螺旋桨修理中的静平衡检验方法研究

Ｅｑｍｐｍｅｎｔ　Ｍａｎ．ａｃｉｎｇ　Ｔｅｅｈｎｏｌｏ￣Ｎｏ．３，２０１２　

螺旋桨修理中的静平衡检验方法研究　

钱立保，蒋义海　

（海军上海地区装备修理监修室，上海２００１３６）　

摘要：在总结生产实践的基础上，对固定螺距螺旋桨的卧式静平衡检测方法，以及可调螺距螺旋桨的采用球面液压支　承的静平衡检测方法，进行了详细阐述，并比较了两者之间的优缺点，得出结论是：采用球面液压支承的静平衡检测装　置。能满足大型螺旋桨特别是调距桨修理与验收的要求。　

关键词：螺旋桨；静平衡；检验；球面静压支承　

中图分类号：Ｕ６６４．３３　文献标识码：Ａ　文章编号：ａ６７２—５４５ｘ（２０１２）０３－－０００８—０２　

舰船螺旋桨的不平衡，会对其本身强度、艉轴弯　

曲强度产生不良影响，引起轴承加速磨损、轴系和船　

体的振动以及影响主机的正常运转等。引起螺旋桨　

静不平衡的原因，主要有两种：　

一是螺旋桨在制造过程中，各叶片的几何形状　

的不一，会造成叶片净质量不等、叶片夹角不等、螺　

距不符合图纸要求等等，使得螺旋桨的重心不在其　

转动轴上，因而造成静不平衡，这种情况，一般应在　

螺旋桨的制造时就应该校正；　

二是在船舶航行中，由于船舶搁浅或与坚硬物　

体的碰撞，或者材质本身缺陷等，导致叶片弯曲、卷　

边、变形、甚至断裂，使螺旋桨失去平衡；　

三是由于螺旋桨工作过程中，长期受水力冲刷　

或被海水腐蚀，叶片间产生质量偏差，也会使螺旋桨　

产生不平衡。　

因此，在螺旋桨的修理过程中，必须进行静平衡　

试验，确定偏心质量的大小及方位，进行磨削、挖补，　

将不平衡质量控制在允许范围内。　

１　螺旋桨静不平衡度的要求　

螺旋桨由于各种原因，造成各叶片之间的净质　

量和重心位置不完全一致，工作时就会产生离心力。　

固定螺距螺旋桨，可以通过在叶梢处挂重的静平衡　

试验来进行整桨平衡校正，叶梢处的最大允许不平　

衡挂重质量Ｐ按国际标准ＩＳＯ　４８４的要求，即　

Ｐ：Ｃ，　（Ｒｎ２）或　ｍ　（１）　Ｐ取其中小值。　

对于直径小于１．５　ｍ的螺旋桨　

Ｐ＝Ｏ．１Ｒ２＋０．０２　（２）　

式中，　

Ｐ为最大允许不平衡挂重质量，ｋｇ；　

ｍ为螺旋桨质量，ｋｇ；　

Ｒ为螺旋桨半径，ｍ；　

ｎ为螺旋桨转速，ｄｍｉｎ；　

Ｃ、　为与加工精度相关的加权系数，按表１取。　

表１　Ｃ、ｋ的加权系数　

级别　Ｓ级　ｌ级　２级　３级　Ｃ　１５　２５　４ｏ　７５　ｋ　Ｏ．Ｏ００　５　０．０ｏ１　Ｏ．ｏ０ｌ　０．００１　

２　固定螺距螺旋桨的静平衡校正　

固定螺距螺旋桨，因其制造和维修比较简单，且　

工艺比较成熟，船舶设计时普遍采用。固定螺距螺旋　

桨的桨毂和桨叶，采用整体浇铸，在维修时，可采用　

整桨挂重的方式，进行静平衡试验。　

目前，就船用螺旋桨的静平衡检测而言，所采用　

的方法多数为卧式静平衡检测方式，心轴过重、轴线　

弯曲，均会降低测量精度；同时轴承摩擦力矩较大，　

检测数据往往有一定的欺骗性，把握不准，很难保证　

螺旋桨的静平衡要求。所以在螺旋桨的静平衡校正　

中，一定要按以下步骤实施：　

（１）第一步。螺旋桨在作静平衡之前，应先进行　

收稿日期：２０１１－１２—０３　作者简介：钱立保（１９６３一），男，江苏张家港人，高级工程师，工学学士，主要研究方向为舰船装备修理的检验验收；　蒋义海（１９７６一），男，江苏启东人，工程师，工学学士，主要研究方向为舰船装备修理的检验验收。　

８　《装备制造技术））ｚｏ１２年第３期　

随遇平衡检验。也就是先要使螺旋桨不论处于哪个　

状态，都能静止不转动，当对某一叶片施予一定的力　

矩，待其静止下来，处于最低点或最高点的叶片，都　

是随机的。　

（２）第二步。根据螺旋桨的各项参数，选用式（１）　

或式（２）计算Ｐ值，作挂重试验时使用。　

（３）第三步。检验静平衡用装置的摩擦力矩，应　

不大于式（３）中的　值。　

Ｍ＝Ｇ・ＲＩ２　（３）　

这一点很重要，也是很多检验人员容易忽略的　

地方。有的人在做螺旋桨静平衡检验时，往往忽略了　

此步骤。这样做的目的，其实也是校验测量装置的精　

度。试想一个装置，如果自身的精度误差已经超过其　

测量值，那么测量结果自然也是不可信的。　

（４）第四步。在试验台上，将挂重分次挂于各桨　

叶叶梢最大厚度标记点上，然后将挂重的桨叶叶梢　

最大厚度标记点转到水平位置，并使其静止，当去掉　

支承后，挂重的桨叶向下转动即为合格。　

３　可调螺距螺旋桨的静平衡校正　

可调螺距螺旋桨的桨毂和桨叶，是分别浇铸和　

加工的，因此需分别对桨毂和桨叶进行静平衡试验。　

在船舶维修时，考虑到桨毂在实际使用中，一般　

不会发生变形和净质量损失，所以，通常只需对其外　

观进行肉眼检查即可。只要外观没有明显的外伤和　

严重的擦痕，一般可不作静平衡校正。　

而桨叶远离螺旋桨桨轴轴中心线，其不平衡对　

整桨的不平衡度的影响往往最大。因此，可以认为单　

个叶片静平衡，是整桨静平衡的基础，其平衡试验方　

法和允许不平衡度，直接关系到整桨的静平衡。　

由于可调螺距螺旋桨结构比较复杂，心轴不易　

安装，且大多可调螺距螺旋桨体积庞大，所以一般不　

采用整桨作静平衡试验，而将可调螺距螺旋桨的桨　

毂和桨叶的最大允许不平衡力（相对应固定螺距螺　

旋桨的挂重值Ｐ，但式（１）中的ｍ应为相应的单个桨　

叶或桨毂的质量）转换为相应于螺旋桨桨轴轴中心　

线的总力矩值。　

根据上述理论，在维修时，只需对各桨叶的静不　

平衡作相应的检查，也就是只要测量出各桨叶对桨　

轴轴中心线的总力矩值的不均匀值小于Ｐ叶ＸＲ，则　

认为桨叶的静平衡达到ＩＳ０４８４的要求。　

可调螺距螺旋桨在工作时，各桨叶不仅要以桨　轴为轴中心线作圆周运动，而且要以桨叶转轴为轴　线作回转运动，所以各桨叶对轴中心线的总力矩由２　

个方面组成，即　Ｍ叶＝Ｍ轴中心线＋　叶转轴　（４）　

为测量上式各相应的值，可使用图１所示的专　

用工装。　

图１　可调桨桨叶静平衡测试装置　上述装置的优点，是采用球面液压支承，支承油　

缸与球形支点接触，可大大减小测量装置的测量误　差，提高测量精度；测量块采用大小结合，大的测量　

块相对固定，小测量块可沿丝杆作微调，可提高测量　

的灵敏度。　

具体操作步骤如下：　（１）第一步。将桨叶固定安装于测量装置上，起　

重配合，在适当位置安装保险，防止装置在大负荷下　

倾倒。　（２）第二步。将支承油缸徐徐升起，顶起球形支　

点，调节测量块的位置，使装置平衡，可在球形支点　

附近安装一水平仪，以确认装置达到平衡。此平衡也　

是随遇平衡，改变平衡杆的倾角或桨叶的角度，在任　

何位置都可达到平衡。　（３）第三步。测量测量块到各支点的距离，Ｌｘｉ和　

Ｌｙｉ，即可计算出：　

轴申心线等于各测量块与Ｌｘｉ的乘积之和；　

Ｍ叶转轴等于Ｙ方向的测量块与　的乘积之和。　

平衡杆的力矩也应考虑在内，为了阐述问题的方　便，本文不作详述，读者可根据具体情况加于计算。　

因为力矩是矢量，所以Ｍ叶的数值应为　

Ｍ叶＝【　轴中心线＋Ｍ２叶转轴］　（５）　

（４）第四步。将各叶片的　叶两两相减，求出最　

大差值ＡＭ叶。　（５）第五步。测量球形支点到叶梢的距离　叶。若　

△Ｍ叶，Ｌ叶＜Ｐ　则可判断该调距桨的静平衡达到ＩＳ０４８４之要求。　

４　结束语　

静平衡试验前，首先要验证测量装置的测量精　

度是否达到要求；做挂重试验前，首先要使测件达到　（下转第２８页）　

９　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｅｔｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．３，２０１２　

参考文献：　［１］张荣山．特种钢结构设计与施３２［Ｍ］．北京：中国建筑工业　出版社，２００４．　［２］唐矫燕，赵群飞，杨汝清，等．读书机器人机构设计［Ｊ］．上　海交通大学学报，２００５。３９（１２）：２０２５—２０２８．　［３］张芝仪，吴葵．机械化运输设计手册［Ｍ］．北京：机械工业　出版社，１９９５．　［４］徐灏，蔡春源，严隽琪，等．机械设计手册［Ｍ］．北京：机械　

工业出版社。２０００．　［５］倪湘凝．摇摆舞台［Ｐ］－中国：ＺＬ２００７１００６７００２２，２００９—０７—０１．　［６］李晨，方强，李江雄．基于三坐标定位器的大部件调姿　机构误差分析［Ｊ］．机电工程，２０１０，２７（３）：６－９　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　Ｐｒｏｐ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｓｐａｃｅ　ａｎｄ　Ｔｒａｃｋｓ　Ｍｏｖｅｍｅｎｔ　

ＲＵＡＮ　ｘｉａｏ—ｈｕａ　

（Ｈａｎｇｚｈｏｕ　Ｊｏｉｎｕｓ　Ａｒｅｎａ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｈａｎｇｚｈｏｕ　３　１０００９，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｏｎ　ｔｈｅ　ｏｐｅｎｉｎｇ　ｃｅｒｅｍｏｎｙ　ｏｆ　２０１０　Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ａｓｉａｎ　Ｇａｍｅｓ，ｆｏｒ　ｒｅａｌｉｚｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｈｕｇｅ　

ｐｒｏｐ—ｂｏａｔ　ｏｆ　ｓｅａ，ｗｈｉｃｈ　ｅｘｐｅｃｔｅｄ　ｂｙ　ｓｃｅｎａｒｉｓｔ　ｄｉｒｅｃｔｏｒ，ｔｈｅ　ｐｒｏｐｓ？ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｔｈｅｏｒｙ　ｗａｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ａ　

ｌｉｖｅｌｙ　ｓｃｅｎｅ　ｏｆ　ｓａｉｌ　ｂｏａｔ　ｗａｓ　ｕｎｆｏｌｄｅｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｔｕｒｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｗａｖｅｓ，ｔｈｅ　ｓｗｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｏｔａｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｆｏｒｍａｌ　

ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｂｔａｉｎｓ　ａ　ｇｒｅａｔ　Ｓｕｃｃｅｓｓ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｓ　ｃｏｎｆｉｒｍｅｄ．　

Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｐｓ；ｍｏｖｅｍｅｎｔ；ｓｗｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｏｔａｔｉｏｎ；ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎ　

（上接第９页）　

随遇平衡。　

可调螺距螺旋桨修理后的静平衡检验，可分别　

考虑桨叶和桨毂的静不平衡，在实际使用中，桨毂的　

静平衡不会有太大的改变，所以可主要考虑桨叶的　

静不平衡。　

卧式静平衡检测装置，对大型整体式螺旋桨的　

静平衡检测精度较差，而采用球面液压支承的静平　

衡检测装置，能满足大型螺旋桨特别是调距桨修理　

与验收的要求。　参考文献：　［１］１　ＩＳＯ４８４，造船—船用螺旋桨一制造公差［Ｓ］．　［２】姜治芳．可调螺距螺旋桨桨叶静平衡问题研究　舰船科　学技术，２００４，２６（４）：１１－１４．　【３］刘正林，路静，周劲南．用于螺旋桨静平衡仪的大型静压　球面轴承的设计研究【Ｊ］．武汉理工大学学报（交通科学与工　程版），２００３，２７ｆ４）：４２９—４３２．　［４］姚军，杨春利，赵振杰，等．２吨级水平式螺旋桨静平衡仪　研制成功［Ｊ］．中国修船，２００７，２０（５）：３６—３８．　

Ｕｄｙ　ｏｎ　Ｓｔａｔｉｃ　Ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ　Ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ　Ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　Ｐｒｏｐｅｌｌｅｒ　Ｒｅｐａｉｒｉｎｇ　

ＱＩＡＮ　Ｌｉ－ｂａｏ，ＪＩＡＮＧ　Ｙｉ－ｈａｉ　

（Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ　Ｏｆｆｉｃｅ　ｆｏｒ　Ｎａｖｙ　ｉｎ　Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ａｒｅａ，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２００１３６，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｓｕｍｍｉｎｇ—ｕｐ　ｏｆ　ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　ｐｒａｃｔｉｃｅ，ｔｈｅ　ｓｔａｔｉｃ　ｂａｌａｎｃｅ　ｃｈｅｃｋｏｕｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ　ｆｏｒ　ｆｉｘｅｄ