Двигатели и устройства малотоннажного моторного судна
Общие сведения о двигателях
Материалы и способы изготовления гребных винтов
Конечный этап создания гребного винта - его изготовление, причем это
наиболее сложный и ответственный этап, так как вся предыдущая работа по
проектированию и конструированию может дать хорошие результаты только
при достаточно точном и тщательном изготовлении винта.
Гребной винт в условиях любительского судостроения можно изготовить
отливкой, сваркой и формованием. Соответственно принятому способу
выбирают и материал гребного винта. При отливке используют различные
металлы и сплавы, при сварке углеродистую сталь, а формование производят
из стеклоткани на эпоксидной смоле.
Для отливки гребных винтов относительно мощных и быстроходных моторных
судов широко применяют латуни марок ЛМцЖ55-3-1, ЛАМцЖ67-5-2-2 и
ЛМцЖ5-3-2, отличающиеся хорошими литейными свойствами, относительно
высокой прочностью и стойкостью против коррозии и
кавитационно-эрозионного разрушения, легкостью обработки и полировки.
Гребные винты гоночных мотосудов изготовляют из литой нержавеющей стали
таких марок, как Х18Н9ТЛ, ОХ17Г4НЗД2ТЛ и 1Х14НДЛ. Эти стали обладают
большой прочностью (предел прочности при растяжении 72-62 кГ1мм2) и
антикавитационной стойкостью, что позволяет делать лопасти минимальной
толщины. Литейные свойства и обрабатываемость нержавеющих сталей ниже,
чем у латуни.
Бронзу используют сравнительно редко, так как при одинаковых литейных
свойствах с латунью она стоит дороже, отличается более низкими
механическими свойствами. Однако разработанные в последнее время,
например, никельалюминиевые бронзы по механическим свойствам превосходят
латунь; их можно применять для изготовления тяжелонагруженных винтов.
Алюминиевые сплавы широко используют при изготовлении гребных винтов
моторных судов с двигателями относительно небольшой мощности, работающих
в пресной воде. К этим сплавам относятся: алюминиево-кремниевый АЛ2
(силумин), алюминиево-магниевый АЛ8, алюминиево-магниево-кремниевый АЛ9,
алюминиево-магниево-кремниево-марганцовый АЛ13,
алюминиево-магниево-марганцово-титановый 45 Мг2 и др. Преимущества
алюминиевых сплавов - хорошие литейные свойства и обрабатываемость.
Однако они отличаются невысокой прочностью (предел прочности при
растяжении 15-20 кГ1мм2), что вынуждает делать лопасти винта более
толстыми, и недостаточной коррозионной стойкостью в морской воде
(особенно сплавы типа АЛ2 и АЛ9). Этот недостаток можно устранить,
применив анодное оксидирование и соответствующую грунтовку и окраску.
Сварные гребные винты изготовляют из углеродистой стали марок Ст.2, Ст.З,
20. Ступицу вытачивают из круглой заготовки, а лопасти делают из
листовой стали.
Для изготовления гребного винта из стеклопластика используют
гидрофобизированную (обладает водоотталкивающими свойствами) стеклоткань
сатинового переплетения АСТТ (б) - С2 - О или гарни-турового
переплетения АСТТ (б)-8 и эпоксидную смолу ЭД-5 или ЭД-6 с
полиэтиленполиамином в качестве инициатора и ускорителя (15 вес. ч. на
100 вес. ч. смолы). Подробно с технологией изготовления таких винтов
можно ознакомиться в сб. <Катера и яхты> (Л., <Судостроение>), 1966, №
6, стр. 76.
Прежде чем приступить к изготовлению литого гребного винта,
необходимо сделать модель винта, форму для отливки. После этого отливают
винт, обрабатывают и балансируют. Модель гребного винта чаще всего
делают из дерева мягких пород (липа, ольха, тополь), однако опыт авторов
позволяет рекомендовать в качестве лучшего материала для модели
пенопласт плиточный ПХВ-1 (СТУ 9-90-61), широко используемый для
изготовления поплавков рыболовных сетей. Этот материал обладает вполне
удовлетворительной прочностью и настолько легко обрабатывается, что
единственным инструментом может служить тонкий, остро отточенный нож, а
время на изготовление модели вместе с формовочной плитой составляет не
более 4 ч.
Формовочную плиту (рис. 192) делают из ровной столярной плиты или
толстой фанеры с размерами, превышающими на 30-40 мм размеры лопасти со
ступицей. У одного из краев плиты намечают центр, из которого проводят
несколько дуг радиусами, указанными на чертеже винта, и одну радиусом,
на 10-15 мм больше радиуса винта.
Для изготовления модели винта постоянного и аксиально-переменного шага
достаточно одной последней дуги.
Шаговый угольник изготовляют по чертежу винта из листовой стали толщиной
1,0-1,5 мм. Если на чертеже не приведен шаговый угольник, то вычерчивают
прямоугольный треугольник, у которого один катет равен 2nR, где R -
радиус установки угольника, а второй - шагу винта #в.
Поскольку лопасть занимает часть окружности длиной I, откладываем эту
величину и отрезаем ненужную часть. По полученной трапеции изготовляют
металлический шаговый угольник (см. рис. 192). Угольник изгибают по
радиусу R и закрепляют на плите по прочерченной дуге, причем для винта
левого вращения его высота должна уменьшаться справа налево, если
смотреть на плиту сверху.
В отмеченном центре на плите перпендикулярно к ней закрепляют
металлический стержень диаметром 5-6 мм и высотой не менее трех длин
ступицы. На стержень надевают скользящую втулку, к которой прикреплен
формовочный шаблон, изготовленный из тонкой фанеры, пластика или жести.
Наклон нижней кромки формовочного шаблона к оси стержня определяется
наклоном лопастей к оси винта, указанным на чертеже.
Толщина заготовки пенопласта должна несколько превышать длину боковой
проекции винта. Обе поверхности заготовки обрабатывают рубанком до
получения ровных, параллельных друг другу плоскостей. На одной стороне
по чертежу винта в натуральную величину вычерчивают контур
проектированной поверхности всех лопастей и ступицы. В середине
просверливают отверстие диаметром на 0,5-1,0 мм меньше диаметра стержня
и заготовку обрезают по размеченному контуру лопастей (контролируя
перпендикулярность по отношению к плите угольником). Обработанную таким
образом заготовку надевают на стержень так, чтобы одна из лопастей
находилась против шагового угольника, и закрепляют заготовку винта в
этом положении на плите (например, предварительно забитым снизу
гвоздем).
Материал заготовки постепенно срезают -ножом, постоянно контролируя
обработку формовочным шаблоном, поворачивая его вокруг стержня так,
чтобы нижняя кромка шаблона скользила по гипотенузе шагового угольника и
по всей длине соприкасалась с обрабатываемой поверхностью. В результате
получим винтовую нагнетающую поверхность поочередно всех лопастей.
Поверхности зачищают мелкой наждачной шкуркой и наносят дуги, радиусы
которых указаны в чертеже. Для этой операции можно использовать
формовочный шаблон, закрепляя к нему на нужном расстоянии от центра
карандаш.
С обратной стороны лопасти сначала грубо обрабатывают, затем по
нанесенным дугам тонким шилом прокалывают сквозные вертикальные
отверстия с шагом примерно 10 мм. Производя окончательную обработку
засасывающих поверхностей, сечения контролируют заранее изготовленными и
согнутыми по соответствующим радиусам контршаблонами; их прикладывают по
линиям, образованным проколотыми отверстиями.
После окончательной обработки модель шлифуют мелкой наждачной шкуркой,
шпаклюют и окрашивают.
По дугам различных радиусов, нанесенным на формовочной плите,
устанавливают соответствующие этим радиусам шаговые угольники. Для
винтов с постоянным и аксиально-переменным шагом эти угольники
устанавливают после изготовления модели, и формовочную плиту с
угольниками применяют для дополнительного контроля модели и проверки
готового винта. При положении лопастей нагнетающей поверхностью вниз они
должны плотно, без просветов, прилегать к каждому шаговому угольнику.
Модель винтов с радиально-переменным шагом изготавливают по формовочной
плите со всеми установленными шаговыми угольниками. В этом случае
контроль нагнетающей поверхности в процессе обработки производят,
укладывая нагнетающую поверхность на верхние кромки шаговых угольников.
Отливка гребного винта по модели - обычная литейная операция, не
представляющая трудностей для тех, кто знаком с основами литейного
производства. Разъем верхней и нижней половин опоки лучше всего
предусматривать в плоскости лопастей, точно фиксируя их относительное
положение. Перед заливкой металла половины опоки следует прочно
соединить.
Для набивки опок при отливке винтов из алюминиевых сплавов используют
песчаную смесь: любой песок с величиной зерна 0,5--1,0 мм и в качестве
связующего 3-5% жидкого стекла (силикатного конторского клея). При
отливке винтов из латуни, стали и т. п. пользуются глиной или
песчано-цементной смесью: песок кварцевый К50/100 - 88% и цемент марки
400 или 500 - 12%.
Гребной винт формуют нагнетающей поверхностью вниз, литник выполняют в
центре ступицы. Диаметр литника обычно равен или немного меньше диаметра
ступицы винта, причем литник одновременно является прибылью.
Механическая обработка отлитого гребного винта заключается в разметке
центра и обработке на токарном станке торцов и конусного отверстия
ступицы. Обработку лопастей и ступицы снаружи можно выполнять только
вручную, поэтому отливку рекомендуется производить как можно точнее, с
минимальными припусками. После обработки винт необходимо отбалансировать,
для чего его надевают на специально изготовленный короткий вал и
укладывают на установленные строго горизонтально и параллельно две
металлические пластины с тонкими ребрами. Если какая-то лопасть винта
перевешивает, то с засасывающей стороны ее осторожно снимают тонкий
равномерный слой металла до получения безразличного равновесия.
Заключительная операция - полировка гребного винта до получения
зеркальной поверхности; эта операция совершенно необходима для гребных
винтов быстроходных моторных судов.
