что такое диаметр ступицы винта

Выбор геометрических характеристик гребного винта

Вопросам работы, расчета и изготовления гребных винтов (далее — ГВ) для малых судов в «Катерах и яхтах» прошлых лет выпуска было посвящено немало статей. Среди них можно упомянуть, в частности, статьи А. А. Оскольского «Расчет основных элементов катерных ГВ», №1, 1963 г.; Л. М. Кривоносова «О выборе положения ГВ», №3, 1964 г.; «Подбор элементов ГВ», сборник №24; Л. Л. Хейфеца «Особенности расчета катерных ГВ», сборник №16 и «Испытания катера и доводка ГВ», сборник №31; В. В. Вейнберга «ГВ спортивных судов», сборник №21; «Потерянные силы» (На мерной миле «КиЯ»), сборник №41; Н. В. Корытова «Суперкавитирующие ГВ», сборник №53 и «Частично погруженные ГВ», сборник №62; В. А. Баснина «Натурные испытания: лодка-мотор-винт», сборник №54. Наконец, вышел и целый ряд полезных пособий, таких как книжка Л. М. Кривоносова «Гребной винт к твоей лодке» (1970 г.) и два издания книжки Л. Л. Хейфеца «Катерные гребные винты» (1972 и 1980 гг.).

Основные понятия о геометрии ГВ, скольжении, кавитации и т. п. рассмотрены в статье «Что надо знать о винте?», опубликованной в сборнике №16 (1968 г.), а также в книге «300 советов по катерам, лодкам и моторам» (1973 и 1974 гг.). Однако, судя по редакционной почте, многих читателей интересуют практические рекомендации по изготовлению ГВ наиболее доступными методами — в условиях ремонтных мастерских при лодочных стоянках и даже на дому. Этот интерес вполне оправдан возросшим вниманием к экономичности эксплуатации прогулочных и туристских судов.

В предлагаемой вниманию читателей «КиЯ» серии статей рассматриваются специфичные особенности геометрии ГВ малых судов, которые необходимо учесть при самостоятельном изготовлении винтов. Учитывая перечисленные выше опубликованные материалы, в данных статьях не освещаются ни элементарные определения и понятия, считая их уже известными широкому кругу читателей, ни тонкости расчета основных элементов ГВ. Поэтому в публикуемых ниже статьях вопрос о выборе диаметра и шага ГВ считается решенным.

Попутно заметим, что даже самый сложный расчет, основывается на ряде допущений и только в редких случаях дает точные результаты. Поэтому даже в практике конструкторских бюро предусматривают возможность доводки ГВ при испытаниях построенного катера: либо заранее изготовляют несколько вариантов винтов с различными параметрами (например, шагом), либо изготовляют один винт несколько большего диаметра, чем выбранный по расчету (т. е. заранее «утяжеляют» винт), и доводят его диаметр до оптимального путем последовательной подрезки лопастей во время ходовых испытаний (см. упомянутую статью Л. Л. Хейфеца).

В общем случае, оптимальный вариант ГВ может быть получен только после анализа результатов ходовых испытаний. Поэтому в большинстве случаев, и в частности — и любительских условиях, целесообразно отказаться от сложных расчетов и, выбрав элементы ГВ при помощи приближенного расчета, «доводить» его на построенном судне.

Шаг винта

Нередко на малых судах вследствие расположения ГВ вблизи поверхности воды возможно явление аэрации — проникновения атмосферного воздуха на засасывающую сторону лопастей □о воронкам, которые образуются при работе винта.

При аэрации упор на винте резко падает, происходит внезапное падение скорости лодки, резко возрастает частота вращения двигателя. Аэрации способствуют такие явления, как случайное оголение винта, резкое повышение сопротивления судна, например, при ударе о волну, образование каверны перед или близко за винтом при отрывном обтекании кронштейнов, угловых передач или рулей. Все эти явления, вероятно, знакомы многим владельцем катеров и лодок.

Предотвратить аэрацию винта можно, увеличив погружения его оси, изменив шаг винта по радиусу. Последнее мероприятие является наиболее эффективным. В этом случае ГВ имеет переменный шаг, т. е. шаг винтовой поверхности в различных сечениях лопасти будет разным в для характеристики такого винта приходится проводить кривую зависимости шага от радиуса г.

Для ГВ подвесных моторов, работающих при почти осевом обтекании и имеющих шаговое отношение 1 1,4) иногда уменьшают шаг и на концевых сечениях лопасти на те же 15—20%, начиная с того же радиуса r = 0,6—0,7R, на котором шаг винта принимается равным расчетному. Иногда, наоборот, шаг увеличивают на 15—20% в тех же сечениях. Второй способ является более эффективным.

Аэрации подвержены и суперкавитирующие гребные винты, хотя и в значительно меньшей степени. Для предотвращения этого явления при шаговых отношениях 1,6—2,0 достаточно уменьшить шаг лопасти на 25—20%, но только у ступицы.

Количество лопастей

Наибольшим КПД обладают двухлопастные винты; к тому же, они значительно проще в изготовлении, чем многолопастные. Однако при работе в неравномерном потоке, например, за обтекателем редуктора ПМ или при косом обтекании при установке ГВ на наклонном гребном вале, двухлопастной винт подвержен вибрации, что может вызывать поломки гребных валов и кронштейнов, разбивать концевые подшипники гребного вала. Поэтому в таких случаях предпочитают трехлопастные гребные винты.

Толщина лопастей выбирается, исходя из условия обеспечения прочности.

Дисковое отношение 0 представляет собой отношение суммарной площади лопастей А к площади диска винта А_d:

где D — диаметр ГВ; π = 3,14.

Величина дисковою отношения во многом определяет форму лопастей: чем больше и, тем шире лопасти ГВ. Винты с малым дисковым отношением — с узкими и длинными лопастями — имеют более высокий КПД, чем широколопастные. Однако для обеспечения необходимой прочности толщину поперечных сечений узкой лопасти приходится увеличивать, что приводит к повышенным гидродинамическим потерям на профильное сопротивление и раннему возникновению кавитации. При наступлении же второй стадии кавитации происходит существенное падение КПД и упора ГВ. На практике винты с дисковым отношением менее 0,3 не применяют, так как лопасти получаются излишне толстыми и эффективность ГВ падает. Опасность возникновения кавитации появляется на скоростях свыше 40—45 км/ч (особенно на катерах с наклонным гребным валом — из-за влияния косого обтекания ГВ). Для того, чтобы избежать кавитации, дисковое отношение приходится иногда увеличивать до Θ = 0,8÷1,0.

Выбрать дисковое отношение ГВ. исходя из условия отсутствия кавитации, можно по графику (рис. 1). Меньшие значения Θ относится к ГВ подвесных моторов и угловых колонок, большие — к ГВ катеров с наклонными гребными валами. На скоростях более 60 км/ч оказывается выгодным применение суперкавитирующих винтов, имеющих специальный профиль поперечного сечения лопасти.

Для таких винтов оптимальное значение Θ составляет 0,3—0,5, а КПД мало отличается от КПД винтов с увеличенной площадью лопастей. Обычно у суперкавитирующих ГВ значение Θ не превышает 0.7—0,8. так как при большой ширине лопасти происходит падение КПД.

Иногда приходится увеличивать дисковое отношение ГВ по другим причинам. Например, существует ограничение максимального диаметра ГВ, который может быть размещен на стандартной подводной части подвесного мотора или под днищем катера. В этом случае для достижения достаточно высокою КПД необходимо либо увеличить шаг винта, либо дисковое отношение. Второе является предпочтительным, так как при переходе на большие шаговые отношения увеличивается относительное скольжение и КПД винта падает.

Форма лопасти

Распределение ширины лопасти по радиусу обычно задается плавной кривой (рис. 2) и может быть определено для конкретного винта на каждом радиусе r=r·R по формуле

Иногда встречающиеся вариации распределения ширины лопасти на пропульсивные характеристики винта не оказывают существенного влияния (рис. 3).

Форма лопасти в плане (по спрямленному контуру) зависит от саблевидности — положения линии середин сечений относительно осевой линии. Саблевидность задается как смешение (обычно по ходу вращения винта) средней линии лопасти от ее оси. Умеренная саблевидность лопастей, не оказывая существенного влияния на гидродинамические характеристики ГВ, обеспечивает снижение вибрации благодаря более плавному входу лопастей в воду, несколько улучшает характеристики ГВ в условиях кавитации и позволяет повысить местную прочность лопастей близ входящих кромок, что имеет особое значение для ГВ быстроходных судов.

Геометрия лопастей характеризуется также профилем радиальных сечений лопасти, толщиной сечений и ее распределением вдоль лопасти. Обычно указывают относительную толщину сечений лопасти. которая равна максимальной толщине профиля, отнесенной к ширине сечения.

Максимальные толщины вдоль лопасти обычно распределяются по линейному закону, уменьшаясь от значения до 1,5—2 мм на конце лопасти.

Для ГВ спортивных судов значение можно уменьшить до 4—5, а толщину кромок — на 30%.

Профилировка сечений

Для винтов относительно тихоходных судов и винтов, изготовляемых из материалов с пониженными прочностными характеристиками, рекомендуется использовать плоско-выпуклый сегментный профиль (табл. 1).

Лопасти ГВ быстроходных судов (развивающих скорость более 45 км/ч), желательно выполнять возможно более тонкими, чтобы предотвратить кавитацию. Для повышения их эффективности обычно применяют выпукло-вогнутый профиль («луночка» — см. ту же табл. 1). Стрелка вогнутости профиля (f) принимается равной около 2% хорды сечения. Обеспечить прочность таких винтов можно, только применяя для их изготовления латунь, бронзу или сталь.

Для лопастей суперкавитирующих винтов рекомендуются клиновидные с максимальной толщиной, смещенной к выходящей кромке (табл. 2). Такие винты изготовляют только из высокопрочных материалов.

Наклон образующей лопасти — отклонение, откидка лопасти в корму от теоретической плоскости диска винта. Для полностью погруженных ГВ образующая лопасти наклона обычно не имеет — она перпендикулярна оси винта. Однако придавать наклон целесообразно лопастям ГВ, перед которыми находятся кронштейны гребных валов либо плохообтекаемые части ахтерштевней. вызывающие возмущения и неравномерность в потоке, набегающем на винт. Благодаря откидке увеличивается расстояние между концевыми сечениями лопастей и элементами, вносящими завихрения, что способствует улучшению условий работы ГВ и уменьшению вибрации. Но для обычных ГВ наклон образующей не должен превышать 15% чтобы не уменьшались упор и КПД.

Источник

Как выбрать винт для лодочного мотора: обзор гребных винтов от Лодок Поволжья

Гребной винт – это та деталь в моторе, которая сообщает лодке поступательное движение. Без гребного винта лодочный мотор потеряет свою основную функцию – передвигать лодку и задавать ей направление. Работа гребного винта протекает непосредственно в воде, поэтому он первым принимает на себя все превратности водного маршрута.

Особенности работы и строения гребного винта

Гребной винт представляет собой движитель судов. Он состоит из вала и установленных на нем нескольких лопастей (от трех до пяти), равноудаленных друг от друга.

При вращении гребной винт отбрасывает поток воды в противоположную сторону от направления хода лодки. Работа гребного вала схожа с функционированием насоса, который сначала засасывает, а потом выбрасывает поток воды.

При вращении на поверхности лопастей, которые обращены к носу лодки, возникает разрежение, а на поверхности лопастей, обращенных к корме, появляется высокое давление. Данная разница приводит к возникновению движущей силы. Она воздействует на лопасти, через вал и подшипник передается непосредственно корпусу судна.

Разновидности гребных винтов

Разнообразие марок, моделей и мощностей лодочных моторов требует огромного количества гребных винтов.

Гребные винты различаются по следующим характеристикам:

• шагу (расстоянию, которое проходит винт за один оборот без учёта скольжения);
• диаметру (окружности, описываемой наиболее удалёнными от центра точками лопастей);
• дисковому отношению (отношению суммарной площади лопастей к площади круга с диаметром, равным диаметру винта);
• количеству лопастей (обычно 3, реже 4 или 2);
• материалу (сталь углеродистая и нержавеющая, алюминиевый сплав, пластик);
• конструкции ступицы (резиновый демпфер, сменная втулка, сменные лопасти);
• конструкции ступицы (выхлоп через ступицу или под антикавитационной плитой);
• диаметру ступицы;
• количеству шлицов втулки.

Шлицевая посадка винта на вал

В большинстве случаев используется шлицевая посадка винта на гребной вал. Разные производители оснащают винты различным количеством шлицов. Например, гребной винт лодочного мотора Suzuki 15 л.с. имеет 10 шлицов, а лодочный мотор Mercury той же мощности оснащен 8 шлицами.

Купить гребной винт со шлицевой посадкой удобно в интернет магазине Лодки Поволжья.

Гребные винты также могут отличаться диаметром ступицы. При сравнении можно увидеть, что редуктор мотора Suzuki больше, чем редуктор того же мотора Mercury.

На гребном валу винт фиксируется гайкой и контрится шплинтом. Современные двигатели оснащены выхлопом через ступицу винта. Этот способ считается более эффективным. Такой винт оснащен дефлектором для создания области разряжения, чтобы понизить давление на выхлопе, а, следовательно, увеличить мощность лодочного двигателя в целом.

Чтобы при ударе винта о грунт редуктор был надежно защищен, используется резиновая втулка демпфер. Если совпадает диаметр посадки, то технически можно перепрессовать втулку с одного винта на другой. Но для слаженной работы рекомендуется использовать оригинальные винты.

Иногда производители винтов делают втулку съемной, чтобы была возможность один и тот же винт устанавливать на разные моторы.

Шпоночная посадка винта на вал

На лодочных моторах небольшой мощности используется посадка винта на шпонку. Для этого на втулке винта имеются специальные пазы. Если винт ударился о препятствие, то шпонка срезается и тем самым защищает шестерни и вал редуктора. В таких моторах для выхлопа предусмотрено отдельное отверстие под антикавитационной плитой. Это не так эффективно, чем выхлоп через винт, но тоже неплохо работает.

Материал гребного винта

По материалу гребные винты бывают:

• алюминиевые (AL);
• стальные (SS);
• пластиковые.

В основном используют винты из алюминиевого сплава, так как они берегут редуктор и стоят дешевле, чем остальные.

Пластиковые винты применяются, как правило, на компактных моторах, мощностью 2-3 лошадиных сил. Гребные винты из пластика используются на винтах со сменными лопастями.

Стальные винты рекомендованы для эксплуатации на глубоких водоемах, где нет топляков и препятствий в виде порогов, поскольку при налете винта из стали на препятствие есть вероятность выхода из строя редуктора. Стальные винты применяются на скоростных лодках и катерах.

Основное преимущество стальных винтов состоит в том, что его лопасти можно сделать максимально тонкими. Если сравнить толщину лопасти стального и алюминиевого винта для однотипных моторов, то можно увидеть, что стальные лопасти гребного винта будут втрое тоньше алюминиевого. Это дает стальному винту меньше потери на трение и выше эффективность в целом.

Плоскость лопастей стальных винтов имеет ощутимый наклон. Это сделано для того, чтобы уменьшить сопротивление набегающему потоку воды, другими словами, уменьшить диаметр, но при этом сохранить площадь лопастей, хороший упор.

Стальные лопасти лучше противостоят кавитационному и механическому разрушению, более износоустойчивые и долговечные. Но при жестком контакте с грунтом, даже стальной винт не сможет устоять, чтобы не погнуться и не сломаться. Гребные винты из стали необходимо особенно аккуратно эксплуатировать на мелководье.

Алюминиевые винты считаются одними из самых популярных по применению винтов. Если лопасти такого винта погнулись, то их доступно выпрямить прямо на берегу, а вот с ремонтом редуктора придется потрудиться.

Количество лопастей гребного винта

По количеству лопастей гребные винты бывают:

• Двухлопастные;
• Трехлопастные;
• Четырехлопастные.

Двухлопастные винты встречаются на маломощных моторах. Например, электрических.

Трех- и четырехлопастной винт более распространен по применению на лодочных моторах.

Особенности трехлопастного гребного винта:

• Хорошая скорость;
• Универсальность;
• Сбалансированность.

Трехлопастной винт обеспечит наибольшую скорость судну. Такой винт будет одинаково хорошо работать как на минимальных, так и на максимальных скоростях, сохраняя высокий КПД и низкий уровень вибрации.

Особенности четырехлопастного винта:

• Быстрый старт;
• Низкий уровень вибрации;
• Плавность хода.

Купить четырехлопастной винт стоит тем, кому необходимо получить более быстрый старт, принципиален низкий уровень вибрации при использовании с мощным двигателем и плавный ход.

Отличие между трехлопастным и двухлопастным винтом в том, что четырехлопастной винт имеет лучшие характеристики при разгоне и выходе на режим глиссирования. Он применяется для водных развлечений: например, водных лыж.

Трехлопастной винт имеет преимущества в скоростных качествах. Чем больше скорость, тем менее эффективным становится четырехлопастной винт.

Диаметр и шаг винта

У каждого винта можно выделить два технических показателя:

• Диаметр;
• Шаг винта.

От этих показателей во многом зависит характер применения гребного винта.

По типу применения гребные винты бывают:

Диаметром винта именуют диаметр окружности, который образуют кончики его лопастей при вращении, описывают круг. Шаг винта – это расстояние, которое пройдет винт за один оборот в плотной, водной, среде. Следовательно, чем больше шаг, тем это расстояние будет больше.

Диаметр и шаг винта производители указывают на ступице или на лопасти. Единых стандартов нанесения этой технической информации нет. Все данные по винту дублируются на упаковке товара.

Диаметр винта играет немаловажную роль. Чем больше диаметр винта, тем больше становится упор. С помощью большего диаметра винта можно увеличить тяговые свойства мотора, но проиграть в скорости.

Следующая за ней цифра «11» является шагом винта и измеряется в дюймах. Это то расстояние, которое винт пройдет за один полный свой оборот. Чем больше шаг винта, тем более скоростным считается гребной винт. Но чем меньше шаг винта, тем более грузовым считается винт.

Винты с большим шагом называются скоростными, а винты с меньшим шагом – грузовыми. При покупке нового основного или дополнительного винта следует всегда учитывать этот шаг.

Втулки и гребные винты для лодочных моторов

Чтобы улучшить характеристики гребного винта, ведущие производители моторов идут на различные ухищрения и разработки.

Втулка гребного винта, помимо передачи крутящего момента, защищает редуктор лодочного мотора. Конструктивно мотор не имеет сцепления и включение передач (F-N-R) происходит довольно жестко. Втулка частично берет на себя функцию демпфирования этих ударных нагрузок и защищает шестерни редуктора от износа. Такую же защиту редуктора втулка выполняет при ударе винта о подводное препятствие. Даже если лопасть винта отломилась при ударе, всегда можно полагаться на то, что шестерни редуктора останутся целы.

При наличии гидравлического пресса втулку алюминиевого винта можно из него извлечь. При вынимании втулки она моментально расширяется и обратно в обойму ее уже не поместить. Этот нюанс необходим для того, чтобы узел выдерживал нагрузки, поэтому он выполнен в напряженном виде. При изготовлении втулку сначала сжимают, а во время работы она расширяется внутри винта.

На стальных винтах принцип аналогичен. Посадочная поверхность для втулки очень ровная. Усилие передается на винт только за счет сухого трения.

Даже самая бережная эксплуатация винта выведет втулку из строя от постоянных нагрузок. Особенно это очевидно для стальных винтов, оснащенных инерцией маховика.

Чаще всего втулка начинает проворачиваться по шлицевой гильзе. Это происходит от того, что площадь контакта гильзы и демпфера намного меньше, чем площадь демпфера и обоймы винта.

Случаи проскальзывания и поломки втулки встречаются также и на самом винте.

Производители гребных винтов и моторов осведомлены об этой проблеме. Для мощных винтов изготавливаются специальные втулки с защитой от проворачивания с заменяемым демпферным узлом. Для таких винтов существую специальные ремкомплекты.

Винты Suzuki оснащены усиленными гранеными втулками, которые устойчивы к проворачиванию. Есть даже специальная серия таких втулок под названием «Watergrip».

Купить втулку для гребного винта удобно в интернет магазине Лодки Поволжья.

Как подобрать гребной винт

Если мотор крутит менее 6000 оборотов, например 5500, значит требуется понизить шаг винта.

Ежели лодочный двигатель выдает более нужных оборотов, значит требуется нагружать мотор, повышая шаг винта.

При понижении или повышении шага гребного винта на 1 дюйм, обороты мотора изменяются в среднем на 200 оборотов в минуту.

Считается, что единой теории выбора винта не существует. Винты обычно подбираются опытным путем.

Рекомендуется иметь в запасе дополнительный винт, чтобы обеспечить безопасность на воде и благополучно вернуться домой на берег. В идеале владелец моторного судна должен иметь гребной винт грузового и скоростного типа.

Как правило, обратный путь подразумевает груженую лодку. В этом случае и пригодится грузовой винт. Он поможет снять с мотора лишнюю нагрузку, повысить обороты, увеличить скорость и снизить расход топлива.

Оптимально выбрать винт опытным путем удобно, используя следующие характеристики:

• Тяжёлый винт.
Двигатель не развивает полных оборотов, выход на глиссирование затруднен. Необходимо уменьшать шаг.

• Скоростной винт.
Максимальные обороты и скорость достигаются только с малой загрузкой и в верхнем положении гидроподъёма (тримма).

• Универсальный.
С минимальной загрузкой мотор развивает максимальные обороты, с полной загрузкой позволяет выйти на глиссирование.

• Грузовой винт.
Позволяет легко выходить на глиссирование с полной загрузкой путём некоторой потери скорости, максимальные обороты достигаются уже со средней нагрузкой.

• Слишком лёгкий винт.
Лодка сильно недобирает в скорости, мотор превышает максимально допустимые обороты, срабатывает ограничитель оборотов. В этом случае нужен винт с большим шагом.

Как подобрать винт для китайского мотора

Интернет магазин Лодки Поволжья предлагает ознакомиться с несколькими важными рекомендациями по выбору винтов для лодочного мотора производителей из Китая.

Случается так, что пользователи лодочных винтов китайского производства не могут найти гребной винт по названию мотора. Поскольку большинство китайских моторов являются клонами японских брендов Ямаха и Тохатсу, то многие винты этих марок подходят на китайские лодочные моторы.

Для того чтобы правильно подобрать винт для китайского мотора необходимо:

1. Сосчитать количество шлицев на гребном валу.

2. Измерить диаметр ступицы винта для правильной установки на посадочное место (мм).

3. Для случаев отсутствия винта необходимо измерить диаметр корпуса редуктора по внутренней кромке.

4. С полученными данными обратиться в компанию Лодки Поволжья, где помогут подобрать необходимый винт.

Для комфортного выбора гребного винта предлагаем ознакомиться с сравнительной таблицей гребных винтов, которые можно купить в интернет магазине Лодки Поволжья.

Сравнительная таблица гребных винтов японских и китайских брендов

Как проверить винт к катеру

Чтобы проверить, насколько подходит к катеру имеющийся винт, необходимо замерить обороты в полный газ с максимальной и минимальной загрузкой. Обороты должны находиться в пределах, рекомендованных изготовителем. Если мотор недобирает оборотов, то стоит поставить винт с меньшим шагом, если происходит превышение оборотов, то шаг требуется увеличить.

Как продлить срок службы винта

После покупки нового винта владелец желает максимально продлить срок его службы. Основной рекомендацией для этого является избегать касания дна. Внимательно следите за изменением глубины и пользуйтесь гидроподъёмом при прохождении проблемных мест: отмелей, подводных препятствий.

Обязательно ли использовать оригинальный винт

При замене оригинального винта на подходящий, нужно понимать, что многие оригинальные винты сделаны на тех же предприятиях, что и неоригинал. Существует ряд проверенных производителей, выпускающих качественную замену оригиналу при более низкой цене. Поэтому говорить о необходимости использования именно оригинальных винтов некорректно.

Интернет-магазин Лодки Поволжья предлагает широкий ассортимент трехлопастных гребных винтов производства японских и китайских марок. В каталоге продукции представлены модели, подходящие к лодочным моторам Yamaha, Mercury и Suzuki. Наша компания предлагает гребные винты из алюминия и стали, что гарантирует их надежность, повышенную прочность, долгий срок эксплуатации, устойчивость к повреждениям, деформации и коррозии.

Чтобы приобрести гребные винты к лодочным моторам в интернет магазине Лодки Поволжья, достаточно добавить подходящие модели в «Корзину» и оформить заказ.

Источник