浅析可调桨桨叶螺栓拧紧力矩

李振男

摘 要：本文通过可调桨模型试验的数据得出桨叶螺栓的受力情况。分析了影响桨叶螺栓拧紧力矩的因素；提供了一种可调桨桨叶螺栓拧紧力矩的可行的算法；以及船厂拧桨叶螺栓的实际操作。初步分析了可调桨桨叶螺栓拧紧碰到的系列问题。

关键词：可调桨；桨叶螺栓；预紧力；拧紧力矩

中图分类号：TB115 文献标识码：A

一、概述

固定桨的“正倒车”要靠齿轮箱“换向”来完成，船速也只能通过牺牲主机的燃油经济性做有限的调节。换成可调桨后就可以在发动机转速不变的情况下，用调整螺旋桨桨叶的角度来方便调节船速和实现倒车。由于可调桨桨叶大型化，不仅对桨叶本身的强度，而且对固定桨叶的螺栓（即桨叶螺栓）强度和预紧力的要求都要提高。

二、桨叶螺栓的强度

螺栓的强度是按材料的疲劳强度及刚度的不同而变化的，桨叶螺栓暴露在海水中，需采用不锈钢、铜合金等高度防腐材料，我公司生产的可调桨中桨叶螺栓采用不锈钢材料X4CrNiMo16-5-1，屈服强度达到750MPa以上。

采用全尺寸可调桨模型试验得出：桨叶螺栓受水动力对叶片法兰部产生的弯曲力矩和叶片本身的离心力产生拉力的合力。而各个螺栓上的附加应力的大小也不相同，由图1可知，作用在螺栓上力的方向在桨叶压力面侧和吸力面侧是相反的，而两者靠近导边前缘处的螺栓受力最大。

三、桨叶螺栓拧紧力矩确定

螺栓拧紧的方法有：扭矩拧紧法、旋转角度拧紧法、液压拉伸预紧法等。其中扭矩拧紧法操作简单、直观，是最常用的螺栓拧紧方法。

3.1影响拧紧力矩设定的因素

设计桨叶螺栓的拧紧力矩时，须考虑以下三点：

（1）螺栓强度，不允许发生因拧紧力矩过大导致螺栓的屈服破坏而丧失联接体的机能。

（2）桨叶法兰盘的强度，桨叶的材料是铜合金，不能因为过大的拧紧力矩导致桨叶法兰盘变形，从而使可调桨调距功能失效。

（3）确保不因拧紧力矩过小而导致桨毂漏油。

设计桨叶螺栓的拧紧力矩时，还须考虑拧桨叶螺栓时遇到的摩擦阻力的情况。拧紧力矩T与它所引起的螺栓轴向力F0间的关系，由拧紧力矩系数K确定，K值主要取决于两个摩擦副的摩擦系数fv（螺纹当量摩擦系数）、fc（螺栓头端面与被联接件支承面间的摩擦系数），而对标准螺栓来说，螺纹尺寸大小对K值的影响是很小的。螺纹的拧紧力矩系数K一般在0.1-0.3范围内变动。

3.2桨叶螺栓拧紧力矩基本公式

（1）许用应力[R]

[R]=ReH/n

式中：[R]单位N/mm2；ReH为上屈服强度，N/mm2；n为安全折算系数，见表1

（2）预紧应力R

R=Ky[R]

式中：R单位N/mm2；Ky为预紧应力系数。预紧力的大小需根据螺栓组受力的大小和连接的工作要求决定，一般规定拧紧后的螺纹联接件预紧应力不得大于其材料屈服点σs的80%。对于一般连接用钢制螺栓，推荐的预紧力F计算如下：

碳素钢螺栓：F=（0.6-0.7）σsAs；合金钢螺栓：F=（0.5-0.6）σsAs；

式中：σs――螺栓材料的屈服点，MPa；As――螺栓公称应力截面积，mm2；桨叶螺栓采用不锈钢材料，屈服强度高，桨叶材料又是采用质地较软的Cu3铜材料，因此我们采用桨叶螺栓的预紧应力系数Ky=0.3208，经船厂实际验证该系数符合使用要求。

（3）预紧力F

F=R·As

式中：F单位N；As为螺纹小径截面积，mm2。

（4）预紧力矩T

T=K·F·d×10-3

式中：T单位N·m；K为拧紧力矩系数，一般取K=0.2；d为螺纹公称直径，mm。

3.3 船厂拧桨叶螺栓的实际操作

桨叶安装的要求不仅是牢固可靠，而且要确保桨叶和桨叶座之间无任何泄漏。因此，安装桨叶螺栓时，必须使用手动拧紧工具施加预紧力矩。起初用手将螺栓拧入螺纹孔，一直用手拧到底，绝对不允许一开始就用扳手拧螺栓。桨叶螺栓的螺纹表面及螺孔螺纹表面，喷涂一层二硫化钼润滑剂防止螺纹咬死。对于每一个桨叶螺栓的紧固，至少分三次完成要求的拧紧力矩，例如：要到达的拧紧力矩为1500Nm，就分600Nm、1100Nm、1500Nm三次拧到位，要交叉逐次拧紧所有螺栓。

参考文献

[1]刘关根，山本文雄.调距桨桨叶固定螺栓的强度研究[J].机电设备，1977（06）.

[2]郭永生，李永成.可调螺距螺旋桨螺栓紧固力矩之探讨[J].中国修船，2007（04）.endprint

摘 要：本文通过可调桨模型试验的数据得出桨叶螺栓的受力情况。分析了影响桨叶螺栓拧紧力矩的因素；提供了一种可调桨桨叶螺栓拧紧力矩的可行的算法；以及船厂拧桨叶螺栓的实际操作。初步分析了可调桨桨叶螺栓拧紧碰到的系列问题。

关键词：可调桨；桨叶螺栓；预紧力；拧紧力矩

中图分类号：TB115 文献标识码：A

一、概述

固定桨的“正倒车”要靠齿轮箱“换向”来完成，船速也只能通过牺牲主机的燃油经济性做有限的调节。换成可调桨后就可以在发动机转速不变的情况下，用调整螺旋桨桨叶的角度来方便调节船速和实现倒车。由于可调桨桨叶大型化，不仅对桨叶本身的强度，而且对固定桨叶的螺栓（即桨叶螺栓）强度和预紧力的要求都要提高。

二、桨叶螺栓的强度

螺栓的强度是按材料的疲劳强度及刚度的不同而变化的，桨叶螺栓暴露在海水中，需采用不锈钢、铜合金等高度防腐材料，我公司生产的可调桨中桨叶螺栓采用不锈钢材料X4CrNiMo16-5-1，屈服强度达到750MPa以上。

采用全尺寸可调桨模型试验得出：桨叶螺栓受水动力对叶片法兰部产生的弯曲力矩和叶片本身的离心力产生拉力的合力。而各个螺栓上的附加应力的大小也不相同，由图1可知，作用在螺栓上力的方向在桨叶压力面侧和吸力面侧是相反的，而两者靠近导边前缘处的螺栓受力最大。

三、桨叶螺栓拧紧力矩确定

螺栓拧紧的方法有：扭矩拧紧法、旋转角度拧紧法、液压拉伸预紧法等。其中扭矩拧紧法操作简单、直观，是最常用的螺栓拧紧方法。

3.1影响拧紧力矩设定的因素

设计桨叶螺栓的拧紧力矩时，须考虑以下三点：

（1）螺栓强度，不允许发生因拧紧力矩过大导致螺栓的屈服破坏而丧失联接体的机能。

（2）桨叶法兰盘的强度，桨叶的材料是铜合金，不能因为过大的拧紧力矩导致桨叶法兰盘变形，从而使可调桨调距功能失效。

（3）确保不因拧紧力矩过小而导致桨毂漏油。

设计桨叶螺栓的拧紧力矩时，还须考虑拧桨叶螺栓时遇到的摩擦阻力的情况。拧紧力矩T与它所引起的螺栓轴向力F0间的关系，由拧紧力矩系数K确定，K值主要取决于两个摩擦副的摩擦系数fv（螺纹当量摩擦系数）、fc（螺栓头端面与被联接件支承面间的摩擦系数），而对标准螺栓来说，螺纹尺寸大小对K值的影响是很小的。螺纹的拧紧力矩系数K一般在0.1-0.3范围内变动。

3.2桨叶螺栓拧紧力矩基本公式

（1）许用应力[R]

[R]=ReH/n

式中：[R]单位N/mm2；ReH为上屈服强度，N/mm2；n为安全折算系数，见表1

（2）预紧应力R

R=Ky[R]

式中：R单位N/mm2；Ky为预紧应力系数。预紧力的大小需根据螺栓组受力的大小和连接的工作要求决定，一般规定拧紧后的螺纹联接件预紧应力不得大于其材料屈服点σs的80%。对于一般连接用钢制螺栓，推荐的预紧力F计算如下：

碳素钢螺栓：F=（0.6-0.7）σsAs；合金钢螺栓：F=（0.5-0.6）σsAs；

式中：σs――螺栓材料的屈服点，MPa；As――螺栓公称应力截面积，mm2；桨叶螺栓采用不锈钢材料，屈服强度高，桨叶材料又是采用质地较软的Cu3铜材料，因此我们采用桨叶螺栓的预紧应力系数Ky=0.3208，经船厂实际验证该系数符合使用要求。

（3）预紧力F

F=R·As

式中：F单位N；As为螺纹小径截面积，mm2。

（4）预紧力矩T

T=K·F·d×10-3

式中：T单位N·m；K为拧紧力矩系数，一般取K=0.2；d为螺纹公称直径，mm。

3.3 船厂拧桨叶螺栓的实际操作

桨叶安装的要求不仅是牢固可靠，而且要确保桨叶和桨叶座之间无任何泄漏。因此，安装桨叶螺栓时，必须使用手动拧紧工具施加预紧力矩。起初用手将螺栓拧入螺纹孔，一直用手拧到底，绝对不允许一开始就用扳手拧螺栓。桨叶螺栓的螺纹表面及螺孔螺纹表面，喷涂一层二硫化钼润滑剂防止螺纹咬死。对于每一个桨叶螺栓的紧固，至少分三次完成要求的拧紧力矩，例如：要到达的拧紧力矩为1500Nm，就分600Nm、1100Nm、1500Nm三次拧到位，要交叉逐次拧紧所有螺栓。

参考文献

[1]刘关根，山本文雄.调距桨桨叶固定螺栓的强度研究[J].机电设备，1977（06）.

[2]郭永生，李永成.可调螺距螺旋桨螺栓紧固力矩之探讨[J].中国修船，2007（04）.endprint

摘 要：本文通过可调桨模型试验的数据得出桨叶螺栓的受力情况。分析了影响桨叶螺栓拧紧力矩的因素；提供了一种可调桨桨叶螺栓拧紧力矩的可行的算法；以及船厂拧桨叶螺栓的实际操作。初步分析了可调桨桨叶螺栓拧紧碰到的系列问题。

关键词：可调桨；桨叶螺栓；预紧力；拧紧力矩

中图分类号：TB115 文献标识码：A

一、概述

固定桨的“正倒车”要靠齿轮箱“换向”来完成，船速也只能通过牺牲主机的燃油经济性做有限的调节。换成可调桨后就可以在发动机转速不变的情况下，用调整螺旋桨桨叶的角度来方便调节船速和实现倒车。由于可调桨桨叶大型化，不仅对桨叶本身的强度，而且对固定桨叶的螺栓（即桨叶螺栓）强度和预紧力的要求都要提高。

二、桨叶螺栓的强度

螺栓的强度是按材料的疲劳强度及刚度的不同而变化的，桨叶螺栓暴露在海水中，需采用不锈钢、铜合金等高度防腐材料，我公司生产的可调桨中桨叶螺栓采用不锈钢材料X4CrNiMo16-5-1，屈服强度达到750MPa以上。

采用全尺寸可调桨模型试验得出：桨叶螺栓受水动力对叶片法兰部产生的弯曲力矩和叶片本身的离心力产生拉力的合力。而各个螺栓上的附加应力的大小也不相同，由图1可知，作用在螺栓上力的方向在桨叶压力面侧和吸力面侧是相反的，而两者靠近导边前缘处的螺栓受力最大。

三、桨叶螺栓拧紧力矩确定

螺栓拧紧的方法有：扭矩拧紧法、旋转角度拧紧法、液压拉伸预紧法等。其中扭矩拧紧法操作简单、直观，是最常用的螺栓拧紧方法。

3.1影响拧紧力矩设定的因素

设计桨叶螺栓的拧紧力矩时，须考虑以下三点：

（1）螺栓强度，不允许发生因拧紧力矩过大导致螺栓的屈服破坏而丧失联接体的机能。

（2）桨叶法兰盘的强度，桨叶的材料是铜合金，不能因为过大的拧紧力矩导致桨叶法兰盘变形，从而使可调桨调距功能失效。

（3）确保不因拧紧力矩过小而导致桨毂漏油。

设计桨叶螺栓的拧紧力矩时，还须考虑拧桨叶螺栓时遇到的摩擦阻力的情况。拧紧力矩T与它所引起的螺栓轴向力F0间的关系，由拧紧力矩系数K确定，K值主要取决于两个摩擦副的摩擦系数fv（螺纹当量摩擦系数）、fc（螺栓头端面与被联接件支承面间的摩擦系数），而对标准螺栓来说，螺纹尺寸大小对K值的影响是很小的。螺纹的拧紧力矩系数K一般在0.1-0.3范围内变动。

3.2桨叶螺栓拧紧力矩基本公式

（1）许用应力[R]

[R]=ReH/n

式中：[R]单位N/mm2；ReH为上屈服强度，N/mm2；n为安全折算系数，见表1

（2）预紧应力R

R=Ky[R]

式中：R单位N/mm2；Ky为预紧应力系数。预紧力的大小需根据螺栓组受力的大小和连接的工作要求决定，一般规定拧紧后的螺纹联接件预紧应力不得大于其材料屈服点σs的80%。对于一般连接用钢制螺栓，推荐的预紧力F计算如下：

碳素钢螺栓：F=（0.6-0.7）σsAs；合金钢螺栓：F=（0.5-0.6）σsAs；

式中：σs――螺栓材料的屈服点，MPa；As――螺栓公称应力截面积，mm2；桨叶螺栓采用不锈钢材料，屈服强度高，桨叶材料又是采用质地较软的Cu3铜材料，因此我们采用桨叶螺栓的预紧应力系数Ky=0.3208，经船厂实际验证该系数符合使用要求。

（3）预紧力F

F=R·As

式中：F单位N；As为螺纹小径截面积，mm2。

（4）预紧力矩T

T=K·F·d×10-3

式中：T单位N·m；K为拧紧力矩系数，一般取K=0.2；d为螺纹公称直径，mm。

3.3 船厂拧桨叶螺栓的实际操作

桨叶安装的要求不仅是牢固可靠，而且要确保桨叶和桨叶座之间无任何泄漏。因此，安装桨叶螺栓时，必须使用手动拧紧工具施加预紧力矩。起初用手将螺栓拧入螺纹孔，一直用手拧到底，绝对不允许一开始就用扳手拧螺栓。桨叶螺栓的螺纹表面及螺孔螺纹表面，喷涂一层二硫化钼润滑剂防止螺纹咬死。对于每一个桨叶螺栓的紧固，至少分三次完成要求的拧紧力矩，例如：要到达的拧紧力矩为1500Nm，就分600Nm、1100Nm、1500Nm三次拧到位，要交叉逐次拧紧所有螺栓。

参考文献

[1]刘关根，山本文雄.调距桨桨叶固定螺栓的强度研究[J].机电设备，1977（06）.

[2]郭永生，李永成.可调螺距螺旋桨螺栓紧固力矩之探讨[J].中国修船，2007（04）.endprint