全回转螺旋桨的制作

泰歌

       本人曾多次制作带有全回转螺旋桨的拖轮、海工船、海洋钻井平台等静态模型。没有设计制作过真正能运转的全回转螺旋桨。查询国内模型论坛、淘宝商店，均未发现有国产成品出售和模型爱好者制作过，只有海外代购英国产模型全回转螺旋桨，价格在2000元以上。既然国内没有买的，也没有人做过。这倒激起我强烈的设计、制作欲。
      全回转指在原地可以360度自由旋转螺旋桨的拖轮，一般都采用双Z型导流管式螺旋桨和中高速柴油机，根据操纵控制方式不同，可分为单柄船和双柄船两种形式。因双柄船操纵比单柄船灵活，现在制造的港作拖轮基本全都是采用双柄操作系。港作是无舵双桨，螺旋桨可在360度范围内自由转动，转向灵活，旋回圈小，并可以在原地打转。进车改为倒车，调节螺旋桨方向180度即完成，只需12秒，可在较短时间和距离内把船停住。在缓流无船速情况下可横移，对本船靠离泊十分有用。该船无舵，倒车时只要调节螺旋桨方向，比前进更灵活。
      全回转动力传递原理是两级伞齿做Z型传动。现在制造的双柄船一般都是采取外旋式 ，即右车顺时针旋转，左车逆时针旋转。没有图纸，参考真船螺旋桨结构和比例设计，简化传动部分设计：
     1、两级伞齿均采用1:1传递，减小齿轮箱体积；
     2、在满足工件机械强度的前提下，采用ABS管、棒、板，尼龙、不锈钢材料，防水防锈、加工简单快捷；
     3、各级轴套采用自润滑的聚四氟乙烯材料车制，不使用轴承+润滑油；
     4、伞齿轮（网购）：0.5模铜齿轮，不锈钢传动轴；
     5、导流罩采用模仿3D打印模式，以层叠粘接外加镶套，既保证尺寸精度又简化制作工艺；
     6、钢轴防窜动用紧配尼龙轴套限位；
     7、保证螺旋桨叶旋转动平衡，也采用模仿3D打印模式，层叠粘接加穿心定位；
     8、组装控制点：导流罩和齿轮箱的同心度、齿轮箱和Z型传动轴的垂直度；
     9、电机动力用两节万向节做柔性传递；
   10、所有零件加工设备为：CNC数控雕刻机、微型车床。

    以下的螺旋桨是按照网上某船用机械厂照片进行设计，完工后发现全回转螺旋桨的倒车工作方式是双桨同时向外旋180°，桨叶应该是单向桨设计。而该模型桨叶是双向桨（正反等量旋转做功）。对参考照片的质疑先搁置待讨论。

     CAD设计图：

CAD设计图

用聚四氟乙烯棒材车制的自润滑轴套，省去铜套+润滑油，润滑度很好且耐磨。


用ABS材料车制的零件

伞齿轮箱 传动轴套 转向结构

桨叶座

导流罩 支架

全套零件（单个浆）

零件

保证螺旋桨叶的动平衡，用模拟3D打印的方法分层刻制，层叠粘接加穿心定位，能看出是一层一层叠起来的，中间用4根ABS棒穿起来。先把螺旋桨座穿起来压紧上车床光外圆，然后再拆开，拿掉中间的一片（代替桨叶厚度的片子）放进桨叶，沿拼接缝隙滴进三氯甲烷，压紧半小时就凝固，然后扭转叶片呈同样角度即可。

桨叶

桨叶

桨叶 伞齿轮箱 桨叶座

叶片固定套


导流罩、支架






导流罩、支架固定定位装置


装配好的螺旋桨

成品-4

成品-2

成品-1

在试验台上的全回转螺旋桨。模拟拖船真实的运行方式，用2只775减速电机+弹性联轴器+传动轴+两级万向节传递到伞齿轮。经运行试验，在每分钟1350转的速度下运行正常，就是噪声略大，万向节、伞齿轮加油不能改善。估计在水中噪声会吸收不少，呵呵。

试验台-1

试验台-2

试验台-4

试验台-5

试验台-6

这个全回转螺旋桨在2013年8月完成设计制作，由于忙着其他模型赶工交货，一直没有时间去试水。去年抽时间做了水中试验，效果很理想，有了负荷速度就降下来了，噪声也下来了，当然合理的动力噪声还是必须的，不然就不叫仿真船了。可惜的是其中导流罩和支架的组装及试水的照片没有保存好，有机会再补吧，请各位同好见谅。
有什么需要改进的地方请多多指正。谢谢。

泰歌

深蓝1978 发表于 2015-2-14 09:08
楼主使用了3D打印机吗？很不错啊

是模拟3D打印的原理，3D打印是一层一层堆砌的，我也是按照实物几何形状分割成若干层用CNC刻制好，然后层叠粘接，凝固后上车床光外圆。导流罩则事先做好一层外壳，外圆光好套进外壳用少量三氯甲烷熔接。这样做出来的工件精度高、外观漂亮、成本也极低。
真用3D加工，费用至少在1-2000元。

xfroger

学习了{:soso_e179:}

魔鬼精肉人

强悍的一塌糊涂！学习了！

流浪人123

转向部分是怎样的？

泰歌

ar- 发表于 2015-2-14 01:01
外觀很好但強度方面差了些，耐用方面可能會…………

ABS是工程塑料，工业、军事、民用方面都在广泛使用，如电视机外壳、电动自行车外壳、 电话机、手机外壳。不要怀疑他的强度。目前流行的3D打印基材就有ABS。跌落测试可以达到3M自由落体无损伤。传动部分的全部轴套使用聚四氟乙烯（号称塑料王），超高耐磨、自润滑、成本极低，寿命应该比铜套长多多了。
英国的全回转螺旋桨就是ABS的。
谢谢关心。

泰歌

ar- 发表于 2015-2-14 04:37
葉片是受力部份最好片用銅焊接，有點不明白的就是傳動部份為什麼要申展這麼長距離，動力損失不小

为了确保在业余条件下螺旋桨的动平衡，这样做叶片在高速旋转时不会产生破坏力很大的抖动、震动。
关于傳動部份这么长距离是：真船就是这样的，模型只是按比例缩小而已。弹性联轴器、万向节、转角角度都是真实的。

深蓝1978

楼主使用了3D打印机吗？很不错啊

王船长

希望早日上市