Đồ án Thiết bị tàu thủy

17 m Chiều dài củ 0,3 m Đk trục 0,123 m Bán kính góc lượn 0,0366 m Hình ảnh: thông số của chân vịt tính bởi PropCad 2005 Bảng thông tin được xuất ra bởi phân mềm như trên, với cái thông tin cần thiết phục vụ tính toán về sau như: Khối lượng chân vịt là m = 188,1 kG. ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 19 Momen quáng tính là I = 9,03 kg/m2. Đường kính chân vịt là D = 1,22 m. 3.3. Thiết kế và kiểm tra bền trục chân vịt Trục chân vịt được chọn thiết kế phù hợp với cụm kết cấu sau khi đã chọn được máy lái và chân vịt, kết quả cho như hình bên dưới. Ngoài ra khối lượng trục là m = 48,02 kG được trích xuất từ phần mềm SolidWorks. Hình ảnh Hình ảnh: trục chân vịt Kiểm tra bền Moment xoắn trên trục chân vịt T = 5658 Nm Độ bền vật liệu làm trục chân vịt (thép không rỉ) [σ ]= 250× 106 N / mm2 Phép thử T 1 /2πR 4 ≤ [σ ] R≥ 0.061 mm Trục đã chọn thỏa mãn điều kiện bền. 3.4. Thiết kế củ chứa trục chân vịt Củ chứa trục chân vịt được làm từ gan dẻo, thông số hình dạng được vẽ theo mẫu với kích thước được chọn cho phù hợp với trục chân vịt của bài làm. Khối lương củ cũng được phần mềm SolidWorks xuất ra là m = 126,82 kG. Bản vẽ củ được trình bày tại trang bên. ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 20 Hình ảnh: bản vẽ thiết kế củ chứa trục chân vịt 3.5. Tính chọn ổ đỡ chặn trục chân vịt Vì khoảng cách giữa các ổ lăn và bề rộng các ổ lăn bé hơn nhiều so với đường kính trục, ta sẽ không tiến hành xem xét các ổ lăn này như gối của dầm là gán trực tiếp lực dọc và lực hướng kính trên trục chân vịt cho các ổ lăn. Hệ số chịu tải động của ổ lăn = . √ Trong đó 8. Cd Là hệ số chịu tải động theo quy cách 9. Q= ( X V F r+Y F a)k t k d Là thông số tải 10. F r Là lực hướng kính 11. F a Là lực dọc trục ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 21 12. L= Ln 106 × 60 n= 384.0 Là hệ số tuổi thọ (hệ thiết kế dự kiến làm việc 20 000h). 13. m= 10 /3 Là hệ số ổ lăn, ở đây chọn ổ lăn đỡ chặn Đối với ổ chặn đỡ trục chân vịt. F a= 2764.82 kG F r= 181.1 kG Tỉ lệ hai lực này s= F a V × F r = 15.27 với V = 1 là hệ số giảm tải. Như vậy, ta thấy rõ là lực dọc trục trong trường hợp này cần quan tâm nhiều hơn so với lực hướng kính. Hai hệ số X và Y chọn như sau. X = 0.1 ∧Y = 1 Từ đó cho ta Q= 3.53× 103 Cd= 21.04× 10 3 Như vậy ta chọn ổ đũa đỡ chặn ISO tapered roller với các đặc trưng cơ bản như: Đường kính trong là 150 mm. Đường kính ngoài là 225 mm. Khối lượng mỗi ổ là 10 kG. 4. Tính toán sơ bộ đạo lưu Ống đạo lưu được chọn ở đây là ống 19A, tỉ lệ = 0,5 với các thông số hình học được xác định như sau: 4.1. Đường kính trong nhỏ nhất của đạo lưu D Đường kính trong nhỏ nhất của đạo lưu được tính theo công thức nhu sau: = + 2∆ = 1,232 trong đó: : là đường kính đạo lưu. : là đường kính chân vịt. ∆ : là khe hở giữa đạo lưu và cánh cv. 4.2. Chiều dài của đạo lưu Với tỉ lệ = 0,5 ta có thể suy ra chiều dài đạo lưu là: = 0,5. = 0,61 = 610 4.3. Bán kính lượn phần mũi, đuôi đạo lưu Bán kính lượn phần mũi đạo lưu Rin và bán kính lượn phần đuôi đạo lưu Rout được tính theo các công thức trang 215, sách Principles of Naval Architecture V2 như sau: = 5,57% → = 5,57% . 610 = 33,977 → = 17 ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 22 = 3,78% → = 3,78% . 610 = 23,058 → = 11,5 Trong đó : là đường kính cửa vào đạo lưu. : là đường kính cửa ra đạo lưu. : là bán kính cửa vào đạo lưu. : là bán kính cửa ra đạo lưu. 4.4. Tọa độ profil đạo lưu trước hiệu chỉnh Với chiều dài đạo lưu L = 610 mm ta có bảng tọa độ của đạo lưu theo trang 215, sách Principles of Naval Architecture V2 như sau: Bảng 1. Bảng tỉ lệ phần trăm. x/L (%) 0 1,25 2,5 5 7,5 10 15 20 25 30 40 50 60 70 80 90 95 100 y(in)/L (%) 18,25 14,68 12,8 10,87 8 6,34 3,87 2,17 1,1 0,48 0 0 0 0,3 0,82 1,45 1,86 2,36 y(out)/L (%) 20,72 21,07 20,8 6,36 Bảng 2. Bảng kích thước. x (mm) 0 7,625 15,25 30,5 45,75 61 91,5 122 152,5 183 244 305 366 427 488 549 580 610 y(in) (mm) 111,33 89,548 78,08 66,307 48,8 38,67 23,6 13,24 6,71 2,928 0 0 0 1,8 5,002 8,845 11,3 14,4 y(out) (mm) 0 126,39 128,53 126,88 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 38,8 Với bảng thông sô trên sau khi vẽ xong đạo lưu thì kết quả cho hình ảnh đạo lưu chưa hoàn chỉnh, vì vậy cần hiệu chỉnh bản vẽ cho có hình dạng giống với hình ảnh mặt cắt ngang cánh theo tiêu chuẩn thủy động học của NACA. Các nguyên tắc khi hiệu chỉnh là phải tuyết đối tuân theo các hệ số cửa ra và của vào của đạo lưu như đã nêu trong “Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 1”. Với điểm tựa là cuốn sách bên thì kết quả của các hệ số của đạo lưu sau khi hiệu chỉnh là. 4.5. Thông số kích thước đạo lưu sau hiệu chỉnh 4.5.1. Đường kính cửa ra của đạo lưu Đường kính cửa ra của đạo lưu được đo trực tiếp từ bản vẽ sau khi đã hiệu chỉnh như sau: = 1293 4.5.2. Hệ số cửa ra của đạo lưu Hệ số cửa ra của đạo lưu được tính theo công thức 1.14 trang 17 sách “Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 1” như sau: = = = 1293 1232 = 1,1 ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 23 Kết luận: với cách hiệu chỉnh profil của đạo lưu như đã thực hiện thì kết quả sau khi kiểm tra lại hệ số cửa ra của đạo lưu là = 1,1 nằm trong giới hạn 1,1 ÷ 1,15 như trong “Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 1” đề suất, vậy cách hiệu chỉnh trên chấp nhận được. 4.5.3. Đường kính cửa vào đạo lưu Dường kính cửa vào của đạo lưu được đo trực tiếp từ bản vẽ sau khi đã hiệu chỉnh như sau: = 1454 4.5.4. Hệ số cửa vào của đạo lưu Hệ số cửa vào của đạo lưu được tính theo công thức 1.14 trang 17 sách “Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 1” như sau: = = = 1454 1232 = 1,39 Trong các công thức trên thì: : là đường kính cửa vào đạo lưu. : là đường kính cửa ra đạo lưu. : là đường kính đạo lưu tại mặt cắt chân vịt. : là dien tích cửa vào đạo lưu. : là diện tích cửa ra đạo lưu. : là diện tích đạo lưu tại mặt cắt chân vịt. Kết luận: kết quả kiểm tra lại hệ số cửa vao của đạo lưu là = 1,39 nằm trong giới hạn 1,÷ 1,5 như trong “Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 1” đề suất, vậy cách hiệu chỉnh trên chấp nhận được. 4.6. Vị trí đặt trục của đạo lưu Với thiết bị đẩy azimuthing thruster thì có 2 vị trị đặt trục tương ứng với chức năng là “chân vịt đẩy” hoặc “chân vịt kéo” như đã trình bày ở trên. Thiết kế trong bài dùng cho chân vịt đảm nhiệm chức năng là chân vịt đẩy nên vị trí đặt trục là tại mép trước của đạo lưu, tức tại cửa vào của đạo lưu. 4.7. Biên dạng profil của đạo lưu Sau khi tính toán sơ bộ ta có thể vẽ được hình ảnh của đạo lưu với các thông số kích thước như sau: Chiều dài đạo lưu: L = 610 mm. Đường kính trong nhỏ nhất của đạo lưu: = 1232 . Đường kính cửa ra của đạo lưu: = 1293 . Đường kính cửa vào của đạo lưu: = 1454 . Vị trí đặt trục hệ thống: Tại cửa vào của đạo lưu. Bán kính lượn phần mũi đạo lưu: = 17 Bán kính lượn phần đuôi đạo lưu: = 11,5 ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 24 II. TÍNH LỰC VÀ MOMEN THỦY ĐỘNG 1. Tính toán theo lý thuyết Với hệ chân vịt đạo lưu thông thường thì việc xác định lực thủy động và momen có thể thực hiện thông qua đồ thị trong sách Thiết bị tàu thủy tập 1 đối với tàu chạy tiến và lùi. Ngoài ra đối với đạo lưu thường, momen thủy động của đạo lưu và cánh ổn định được tính thông qua trục lái nằm trên đạo lưu và có đồ thị để ta có thể tính gần đúng với các giá trị trên, dựa vào momen này ta có thể chọn máy lái phù hợp. Nhưng đối với thiết bị lái góc phương vị thì cách tính trên không còn tuyệt đối chính xác, vậy cách giải quyết như sau: Đối với góc lái từ 0 tới 40 độ thì tính lực thủy động thực hiện như thường nhờ đồ thị bể thử, momen thủy động trong trường hợp này được xác định bằng tích giữa cách tay đòn (khoảng cách từ tâm áp lực tới tâm trục đạo lưu) và lực thủy động. Đối với thiết bị đẩy Azimuthing thruster có thể xuay 360 độ thì giới hạn momen xoắn cực đại trên trục nằm trong khoảng từ 0 đến 90 độ, tại 90 độ lực tác dụng lên đạo lưu lúc này chỉ là áp lực nước và được tính bằng áp lực thủy động. Ngoài ra do azimuthing thruster có thể xoay 360 độ nên ở đây ta chỉ xét một trường hợp có thành phần lực tác động lớn hơn tác động lên hệ đạo lưu là lúc tàu tiến, vậy cách tính gần đúng được thực hiện theo các bước như sau: 1.1. Xác định hệ số tải và tốc độ kích thích chiều trục của chân vịt trong ống Vận tốc dòng chảy của nước tới chân vịt: = 0,5144. (1 − ) = 3,38 Hệ số tải của đạo lưu: = = 4,3 ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 25 Trong đó: là lực đẩy toàn phần của chân vịt trong ống đạo lưu được tính theo công thức như sau = ≈ 3000 với = = 2764,82 = . = 1,17 là diện tích quay vòng của cánh chân vịt. Hệ số tải của chân vịt trong ống đạo lưu: = = 3,4 ℎ = −0,27 được tra trong hình 1.27 sách Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 1 với hệ số cửa vào của đạo lưu = 1,39 và = 4,3 1.2. Xác định lực thủy động và momen thủy động trên đạo lưu Lực và momen thủy động từ góc 0 đến 40 độ được xác định bằng các hệ số tra trong sổ tay thiết bị tàu. Ngoài ra một số công thức bổ xung cho quá trình tính như sau: = → = . với là hệ số tâm áp lực tra ở hình 1.26 trang 48 Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 1. L xp tâm áp luc Hình ảnh: Minh họa vị trí tâm áp lực trên đạo lưu = . . . : lực pháp tuyến. = . : là momen thủy động. : là diện tích sử dụng bề mặt có hiệu quả của đạo lưu: = . . . = 2,23 = 0,85: là hệ số biểu thị giữa bề mặt sử dụng thực tế so với toàn bộ bề mặt tính toán của đạo lưu. = = 1,3735 : là đường kính trung bình của đạo lưu. Kết quả được tổng hợp thành bảng sau: STT Đại lượng Đơn vị Góc bẻ lái 5 10 15 20 25 30 35 40 0,087 0,175 0,262 0,349 0,436 0,524 0,611 0,698 1 Cp0 - 0,215 0,22 0,23 0,24 0,26 0,285 0,31 0,35 ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 26 2 a - -0,4 -0,35 -0,3 -0,25 -0,23 -0,2 -0,1 0 3 b - 2,7 2,6 2,5 2,4 2,3 2,2 2,1 2,01 4 Cp - 0,114 0,125 0,139 0,155 0,171 0,194 0,237 0,300 5 xp m 0,070 0,076 0,085 0,094 0,105 0,118 0,145 0,183 6 Cx - -0,25 -0,17 -0,11 0 0,25 0,57 0,95 1,49 7 Cy - 0,25 0,49 0,72 1,05 1,3 1,61 1,85 1,95 8 Cn - 0,227 0,453 0,667 0,987 1,284 1,679 2,060 2,452 9 Pn kG 272,24 542,702 799,011 1181,96 1537,96 2011,67 2468,12 2936,76 10 Mσ kG.m 18,93 41,37 67,96 111,62 160,76 237,78 356,80 538,02 Các góc từ 40 đến 90 độ do không có đồ thị hay công thức dạng chung nào nên tạm thời ta chỉ xét áp lực nước tác động lên đạo lưu tại 90 độ và dùng phương trình nội suy Lagrange vẽ đồ thị qua các điểm mốc lực pháp tuyến và momen thủy động, từ đó ta sẽ có nhận xét khách quan về lực pháp tuyến và momen thủy động lớn nhất cần tìm. Các bước tính toán như sau: Lực pháp tuyến tác dụng lên đạo lưu được tính theo công thức (8-2) trang 98, sách cơ học thủy khí ứng dụng, TS.Trương Ngọc Lợi, NXB trường ĐH BÁCH KHOA HÀ NỘI, áp dụng cho ống hình trụ tròn. = . . . là lực pháp tuyến trên dạo lưu tại 90 độ. = . là momen thủy động trên đạo lưu tại 90 độ. Trong đó là khoảng cách từ tâm áp lực đến trục lái đạo lưu và được tính gần đúng bằng công thức giả sử: = Kết quả tính được tập hợp trong bảng sau: Cx= 1,2 tra bảng 3, trang web thuy-dong , áp dụng đối với hình trụ tròn S= 0,9 m^2 v= 3,6 m/s ρ= 104,5 kg.s^2/m^4 Pn= Cx.ρ.v^2*S/2 731,333 kG xp=L/2 0,305 m Mσ= 223,057 kG.m Sau đây ta có bảng tông hợp tất cả các lực thủy động và momen tương ứng với góc từ 0 đến 40 độ và góc 90 độ: STT Đại lượng Đơn vị Góc bẻ lái 5 10 15 20 25 30 35 40 90 0,087 0,175 0,262 0,349 0,436 0,524 0,611 0,698 1,571 1 Pn kG 104,539 209,077 313,616 418,154 522,693 627,231 731,77 836,308 731,333 ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 27 2 Mσ kG.m 18,93 41,37 67,96 111,62 160,76 237,78 356,80 538,02 223,057 Đồ thị thể hiện sự thay đổi của các lực: Kết luận: Từ 2 đồ thì ta có thể thấy thành phần lực pháp tuyến và momen thủy động đạt giá trị lớn nhất tại góc lái 40 độ, điều này cũng sát với các đề suất trong Sổ tay thiết bị tàu thủy 104,5385347 209,077 313,6156042 418,1541389 522,6926737 627,2312084 731,7697431 836,3082779 731,333 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Lự c p h áp t h u yế n P n ( kG ) Goc bẻ lái (độ) ĐỒ THỊ Pn 18,93 41,37 67,96 111,62 160,76 237,78 356,80 538,02 223,057 0,00 100,00 200,00 300,00 400,00 500,00 600,00 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 M o m e n t h ủ y đ ộ n g (k G .m ) Góc bẻ lái (độ) ĐỒ THỊ M ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 28 tập 1 là lực pháp tuyến và momen thủy động lớn nhất tác dụng lên hệ đạo lưu là từ góc 35 đến 45 độ. Vậy các thành phần lực tại góc lái 40 độ được tiếp tục đưa đi tính toán các phần sau. III. TÍNH KẾT CẤU ĐẠO LƯU 1. Tính kết cấu đạo lưu Đạo lưu có dạng ống trụ tròn thoát nước. Đường kính trong nhỏ nhất của đạo lưu = 1232 nên ta chọn đạo được gia công bằng phương pháp hàn. Kết cấu đạo lưu gồm tôn bao ngoài, tôn bao trong, các xương cứng dọc và xương cứng tròn (ngang). Ngoài ra phần giữa của tôn bao trong tại vị trí chân vịt là một ống thép không rỉ hình trụ. Mép dẫn và mép thoát của đạo lưu được gia công bằng thép ống hoặc thép rèn để tiện cho công nghệ. Đạo lưu được cố định vào trục lái bằng 3 càng cố định. Ba càng được hàn chắc vào đạo lưu ngay tại vị trí của các xương gia cường dọc nhằm đảm bảo độ bền. Sau đây là thông số tính toán chi tiết: 1.1. Khoảng cách giữa các xương gia cường Khoảng cách nhỏ nhất giữa các xương gia cường được tính theo công thức trong quy phạm như sau: = 0,2 + 0,4 = 0,40122 Với L là chiều dài tàu. Chọn x = 400 mm Số xương gia cường dọc: = . = . ≈ 10 tấm. Số xương gia cường ngang: = = ≈ 1 tấm. 1.2. Chiều dày tôn bao trong Phần tôn tại vị trí chân vịt cũng như toàn bộ kết cấu đạo lưu được làm bằng thép đóng tàu A36 có = 235/ . Chiều dày phần tôn giữa này được xác định bằng công thức 1.146 trang 105 sách Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 1: = 1,64. . [] = 0,89 vậy để đảm bảo điều kiện bền khi làm việc nặng nhọc của phần tôn tại vị trí này ta chọn 9 mm. Với = 40 khoảng cách giữa các xương gia cường. = 123,2 . [] = (0,354 ÷ 0,5) = (82 ÷ 118) ℎọ 118 . = 27648,2 . Phần tôn bao trong còn lại có chiều dày: = 0,87. = 7,83 ℎọ 8 . 1.3. Chiều dày tôn bao ngoài Chiều dày tôn bao ngoài được tính bằng công thức 1.148 trang 106 sách Sổ tay thiết bị tàu thủy tập 1: = 40. . = 3,72 ℎọ 4 . Với L = 24,5 m là chiều dài tàu. ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 29 1.4. Chiều dày xương gia cường Chiều dày xương gia cường dọc và ngang được tính theo công thức: = 1,2. = 9,6 ℎọ 10 . 1.5. Kiểm tra ứng suất tại các mặt cắt nguy hiểm Áp lực thủy tĩnh tại h = 1,62 m chiều chim được tính bằng công thức: = + . ℎ = 98100 + 10250.1,62 = 114705 = 0,114705 . Lực pháp tuyến = 2936,76 = 29367,6 . Ở hai đầu đạo lưu tại mặt cắt ngang: = 14. . . . . + = ±54,74 Ở hai đầu đạo lưu tại mặt cắt dọc: = −0,5. . . . . + + 0,3 = −116,03 Ở giữa đạo lưu tại mặt cắt ngang: = 14. . . . . + = ±1,1 Ở giữa đạo lưu tại mặt cắt dọc: = − . . + . ( + 2. ) + 0,3. = −41,19 / Trong các công thức trên thì: là đường kính ngoài của đạo lưu. là chiều dài của đạo lưu. là chiều chìm tàu. là khoảng cách giữa các xương gia cường. là chiều dày tôn bao ngoài. , , , là hệ số được tra ở bảng 1.31 trang 107 Sổ tay thiết bị tàu tập 1 theo hệ số m tính như sau: = 1,73. . 2. = 0,44 ≈ 0,45 = 12,2 = 0,248 = 1,243 = 1,963 , là các hệ số được tính theo công thức sau : = 1 + 2. . = 0,201 = 1 − 2. . = 0,0181 Trong đó : = . = 0,965 ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 30 Với: = .( .) − . = 45175,8 Sau khi tính được các giá trị ứng suất ta thấy : ≤ 0,5. ≤ 0,5. ≤ 0,5. ≤ 0,5. Với = 235 Kết luận: Vậy chiều dày tôn bao đạo lưu tính được thõa mãn điều kiện bền của vật liệu. 1.6. Khối lượng đạo lưu Sau khi tính toán được phần kết cấu đạo lưu ta có được bản vẽ kết cấu chi tiết với sự trợ giúp đỡ của phần mềm SolidWorks. Vật liệu được gán cho đạo lưu là thép A36 với các thông tin cơ bản về vật liệu như sau: Mô đun đàn hổi (Elastic Modulus): 200000 N/mm^2. Hệ số Poissons (Poissons Ratio): 0,26. Mô đun cắt (Shear Modulus): 79300 N/mm^2. Khối lượng riêng (Density): 7850 kg/m^3. Độ bền kéo (Tensile Strength): 400 N/mm^2. Độ bền uốn (Yield Strength): 250 N/mm^2. Khối lượng đạo lưu tính được bằng phần mềm là 639,3 kG 2. Tính kết cấu càng cố định đạo lưu Hai càng cố định dưới được làm từ thép đóng tàu A36. Hình ảnh của chi tiết được thiết kế như hình vẽ bên trang bên. Càng cố định chiệu tác dụng của các lực như: 1/3 lực đẩy của chân vịt (do có 3 vị trí chiệu lực trên đạo lưu), 1/3 khối lượng của bản thân đạo lưu, và lực bổ xung sinh ro do sự chênh lệch khoảng cách giữa trọng tâm đạo lưu và càng cố định. Bài toán không xét cụ thể từng trường hợp và góc bẻ lái vì vậy để đảm bảo độ bền của càng thì hệ số an toàn “k” khi tính toán sẽ được tăng lên phù hợp, vậy hệ sô an toàn sẽ được chọn là k = 1,6 thứ tự và cách tính bề dày của cảng được thực hiện nhờ lý thuyết của bô môn sức bền vật liệu. Đầu trên của càng được hàn cố định vào củ chứa trục chân vịt, đầu dưới càng được hàn vào đạo lưu, vậy bài toán có thể đưa về dạng dầm consol đơn giản với đầu trên coi như liên kết tại đó là ngàm, đầu dưới tự do chiệu tác động của các lực. Vật liệu chọn chế tạo càng cố định là thép cán không rỉ C30, có = 350 ( ). Ứng suất tới hạn của vật liệu = 0,7. = 245 (). Ứng suất giới hạn của vật liệu khi tính toán là: [] = [0,364 ÷ 0,4] = 87 ÷ 97 . Chọn [] = 97 . Bài toán tính cho 1 càng dưới như sau: ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 31 Lực đẩy do chân vịt tạo ra: = , = 921,6 . Khối lượng tác động của đạo lưu: = , = 213,1 . Lực bổ xung: = ( /)., .() = 1687,14 → = 843,57 . Từ các lực trên ta có thể vẽ biểu đồ momen uốn và lực cắt cho càng theo sơ đồ bố trí lực như hình trang bên. Vậy ta có: Momen uốn lớn nhất do F1 và F3 gây ra: = 1013,2 . Lực cắt lớn nhất do F1 và F3 gây ra: = 1765,17 Momen uốn lớn nhất do F2 gây ra: 98,96 . Lực cắt lớn nhất do F2 gây ra: = 172,4 Vậy tổng momen lớn nhất: = ( ) + ( ) = 1020,61 . Tổng lực cắt lớn nhất: = ( ) + ( ) = 1774,09 ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 32 ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 33 Hình ảnh: Biêu đồ nội lực tính từ trên xuống là: Phản lực, Lực cắt theo trục Z, Lực cắt theo trục Y, Lực dọc trục, Momen uốn theo trục Z, Momen uốn theo trục Y. Từ các lực đã phân tích ở trên ta có thể suy ra chiều dày tối thiểu của càng là: 20 mm. IV. TÍNH ĐƯỜNG KÍNH TRỤC LÁI 1. Phân tích tải tác dụng lên hệ Hệ trục lái gồm 2 đoạn L1 và L2 chiệu tác động của nhiều thành phần lực bao gồm:  Lực đẩy tập trung của chân vịt = 2764,82 đặt tại dầu mút của trục.  Momen xoắn trục sinh ra do lực thủy động khi tàu bẻ lái tính theo công thức 1.113 trang 55, sổ tay thiết bị tàu thủy tập 1 như sau : = . = 1,3.538,02 = 699,426 . , với k = 1,3 là hệ số tính đến lượng tăng momen khi đảo chiều quay trục. Trong bài toán tạm thời bỏ qua ma sát ổ lăn do không đáng kể.  Khối lượng cụm hệ chân vịt, đạo lưu, máy lai chân vịt cũng như các thành phần trong hệ = 1321,83 .  Ngoài ra do chênh lệch khoảng cách giữa trục lái và trọng tâm hệ nên xuất hiện thành phần momen = 1321,83.0,305 = 403,16 . trong đó: 0,305 là khoảng chênh lệch nói trên đo bởi phần mềm SolidWorks. 2. Tính toán đường kính trục lái 2.1. Tính đoạn trục dưới L1 Vật liệu chọn chế tạo trục lái là thép cán không rỉ C30, có = 350 ( ). Ứng suất tới hạn của vật liệu = 0,7. = 245 (). Ứng suất giới hạn của vật liệu khi tính toán là: [] = [0,364 ÷ 0,4] = 87 ÷ 97 . Chọn [] = 97 . Trục dưới có độ dài là L1 = 0,68 m được xem như bi ngàm tại vị trí bít nối với L2, đầu còn lại tự do chiệu tác dụng của các lực như phân tích ở trên. Với dầm consol đơn giản như ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 34 vậy thì việc tính phản lực tại ngàm là không cần thiết mà ta có thể trực tiếp vẽ biểu đồ nội lực cho dầm, thứ tự tính gồm: Momen uốn lớn nhất đối với trục OY là: = + . = 2283,2376 . Momen uốn lớn nhất đối với trục OZ là: = = 699,426 . Lực cắt lớn nhất đối với trục OX là: = = 2764,82 Lực dọc trục lớn nhất đối với trục OZ là: = = 1321,83 Từ đây ta có biểu đồ nội lực có dạng như sau: Hình ảnh: Biểu đồ nội lực tính từ trên xuông tứ tự là: Phản lực, Lực cắt, Xoắn, Lực dọc trục, Momen uốn. Tính đường kính trục theo sức bền vật liệu Công thức tính ứng suất cho thanh chiệu lực tổng quát là: ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 35 = || + || ≤ [] ↔ 10 22,83 + 0,75. 7 0,1. . 1 − + 13218,3 . − 4 ≤ 97 Với đơn vị tính trong biểu thức là N và mm. Ngoài ra trục lái có hình dạng là thép hình trụ rỗng với đường kính trong d = 180 mm phù hợp để bố trí hệ thống ống dẫn dầu bên trong. Vậy tiết diện mặt cắt ngang của ống là hình vành khăn. Trong đó: = + + 0,75. : momen uốn tương đương theo thuyết bền 4. Từ bất đẳng thức trên ta lập được bảng tính các giá trị đường kinh trục như sau: Giá trị kiểm tra 97 Mpa D= 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 Wx, F - 1817,54 906,22 602,436903 450,539 359,396 298,63 255,222 222,664 197,339 Kết luận - không không không không không không không không không 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 177,077 160,498 146,68 134,987 124,963 116,275 108,672 101,963 95,9986 90,6615 85,8577 không không không không không không không không thõa thõa thõa Kết luận: giá trị đường kính trục thõa mãn từ 198 mm tới 200 mm, nhưng vì lý do chọn ổ lăn đỡ chặn sau này nên đường kính trục ngoài được lựa chọn là 200 mm. 2.2. Tính đoạn trục trên L2 Trục trên có độ dài là L2 = 0,94 m được xem như dầm tựa trên hai gối đỡ chính là tại vị trí hai ổ đỡ chặn sau này, khoảng cách giữa hai gối chính bằng chiều cao đáy tàu 0,54 m. Với mô hình dầm dạng này ta cần thiết phải tính phản lực tại hai gối để vẽ biểu đồ nội lực cũng như dùng để tính chọn ổ đỡ chặn sau này, thứ tự tính gồm: Tính phản lực tại hai gối . 0,54 = . 1,62 + → = . 1,62 + 0,54 = 9041,05 . 0,54 = . 1,08 + → = . 1,08 + 0,54 = 6276,23 Momen uốn lớn nhất đối với trục OY là: = + (. + 0,4) = 3389,1656 . Momen uốn lớn nhất đối với trục OZ là: = = 699,426 . Lực cắt lớn nhất đối với trục OX là: = = 9041,05 ĐAMH THIẾT BỊ TÀU THỦY GVHD: NGUYỄN VĂN CÔNG SVTH: TRẦN KIẾN TRÚC – NGUYỄN THÀNH TÂM - VT10 Page 36 Lực dọc trục lớn nhất đối với trục OZ là: = = 1321,8