2.1 套筒螺旋桨推进器简介 .203.2.2 套筒螺旋桨设计 .213.2.3 套筒构造和安装 .25第四章 船舶螺旋桨缠绕物的排除机构设计方案 .274.1 船舶螺旋桨缠绕物的排除机构设计方案 .274.2 船舶螺旋桨缠绕物排除装置的具体设计 .284.2.1 机构的材料选用 .284.2.2
16、机构的具体设计 .33小 结 .36致 谢 .37参考文献 .38本科生毕业论文1前言人类已经进入 21 世纪，有人将 21 世纪称为海洋世纪和海洋经济世纪，可见海洋在当今世界的重要意义。由于科学技术的进步，新型船舶不断涌现，性能日臻完善，人类使用各种船舶在水域中进行交通运输、渔业生产、资源开发和军事活动。在祖国密如蛛网的江河和辽阔的湖海上，来往如梭的大小船舶，满载着广大工农兵和各种货物，为社会主义革命和社会主义建设日夜奔忙。经过多年的实践和体验，发现：船舶在航行中，当船体底部接近或接触到海中悬浮物（网具、绳索及其他）时，这些悬浮物在船体线型的作用下，随着水流将迅速流向船舶尾部，悬浮物极容易被
17、正在运转的螺旋桨吸入，这样悬浮物就容易缠绕在螺旋桨上。事故发生后，轻则影响航速，重则螺旋桨阻力增加、甚至阻转，造成船舶事故，严重影响了船舶的航行安全和正常的生产作业。目前，处理方法只是停机停航，派潜水员下海用刀切割缠绕物，或用其他船舶拖到岸边或港口，搁浅进行拖拉办法去掉缠绕物，还没有更好的办法。这给人类在水域中进行的交通运输、渔业生产、资源开发和军事活动带来了一定的隐患。当前我国船舶工业正面临着一个生存与发展的关键时期,依靠科技进步发展船舶工业已是全行业上下一致的共识。在科学技术发展过程中，许多机械装置的性能在人们还不太清楚的时候，就已经广泛使用了。但是人们在不完全理解它的物理规律和没有完整的
18、理论分析以前，这些装置很难达到它的最优性能。螺旋桨也不例外，直到 1860 年，虽然它在海船上已经成为一枝独秀，但是它的成就全都是依靠多年积累的经验。螺旋桨的进步，只依靠专家们的直观推理，已经不能满足船舶技术的发展需要，它有待科学家对其流体动力特性做出完整的解释，这就促使螺旋桨理论的发展。螺旋桨的理论研究，在船舶技术发展过程中，它比任何一个专业领域都做得多，从经验方法过渡到数字化设计，再进而应用计算机技术进行螺旋桨最佳化的设什。一个好的螺旋桨其设计是非常重要的，模型试验也起着主要的作用。随着技术的进步，螺旋桨的上述缺陷，一个一个地克服，螺旋桨在船舶中的运用是越来越普遍，它推动了人类航海事业的发
19、展，对世界经济的发展和交流起着不可忽视的作用，提高和改善螺旋桨的性能也成了当今船舶事业中一项重要的工作。现今航海中船舶螺旋桨经常遇到的就是水中悬浮物的缠绕问题，在如今的航海事业中，还未有一套特有的装置来处理此问题，目前的处理方法只是停机停航，派潜水员下海用刀切割缠绕物，或用其他船舶拖到岸边或港口，搁浅进行拖拉办法去掉缠绕物，还没有更好的办法。这给渔民的生产、生活乃至军用船舶带来了一定的隐患。基于此类问题的急待解决，课题组经过反复，全面的研究，提出了缠绕物可自动排除的船舶推进器设计科研开发项目，希望我们进行的一些探索性设计能有所帮助。本设计论文中分为四大块：螺旋桨设计、船舶推进器轴系设计、船舶螺
20、旋桨缠绕物的预防装置设计、船舶螺旋桨缠绕物的排除机构设计方案。每块都有相应的功能分析，原理述说，方案的提出，校核。希望本论文能对现实生活产生一定意义：船舶螺旋桨缠绕物预防及排除机构设计，综合运用了现代轮机工程、船舶工程、机械、电子以及航海驾驶等所学科的知识，能预防和排除船舶螺旋桨缠绕物，确保船舶特别是渔业船舶的航行安全和正常的生产作业。另外，也可以给研究该项目的朋友提供点参考。本科生毕业论文2第 1 章 螺旋桨说起航海，不能不提及船舶。船舶是指能航行或停泊于水域进行运输或作业工具，按不同的使用要求而具有不同的技术性能、装备和结构型式。最早期的船是独木舟（即把一块大木头的中间挖空）和皮筏（用动物
21、皮缝制） ，加上橹或桨。慢慢地，人们发现在木制桅杆上加上一张动物的皮做帆，船借助风力跑起来更快，但当时只懂得顺风走。渐渐地，人们又通过调整帆的角度，船也可以逆风行进。随着时间的推移和人类的进步，造船工艺也随之改进，船也就越造越大，先是有木头的，后来发展成有钢铁的、水泥的、玻璃钢的等等。海运业的发展，推动了港口和码头的建设。蒸汽机的发明，给航海带来了一场彻底的革命，包括后来内燃机及核动力在船上的应用，使海船能够造得越来越大。海船也由过去靠人工或借助风力来推动，改为动力推动。 船有了动力，还得配上一个有效的推进器，才能使船动起来。最早的推进器是装在船两边的叶轮，这种船跑得很慢,经过长时间的实验人们
22、发现了更有效，更能产生推力的螺旋桨。众所周知，能源和推进器是船舶推进的两个重要因素,而推进器的作用就是把能源转变为推船前进的推力。而螺旋桨则是目前船用推进器中效率比较离、制造比较方便、应用最广的一种。船用螺旋桨主要用来解决船舶的推进问题。它除了产生推力使船前进或拖带驳船和其他东西一起前进外，还用来使船后退，还可作为辅助的操纵工具协助船舶回转(多浆船)。简言之，船用螺旋桨的主要功用就是使船舶前进和后退,有时也协助船舶回转。当前我国船舶工业正面临着一个生存与发展的关键时期,依靠科技进步发展船舶工业已是全行业上下一致的共识。在科学技术发展过程中，许多机械装置的性能在人们还不太清楚的时候，就已经广泛使
23、用了。但是人们在不完全理解它的物理规律和没有完整的理论分析以前，这些装置很难达到它的最优性能。螺旋桨也不例外，直到1860年，虽然它在海船上已经成为一枝独秀，但是它的成就全都是依靠多年积累的经验。螺旋桨的进步，只依靠专家们的直观推理，已经不能满足船舶技术的发展需要，它有待科学家对其流体动力特性做出完整的解释，这就促使螺旋桨理论的发展。螺旋桨的理论研究，在船舶技术发展过程中，它比任何一个专业领域都做得多，从经验方法过渡到数字化设计，再进而应用计算机技术进行螺旋桨最佳化的设什。一个好的螺旋桨其设计是非常重要的，提高和改善螺旋桨的性能也成了当今船舶事业中一项重要的工作。现今航海中船舶螺旋桨经常遇到的
24、就是水中悬浮物的缠绕问题，在如今的航海事业中，还未有一套特有的装置来处理此问题，目前的处理方法只是停机停航，派潜水员下海用刀切割缠绕物，或用其他船舶拖到岸边或港口，搁浅进行拖拉办法去掉缠绕物，还没有更好的办法。这给渔民的生产、生活乃至军用船舶带来了一定的隐患。基于此类问题的急待解决，课题组经过反复，全面的研究，提出了船舶螺旋桨防缠绕装置的设计科研开发项目，希望我们进行的一些探索性设计能有所帮助。1.1 螺旋桨1.1.1 螺旋桨的基本概念螺旋桨是由若干桨叶所组成的推进器，它是将主机发出的功率转化为推动船舶前进的设备，是船舶必备的推进部件，它的设计与加工精度，将直接影响船的推进速度。人们在长期的实
25、践中使用过多种形式的推进器。古老的有桨，后又发明了橹和风帆。随着发动机的产生，出现了明轮推进器，明轮是两个巨大转轮，装在船体的两侧或船舱。后来本科生毕业论文3出现螺旋桨并一直沿用到现在，它通常装在船尾部。螺旋桨构造简单、重量轻、效率较高的特点见图 1.1。由船尾后面向前看时，所见到螺旋桨桨叶的面称叶面或压力面，另一面称为叶背或吸力面，螺旋桨与艉轴的联结部分称为毂，桨叶固定在毂上。桨叶与桨毂连接处称叶根，其外称叶梢。螺旋桨正车旋转时，桨叶前边即先与水相遇的一边称导边，其后边即另一边称随边。如图 1.2 所示。 图 1.1 螺旋桨相对船体的位置 图 1.2 螺旋桨外形名称图螺旋桨旋转叶梢的圆形轨迹
26、称为梢圆，此圆的直径称为螺旋桨直径，此圆称为螺旋桨盘，其面积称为盘面积，见图 1.3。图 1.3 螺旋桨外形螺旋桨直径的大小则视船舶的航速、主机功率和转速而定的。根据以上三个因素，可以确定螺旋桨的最佳直径。一般来说，螺旋桨直径越大则效率越高。但螺旋桨直径受到浅水的限制，不能做得很大，尤其受浅水航道的制约。螺旋桨的运动情况同螺丝钉的运动情况极为相似。我们日常都用过螺钉，螺钉是螺帽中运动的螺钉每旋转一圈，它就在螺帽中向前推进一段距离，这段距离就称为螺距。螺旋桨的桨叶叶面通常是螺旋面的一部分，就像螺钉的螺纹的一部分那样。螺旋桨在水中运动的，水代替了螺母的地位，而且水是流动的，这样螺旋桨旋转时，把水推
27、向后方。根据力的作用与反作用原理，水就给螺旋桨的反作用力，这就是推力，达到推动船前进。螺旋桨在工作时，由于叶面要承受水的反作用力，所以桨叶要有一定的厚度来保证其强度。桨叶叶面是螺旋面的一部分，而叶背的形状则由桨叶各半径处的切面形状所决定。桨叶水 线 舵 尾 柱桨 叶本科生毕业论文4的切面形状通常有弓形、机翼形和月牙形等几种。螺旋桨受力大、工作条件恶劣，其材料要求较高。船用螺旋桨可用黄铜、锰铁黄铜、青铜、铸铁及铸钢等金属材料铸造而成。铜质的韧性好，耐腐蚀性高，而且铸造性能和加工性能好，便于表面打磨加工和抛光，是制造螺旋桨普遍采用的材料，但较贵重。铸铁的造价便宜但抗冲击性差。铸钢的强度虽高但抗腐蚀
28、性差。螺旋桨叶面各半径处的螺距相等，称为定螺距螺旋；螺距不等的就称变螺距螺旋桨。船用螺旋桨在装入到船上之前，必须对其进行静平衡的实验和螺距测量工作。螺旋桨的叶面是螺旋面的一部分，如图 1.4 所示，故任何与螺旋桨共轴的园柱与叶面的交线为螺旋线的一段。见图1.4 中的 B0C0。若将 B0C0 引长并环绕轴线一周，则其两端轴向距离等于螺旋线的螺距 H。 若螺旋桨的叶面为等螺距螺旋面的一部份，则 H 称为螺旋桨的面螺距几何螺距。螺距 H 与直径 D 之比 H/D 称为螺距比。将圆柱面展成平面后即得到螺距三角形。如图 1.5 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 2r，垂边就
29、是螺旋线螺距 H，斜边与底边之间的夹角 图 1.4 螺旋桨叶面即为螺距离 r 处的螺距角，并有如下关系：tg=H/2r。螺旋桨某半径 r 处螺距角的大小反映了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。半径愈小，则 角愈大，反映在螺旋桨上则是越靠近旋转中心，叶面倾斜越大。 A123HA321R1H图 1.5 螺距三角形 若螺旋桨的叶面为一正常的螺旋面，则在叶面各处的螺距皆相等，此种螺旋桨为等螺距螺旋桨。其不同半径处螺旋线的展开如图 1.6 所示。 图 1.6 等螺距螺旋桨螺旋线展开图本科生毕业论文5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 1
30、.7 所示。本文所论述的就是变螺距螺旋桨的造型和加工。 H21R33图 1.7 变螺距螺旋桨螺旋线展开图此类螺旋桨常取 0.7R 或 2/3R（R 为螺旋桨半径）处的面螺距为整个螺旋桨的面螺距。 1.1.2 螺旋桨的基本工作原理螺旋桨的工作是靠浆叶向后拨水来实现的，浆叶外形就象一个椭圆形的机冀。我们可以把桨叶的作用看作无数个叶元体作用的总和。所谓叶元体，就是半径分别为 r 和(r+dr)的圆弧所截取的一小段桨叶。而叶元体的作用又可看作一个无限长(二因次)的机翼的一小段(翼弦为 b，翼展为 dr)的作用。于是，我们就可把流体力学中机翼理论的某些结果应用于螺旋桨桨叶，然后再考虑它的特殊性,如长度是
31、有限的(三因次问题)，有旋转运动等。所以，我们研究螺旋桨工作原理时，先从认识机翼切面水动力特性入手。螺旋桨的桨叶截面犹如一个机翼的断面，为了阐明螺旋桨产生推力的原因，我们首先来分析流体对机翼的绕流情况。图 1.8 作用于叶片上的流体动力（无攻角）设将一块上凸下平的机翼放于流体中，其流线情况如图 1.8 所示。在机翼附近处流线发生弯曲，在远离机翼上下一定的距离之外，流线又恢复平直。不难理解，翼面上方的流体速度大于翼面下方的流体速度。现在再分析机翼下部所受的流体压力，设其下部与流体的流速本科生毕业论文6平行（相当于无攻角情况） ，这时流经机翼下部的流速与截面 a 一 a 的流速大致相同，因此机翼下
32、部的流体静力 亦大致与截面 a 一 a 处的静压力 相同。由于机翼上部的压力 小3p1p2p于机翼下部的压力 ，所以机翼上下就形成压力差，该压力差连同流体流经机翼时产生的摩擦力合成一总的流体动力 R。可将 R 分成两个分力：一个分力 X（平行于流体流动方向） ，阻止机翼的前进运动，该力称为阻力；另一个分力 Y 垂直流体的流动方向，称为升力。图 1.9 作用于叶片上的流体动力（有攻角）若机翼的前缘略为向上仰起（图 1.9） ，即机翼与流动方向形成一个不大的攻角。则机翼的绕流情况将发生变化，从而使作用于机翼上的流体动力增加。由图 1.9 可以看出、截面 a一 b 仍然大于截面 a一 b，所以机翼上
33、部的压力 小于 。而截面 b 一 c 则小于截面2p1b-c，所以机翼下部的压力 仍大于 ，显然，机翼上下的压力差较之无攻角时的3p还要大，换句话说；随着攻角的增加作用在机翼上的流体动力也愈大。我们进一步分析影响升力的各种因素。由伯努利方程式可知，流体速度愈大，机翼上下的压力差愈大，因而升力也愈大。实验证明，升力与速度的平方成正比。升力产生的主要原因是由于机翼上下存在着压力差，压力差作用的面积愈大，所产生的升力愈大。因此升力还与机翼面积成正比。对于阻力 X 有着和升力 Y 相同的结论。综合以上所述，可将升力和阻力分别用下式表示：（1-2ypYcF1）（1-2xXc2）式中 -相对机翼的流体速度； F-机翼的投影面积； -流体的密度， p-升力系数， -阻力系数。 和 是翼型和攻角的函数。ycxcycx对机冀产生升力的原因作了分析之后，我们现在就可以进一步研究螺旋桨产生推力的原因。我们可以把桨叶看作是处于攻角为 、速度为 的水流中机翼的一部分，作用于这部k0分机翼上的升力就形成了螺旋桨的推力。当研究螺旋桨的绕流情况时，我们还应指出，螺旋桨工作时，水流不但获得了轴向诱导速度，而且沿螺旋桨的旋转方向也获得了切向诱导速度。
