Do an thiet ke trang bi dong luc

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ TRANG BỊ ĐỘNG LỰC LỜI MỞ ĐẦU Các số liệu cho trước Điều kiện cho trước  Ký hiệu / Đơn vị  Số liệu   1. Thông số vỏ a.chiều dài lớn nhất b.chiều dài thiết kế c. chiều rộng lớn nhất e.chiều cao mạn f.chiều chìm trung bình i.Hệ số đầy chung j.Hệ số đầy mặt đường nước k.Hệ số đầy mặt cắt ngang l. Lượng chiếm nước 2.Số lượng trục chân vịt 3.Tốc độ hàng hải tự do 4. Biên chế 5.Vị trí buồng máy 6.Vật liệu đóng tàu 7. Loại hàng chở  Lmax,m Ltk,m Bmax H,m Ttb,m


D,T X V,hl/h BC, người Vt Vật liệu TEU  86,0 82,46 12,4 6,7 5,4 0,63 0,84 0,9 3300 1 16 6 Phần đuôi Thép container   PHẦN I TÍNH SỨC CẢN Tính sức cản thân tàu: Ngày nay có nhiều cách tính sức cản vỏ tàu khác nhau. Mỗi loại phương pháp có phạm vi ứng dụng riêng biệt. Ta áp dụng phương pháp Papmeil ( = 0.35(0.80; L/B = 4(11; B/T = 1.5(3.5; Fr ( 0.9 Ñoái vôùi taøu thieát keá ta coù: ( = 0.72 ; L/B = 7,0 ; B/T = 2,3 ; Fr = (0,161 ÷ 0,514) (Neáu ta giaû thuyết raèng daûi vaän toác cuûa taøu thieát keá töø (5 (16)(haûi lyù/giôø). Do thoâng soá taøu phuø hôïp phöông phaùp Papmiel neân choïn phöông phaùp Papmiel ñeå tính toaùn söùc caûn. Phöông phaùp Papmiel coâng boá taïi Lieân Xoâ tröôùc ñaây trong khoaûng nhöõng naêm ñaàu cuûa nhöõng naêm naêm möôi, döïa caû treân keát quaû thöû moâ hình vaø ño söùc caûn taøu thaät. Trong coâng thöùc Papmiel thay vì söùc caûn R taùc giaû ñeà nghò söû duïng EPS (töông ñöông EPH) daïng sau: EPS =
Trong ñoù: D: Löôïng chieám nöôùc cuûa taøu (t). L: Chieàu daøi taøu (m). Vs: Vaän toác taøu (HL/h). C0: Heä soá theo caùch laøm cuûa Papmiel. C0 =
( : heä soá tính theo coâng thöùc . ( =


(=1: cho taøu 1 chaân vòt. C0= 1.C1 EPS=
Cho vaän toác naèm trong daûi töø (5 (16) hl/giôø . Lập bảng tính sức cản thân tàu: Baûng 1: Tính söùc caûn voû taøu: Vận tốc Vs (Hl/h)  Vận tốc v (m/s)  Fn       từ đồ thị                                 5  2.57  0.161  0.528  88  54.545  1591.793   6  3.084  0.193  0.633  90  92.160  2241.245   7  3.598  0.225  0.739  93  141.626  2952.178   8  4.112  0.257  0.844  94  209.157  3814.885   9  4.626  0.289  0.950  92  304.278  4933.175   10  5.14  0.321  1.055  89  431.461  6295.632   11  5.654  0.353  1.161  85  601.299  7976.196   12  6.168  0.386  1.267  81  819.200  9961.089   13  6.682  0.418  1.372  79  1067.909  11986.406   14  7.196  0.450  1.478  78  1350.892  14079.617   15  7.71  0.482  1.583  76  1705.263  16588.163   16  8.224  0.514  1.689  74  2125.492  19383.742   Từ bẳng trên ta được đồ thị sau
 Đồ thị sức cản tính theo phương pháp Papmeil. Từ bảng tính sức cản và Nycdc ta chọn những máy có dải công suất theo yêu cầu sau: PHẦN II THIẾT KẾ CHÂN VỊT CHỌN MÁY Tính các thông số cơ bản: Bài toán cần giả quyết ở đây là thết kế chân vịt để chọn máy có công suất phù hợp cho con tàu nhằm đảm bảo tốc độ cho trước ,khi thiết kế chân vịt cần xác định các yếu tố sau: Số lượng trục chân vịt: Tàu thiết kế có mộ hệ trục, được dẫn động bằng một động cơ chính. Chiều quay chân vịt: Do tàu có một chân vịt do đó chiều quay không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả làm việc của chân vịt. Chọn chiều quay của chân vịt: cùng chiều kim đồng hồ nhìn từ mặt ngoài vào. Đường kính chân vịt: Tính sơ bộ đường kính chân vịt: Dsb = 0.7T = 0.7*5.4 = 3.78 m. Số lượng cánh chân vịt; Số lượng cánh chân vịt được tính dựa vào công thức sau: K’d = vp.D.((/T)1/2 Öùng vôùi t=20
c thì ( ñöôïc tính baèng phöông phaùp noäi suy tuyeán tính(öùng vôùi baûng 1 trang 13) ( ( = 101.784(kg.s2/m4) Vôùi T laø löïc ñaåy caàn thieát : T =

(KG) R = 19383.742 kG : laø löïc caûn laáy taïi vs = 16 (haûi lyù/h) ( K’d =1.625 < 2 ( Choïn soá caùnh chaân vòt laø: Z = 4 Tỉ số mặt đĩa: Ñeå ñaûm baûo ñuû ñoä beàn cho caùnh vaø cuû chaân vòt neân choïn tæ soá ñóa ( khoâng nhoû hôn giaù trò tính theo coâng sau: Theo ñieàu kieän beàn: (’min = 0.375
Trong ñoù: C’ laø heä soá ñaëc tröng ñoä beàn cuûa chaân vòt. Do choïn vaät lieäu laøm chaân vòt baèng ñoàng neân C’ = 0.055 m’ laø heä soá quaù taûi cuûa chaân vòt. Choïn m’ = 1.15 (max = (0.08(0.1) laø ñoä daøy töông ñoái cuûa canh chaân vòt ôû baùn kính töông ñoái
= (0.6(0.7)R. Laáy (max = 0.08 D = 3.78 (m): laø ñöôøng kính chaân vòt xaùc ñònh ôû treân. T = 23910.1 (KG): laø löïc ñaåy cuûa chaân vòt laáy taïi vs = 16 (haûi lyù/h) Z = 4 laø soá caùnh chaân vòt. Vaäy: (’min = 0.48. Ta choïn (t = 0.55. Các hệ số ảnh hưởng của thân tàu: Hệ số dòng theo:
Trong ñoù: n =1: soá chaân vòt: D – ñöôøng kính sô boä chaân vòt , D = 0.7Ttb= 3.78 m. V – theå tích chieám nöôùc cuûa taøu , V = D/( = 3219.5 m

- soá ñieàu chænh tính ñeán aûnh cuûa soáng ñuoâi (chæ söû duïng khi Fn > 0.2) Cb = 0.63 :Heä soá ñaày theå tích. ( ( = 0.2. Hệ số dòng hút: Ñoái vôùi taøu ñi bieån ñöôïc xaùc theo coâng thöùc: t = K.( = 0.7*0.2 = 0.14. Vôùi K = (0.5(0.7) Tốc độ tiến chân vịt: vp = vs.0.515.(1- () = 6.592 m/s; vs = 16 (haûi lyù/h) Hiệu suất thân tàu:
Hiệu suất xoáy: Với nước biển chọn
= 1,025. TỔNG HỢP CÁC THÔNG SỐ: Lực đẩy chân vịt: P = 23910.1 (kG). Tốc độ tịnh tiến của chân vịt: Vp = 6.592 (m/s). Tốc độ tàu ở chế độ hàng hải tự do : V = 16 (Hl/h). Hệ số dòng theo:  = 0,2. Hệ số dòng hút: t = 0,186. Hiệu suất thân tàu:
= 1,01. Hiệu suất xoáy:
= 1,025. Hiệu suất môi trường:
= 0,88. Hiệu suất đường trục:
= 0,98. Số cánh chân vịt: Z = 4. Tỷ số mặt đĩa:
= 0,55. Hệ số ảnh hưởng thân tàu: a = 1,05. Hệ số dự trữ công suất: Kdt =1,11. Lập bảng tính chân vịt chọn máy:
Từ bảng tính chân vịt chọn máy ta vẽ được đồ thị chọn máy: Dựa vào đồ thị chọn máy ta chọn được động cơ: 8L32/44CR. Vì: PHẦN III THIẾT KẾ TRỤC Thiết kế sơ bộ hệ trục: Đặc điểm tàu: Hệ trục: 1 trục chân vịt. Một máy chính. Truyền động gián tiếp thông qua hộp số. Chân vịt định bước. Máy chính: Tàu được trang bị một động cơ chính diesel 4 kỳ, 8xilanh thẳng hàng, trung tốc. Kiểu 8L32/44CR.(Hãng Man B&W) Power: 4480KW (6090 HP) Speed: 720 rpm. Chân vịt: Đường kính: D = 3,45m Số cánh : 4 Tính chọn sơ bộ hệ trục: Chiều dài hệ trục: Vị trí buồng máy được đặt tại cuối tàu do đó chiều dài hệ trục ngắn, với ưu điểm dễ gia công lắp đặt và tận dụng được không gian để chứa hàng (dầu). Kết cấu sơ bộ hệ trục: Tàu thiết kế có một chân vịt nên tàu chỉ có một hệ trục. Máy chính tàu thuộc loại trung tốc, số vòng quay lớn do đó phải sử dụng hộp số để giảm số vòng quay của máy chính trước khi truyền động tới chân vịt. Do đó hệ trục tàu được bố trí thêm hộp số và trục đẩy. Động cơ chính được thiết kế kèm theo hộp số và trục đẩy nên: Do đó, thành phần hệ trục bao gồm: Trục trung gian. Trục chân vịt. Trục đẩy. Căn cứ vào bố trí chung toàn tàu ta thấy rằng buồng máy nằm ở cuối tàu ( phần đuôi tàu) do đó hệ trục không dài, do đó ta quyết định chọn: Hộp số đặt tại sườn 11-12 Chiều dài đường trục được xác định từ tâm chân vịt đến tâm bích nối của hộp số động cơ. Do đó căn cứ vào bố trí chung toàn tàu ta xác định chiều dài hệ trục Lsơ bộ = 5080(m) Từ những yêu cầu trên ta xây dựng bản vẽ lắp đặt sơ bộ hệ trục.(Xem bảng vẽ) Thiết kế hệ trục: Chọn vật liệu làm trục: Theo “Qui phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép-hệ thống máy tàu-TCVN6259-3”: - Vật liệu dùng để chế tạo các chi tiết sau: Trục trung gian. Trục chân vịt. Khớp nối trục. Bulong khớp nối. - Vật liệu chế tạo phải có giới hạn bền kéo danh nghĩa nằm trong khoảng 400-800N/mm2. Do đường kính trục thiết kế lớn do đó theo yêu cầu của qui phạm ta chọn vật liệu là thép rèn cacbon: Cấp thép  Thử kéo    Giới hạn chảy qui ước N/mm2  Giới hạn bền kéo N/mm2  Độ giãn dài % L=5,56√A  Độ co thắt %   KSF 45  ≥ 220  ≥ 440  ≥ 27  ≥ 50   Tính kích thước hệ trục: Trục trung gian: Đường kính trục trung gian không được nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau: do =
Trong đó: do : đường kính yêu cầu của trục trung gian.(mm) H : công suất liên tục lớn nhất của động cơ (KW) H =4480 KW N : Vòng quay của trục trung gian ở công suất liên tục lớn nhất (v/ph) N = 160 v/ph F1 : hệ số lấy theo bảng 3/6.1(Qui phạm) F1 = 100 k1 : hệ số lấy theo bảng 3/6.2 (qui phạm) Trục có khớp nối bích liền. Do đó chọn k1 = 1,0 Ts: giới hạn bền kéo danh nghĩa của trục trung gian(N/mm2). Theo bảng tính chất của vật liệu, chọn Ts = 460N/mm2. K : hệ số trục rỗng K =
Với: di đường kính trong trục rỗng(mm) da : đường kính ngoài của trục rỗng (mm) Chọn K= 0,4 Suy ra: do =
= 216.27 mm Trục chân vịt: Theo qui phạm, đường kính trục chân vịt làm bằng thép rèn cacbon không được nhỏ hơn trị số sau đây: ds =
Trong đó: K2 : hệ số liên quan tới thiết kế trục được qui định ở bảng 3/6.3-Qui phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2003-Hệ thống máy tàu. Chọn k2 = 1,22 Suy ra : ds =
= 263.85 mm Kết cấu cơ bản:: Phần côn trục chân vịt: Lấy độ côn bằng 1:12 Kết cấu: phần ren để lắp đai ốc chân vịt liền với đầu côn nhỏ của phần côn trục.
Kích thước được tra theo bảng 3-Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủy-Nguyễn đăng cường. Dk= ds = 300(mm). dr = M180x6. Lr = 145 mm
= 1,6;1,8;2;2,2;2,6;3,3. Chọn:
=1,8 Suy ra Lk = 540 mm dr =(0,75-0,9)dk Suy ra dk = dr/0,8=225mm Chân vịt lắp ép vào trục bằng phương pháp lắp ép thủy lực, giữa chân vịt và trục không dùng then. Đai ốc hãm chân vịt: Có nhiệm vụ hãm chặt chân vịt trên phần ren của đầu côn trục chân vịt. Phần đai ốc hãm gồm hai phần: đai ốc hãm và nắp xuôi dòng.
Kết cấu trục trung gian: Trục trung gian là trục đặc. Trục được chế tạo có bích liền nên không cần kết cấu côn trục. Bích nối trục và bulong bích nối: Trên tàu thủy có rất nhiều phương pháp nối trục, tuy nhiên thường dùng các hình thức là: bích liền, bích rời, ống kẹp trục. Chọn kết cấu kiểu bích rèn liền với trục vì có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, giá thành thấp và làm việc tin cậy.
Kích thước cơ bản được tra theo bảng 6-Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủy-Nguyễn đăng cường. Với đường kính cổ trục 300mm: D1 = 560mm D2 = 400mm b1 = 65mm b2 = 10mm R = 15mm db= 68 mm x10 Thiết kế áo trục chân vịt: 1. Vật liệu chế tạo: - Gang đúc. - Theo yêu cầu của qui phạm thì phải dùng gang xám cấp 5-7, có cơ tính như sau: Các cấp của chi tiết đúc gang xám  Chống uốn  Chống kéo  Chống nén  Độ cứng    Khoảng cách gối 600mm  Khoảng cách gối 300mm  σb kG/mm2  σd kG/mm2  Thí nghiệm bi thép HB    Ứng suất uốn(kG/mm2)  Độ võng(mm)  Ứng suất uốn(kG/mm2)  Độ võng(mm)        5 6 7  44 48 52  9 9 9  47 51 55  3 3 3  24 28 32  85 100 110  170:241 170:241 187:255   Trong điều kiện bình thường dùng gang xám cấp 5 để chế tạo trục chân vịt. 2. Kết cấu ống trục chân vịt: - Tàu có một ống bao trục chân vịt(do có một hệ trục). - Đoạn cuối ống bao trục có ren để cố định vào đuôi tàu. - Chiều dài ống bao trục được xác định từ cột đuôi đến vách kín nước sau cùng. 3. Vật liệu gối trục: - Gối trục làm bằng vật liệu hợp kim babit với lí do: Chịu mòn tốt, không làm hư hỏng cổ trục. Ứng suất nén cao, tản nhiệt nhanh. 4. Các kích thước chủ yếu của ống bao trục chân vịt: a. Chiều dày ống trục: Theo qui phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép thì: Chiều dày của áo trục không được nhở hơn trị số tính theo công thức sau đây: t1 = 0,03ds + 7,5=0,03.300+7,5=16,5 mm t2 = 3/4t1 = ¾.16,5=12.375 mm Trong đó: t1 : chiều dày áo trục tại vị trí ổ đỡ ống bao trục. t2 : chiều dày áo trục ở các phần còn lại. Do đó, có thể tính lại chiều dày ống trục dựa vào công thức sau: Với ống trục bằng gang đúc; C =
Trong đó: - C: chiều dày ống bao trục. - D: Đường kính cổ trục chân vịt. Suy ra C = 300/20+20 = 35(mm) - a = (1,5-1,8)C = (1,5-1,8) 35 = (52.5-63) - b= (1,2-1,5)C = (1,2-1,5) 35 = (42-52.5) b. Chiều dài gối trục chân vịt: Ống bao trục thường có 2 gối trục nằm trước và sau. Chiều dài gối trước: L1 = (3-4)D = 900-1200(mm). Chiều dài gối sau: L2 = (4-4,5)D = 1200-1350 (mm) 5. Thiết bị làm kín áo bao trục: - Nhiệm vụ: làm kín dầu, kín nước, không cho dầu và nước rò ra bên ngoài. - Chọn kiểu làm kín kiểu simphlex. - Cụm làm kín phía mũi dùng hai vòng làm kín(seal) có chức năng làm kín dầu. - Cụm làm kín phía lái dùng bao vòng làm kín trong đó có hai seal làm kín nước, 1 seal làm kín dầu. 6 . Bôi trơn và làm mát gối trục chân vịt: - Gối trục làm bằng hợp kim babit. - Phương án bôi trơn là dùng dầu. TÍNH TOÁN SỨC BỀN HỆ TRỤC. Cơ sở và phương pháp tính: Tính toán dựa trên cơ sở: Hệ trục nằm ở trạng thái tĩnh. Chịu tải do mo men xoắn, lực đẩy chân vịt không đổi, chịu uốn do trọng lượng bản thân và các chi tiết treo trên trục chân vịt( khớp nối, bánh răng..0 Phương pháp tính: Sử dụng phương pháp tính sức bền hệ trục theo tải tĩnh cùng với hệ số an toàn về sức bền tức Hệ số dữ trữ sức bền. Tính toán kiểm nghiệm sức bền các hệ trục: Tính kiểm nghiệm sức bền trục trung gian: Trục trung gian được bố trí chỉ có một gối đỡ, hai đầu trục có bích liền để nối với trục chân vịt và trục khuỷu máy chính. Sơ đồ tính toán được thể hiện theo hình sau: Theo lý thuyết sức bền xoắn thì đường kính trục trung gian được tính dựa theo công thức sau: dt =
Trong đó: Mx: momen xoắn định mức của máy chính. Mx =

=
= 2726036 (KGcm) m=
- thông thường m= 0,4(hoặc do = 0,4d)- hệ số trục rỗng. N: Công suất định mức máy chính(trục trung gian)(cv). N = 6090HP n: Vòng quay định mức máy chính(trục trung gian-v/ph). n= 160rpm τx: Ứng suất xoắn cho phép được xác định theo bảng 42-Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủy-[KG/cm2] τx = 900kG/cm2 ứng với σT = 3500 kG/cm2. Tuy nhiên do động cơ chính đẩy tàu là động cơ diesel , do đó hệ trục còn phải chịu dao động xoắn nên τx lấy giảm xuống 1,5 lần. Suy ra τx = 900/1.5=600(kG/cm2) do = Đường kính lỗ trong của trục rỗng(cm). d: đường kính lỗ ngoài của trục rỗng(cm). Từ đó: dt =
=
= 18.23 cm Tuy nhiên, theo qui phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2003- hệ thống máy tàu: dt = do ≥ 216.27 mm = 21.63 cm Với dt, do: đường kính trục trung gian. Do đó chọn đường kính trục trung gian dt = 280 mm Vậy: đường kính lỗ ngoài trục trung gian d=dt =280 mm Đường kính lỗ trong trục rỗng do = 0,4.d=0,4.280=112 mm Lực đẩy chân vịt có thể tính theo công thức sau: T= 145,8.
(KG) Trong đó: Ne: công suất định mức hữu ích của máy chính (cv) v: tốc độ định mức của tàu (hl/h) ηp: hiệu suất chân vịt = 0,589 (theo đồ thị chọn máy) Suy ra
T= 145,8.
=32686.6 KG Ứng suất xoắn của trục: σx =
KG/cm2 Trong đó: Mx = 71620
=2726036 (KGcm) Wx = momen chống xoắn. Wx =
=
=
= 4197.79 (cm3) Thay vào ta được: σx =
= 649.4(KG/cm2) Ứng suất nén của trục: σn =
=
(KG/cm2) Với F: tiết diện trục đang kiểm tra. Suy ra : σn = 1,27.
=54.34 (KG/cm2) Ứng suất uốn của trục: Để tính ứng suất uốn ta phải tính phản lưc tại gối đỡ theo sơ đồ trên. Trọng lượng đơn vị của trục: q=
(KG/cm) Với γ : trọng lượng riêng của vật liệu làm trục. γ = 7,85.10-3 KG/cm3 với vật liệu trục là thép Suy ra q=
=4.06KG/cm Ta có: Ứng suất chống uốn: σu=

(KG/cm2). Xác địn Mu nhờ phần mềm RDM. Ta được kết quả sau: Biểu đồ momen uốn:
Sau khi su dung RDM ta thu được kết quả như sau: +-------+ | Beams | +-------+ User : Université des Pêches - NHA TRANG ( Vietnam ) Name of project : Date : 7 September 2009 +-----------------+ | Data of problem | +-----------------+ +------------+ | Materials | +------------+ Name of Material = Acier Young's Modulus = 210000 MPa Mass Density = 8000 kg/m3 Elastic Limit = 250 MPa +---------------+ | Nodes [ cm ] | +---------------+ Node 1 : X = 0.000 Node 2 : X = 208.000 +-------------------+ | Cross section(s) | +-------------------+ Nodes 1 --> 2 Hollow circle : D = 280.0 t = 84.0 (mm) Area = 517.23 cm2 Moment of Inertia : IZ = 29399.46 cm4 Upper fiber : VY = 140.00 mm Wel.Z = 2099.96 cm3 Lower fiber : VY = 140.00 mm Wel.Z = 2099.96 cm3 Weight of the structure = 8606.74 N ( g = 10.00 m/s2 ) +-------------------+ | Nodal support(s) | +-------------------+ Node 1 : Fixed support Node 2 : Fixed support +---------------+ | Load case(s) | +---------------+ Linearly distributed force : Nodes = 1 -> 2 pYo = -8444.80 pYe = -8444.80 N/cm +---------+ | Results | +---------+ +---------------------------------+ | Nodal deplacements [ cm , rad ] | +---------------------------------+ NodeDeflection Slope 1 0.000000 0.000000 2 0.000000 0.000000 DY maximal = 0.00000E+00 cm à X = 0.000 cm DY minimal = -6.66734E-02 cm à X = 104.000 cm +----------------------------------+ | Internal forces [ N N.cm MPa ] | +----------------------------------+ TY = Shear Force MfZ = Bending Moment SXX = Normal stress Node TY MfZ SXX 1 -878259.20 -30446318.93 -144.99 2 878259.20 -30446318.93 -144.99 Maximum bending moment = 15223159.47 N.cm at 104.000 cm Minimum bending moment = -30446318.93 N.cm at 208.000 cm Maximum normal stress = 144.99 MPa at 208.000 cm Minimum normal stress = -144.99 MPa at 208.000 cm +---------------------------------+ | Support reaction(s) [ N N.cm ] | +---------------------------------+ Node 1 RY = 878259.20 MZ = 30446318.93 Node 2 RY = 878259.20 MZ = -30446318.93 Vậy: Momen uốn lớn nhất: 15223159.47 N.cm=1522315,947KG.cm Wu =
=
2098,9 (cm3) Suy ra σu=
=
= 725,29 (KG/cm2) Ứng suất uốn bổ sung do lắp ráp và ảnh hưởng của các nhịp kế cận có thể nhận giá trị σb = 300 KG/cm2 Tổng ứng suất do nén, uốn :σo = σn+σu+σb =54,34+725,29+300 = 1079,63KG/cm2 Ứng suất tổng hợp chung: σc =
=
= 1272,72(KG/cm2) Hệ số dự trữ sức bền: K =
=
=2,75 Theo yêu cầu hệ số dữ trữ sức bền K đối với tàu động cơ chính là động cơ diesel thì K = 2,5-5,5. Suy ra trục trung gian đủ bền. Tính kiểm nghiệm bền trục chân vịt: Sơ đồ tính toán trục: Coi trục chân vịt như một dầm tự do nằm trên hai gối đỡ(gối đỡ đặt ống bao trục), một đầu công-xôn treo chân vịt và chịu các tải sau: momen xoắn từ máy chính, momen uốn do trọng lượng chân vịt, lực đẩy chân vịt, tọng lượng chính bản thân tục chân vịt. Thực hiện: Đường kính trục chân vịt: dv = 300mm Hệ số trục rỗng: m=0,4 Đường kính lỗ trục rỗng: do = 0,4.300=120mm Momen xoắn: Mx = 71620.
=71620.
=2726036,25 KGcm Momen chống xoắn: Wx =
=
=5163,102 cm3 Ứng suất nén: σx=
=
=527,98 KG/cm2 Ứng suất nén: σn= 1,27.
= 1,27.
=54,91 KG/cm2 Ứng suất tính toán chung trên trục: σc = e.
Với e = 1,04-Hệ số kể đến uốn. Suy ra σc = 1,04.
=952,78 KG/cm Hệ số dữ trữ sức bền: K =
=
= 3,67 Vì hệ số dữ trữ sức bền K=2,8-5,8 đối với tàu có động cơ chính là diesel . Suy ra trục đủ bền. Xác định áp lên các gối đỡ - Tính áp lực riêng trên các gối đỡ: Thực tế sử dụng hệ trục cho thấy rằng phụ tải do trọng lượng bản thân trục và các phần tử khác gắn trên trục phân bố không đều, gối đỡ trục chân vịt chịu tác dụng của phụ tải lớn nhất do có phần côngxôn. Muốn tính áp lực riêng trên các gối đỡ, trước hết cần tính phản lực trên các gối đỡ. Để giải bài toán này người ta coi hệ trục như một dầm liên tục được đặt trên các gối đỡ, một đầu là đoạn côngxôn (đoạn lắp chân vịt) và đầu kia có liên kết ngàm. Sơ đồ tính toán:
Để giải bài toán này em dùng phần mềm RDM6 đã học trong học phần “phương pháp phần tử hữu hạn “ để có được kết quả nhanh và chính xác. Phần mềm RDM6 còn cho kết quả của chuyển vị, momen, ứng suất. Các thông số đầu vào : Chia trục ra làm 5 điểm nút 1,2,3,4,5. Khoảng cách giữa các nút theo các giá trị như sau: l1 = 0 l2 = 50cm l3 = 155 cm l4 = 330 cm l5 = 350 cm Trọng lượng chân vịt Gcv : Theo Mkasman thì trọng lượng của chân vịt Gcv được xác định theo công thức sau: Gcv = (1,4 + 15,3.D).
D2.
, kG. Với: D = 3,45_ Đường kính chân vịt, m.
= 0,55 _ Tỷ số mặt đĩa.
(T/m3) _ Trọng lượng riêng vật liệu chế tạo chân vịt. d0 _ Đường kính trung bình củ chân vịt, m. d0 =
= 0,53 (m). dk _ Đường kính trung bình của mayơ chân vịt đo tại tâm may ơ, dk = 0,3 (m). l _Chiều dài củ chân vịt, l = 0,556 (m).
Gcv = (1,4 +15,3.3,45).
.3,452.0,55.8,6 + 600.8,6.(0,532 – 0,32).0,556 = 2968,49 (kG). Đường kính trục chân vịt: D = 3,45m Vật liệu chế tạo trục là thép cacbon, khối lượng riêng 7,85 tấn/m3 Trọng lượng đơn vị của trục: q=
(KG/cm) Với γ : trọng lượng riêng của vật liệu làm trục. γ = 7,85.10-3 KG/cm3 với vật liệu trục là thép Suy ra q=
=4.659 KG/cm Nhập các thông số vào phần mềm và chạy chương trình RDM6 cho ta các kết quả như sau: +-------+ | Beams | +-------+ User : Université des Pêches - NHA TRANG ( Vietnam ) Name of project : Date : 8 September 2009 +-----------------+ | Data of problem | +-----------------+ +------------+ | Materials | +------------+ Name of Material = Steel Young's Modulus = 220000 MPa Mass Density = 7850 kg/m3 Elastic Limit = 1450 MPa +---------------+ | Nodes [ mm ] | +---------------+ Node 1 : X = 0.000 Node 2 : X = 500.000 Node 3 : X = 1550.000 Node 4 : X = 3300.000 Node 5 : X = 3500.000 +-------------------+ | Cross section(s) | +-------------------+ Nodes 1 --> 5 Circle : D = 300.00 (mm) Area = 706.86 cm2 Moment of Inertia : IZ = 39760.78 cm4 Upper fiber : VY = 150.00 mm Wel.Z = 2650.72 cm3 Lower fiber : VY = 150.00 mm Wel.Z = 2650.72 cm3 Weight of the structure = 19420.93 N ( g = 10.00 m/s2 ) +-------------------+ | Nodal support(s) | +-------------------+ Node 3 : Deflection = 0 Node 4 : Deflection = 0 Node 5 : Fixed support +---------------+ | Load case(s) | +---------------+ Nodal force : Node = 2 FY = -29684.90 N MZ = 0.00 N.mm Linearly distributed force : Nodes = 1 -> 5 pYo = -4.66 pYe = -4.66 N/mm +---------+ | Results | +---------+ +---------------------------------+ | Nodal deplacements [ mm , rad ] | +---------------------------------+ NodeDeflection Slope 1 -0.545495 0.000402 2 -0.344415 0.000401 3 0.000000 0.000182 4 0.000000 -0.000009 5 0.000000 0.000000 DY maximal = 4.73743E-02 mm à X = 2136.250 mm DY minimal = -5.45495E-01 mm à X = 0.000 mm +------------------------------------+ | Internal forces [ N N.mm N/mm2 ] | +------------------------------------+ TY = Shear Force MfZ = Bending Moment SXX = Normal stress Node TY MfZ SXX 1 -0.00 -0.00 -0.00 2 2329.50 -582375.00 -0.22 2 32014.40 -582375.00 -0.22 3 36906.35 -36765768.75 -13.87 3 -33821.44 -36765768.75 -13.87 4 -25668.19 15287659.02 5.77 4 114308.02 15287659.02 5.77 5 115239.82 -7667124.51 -2.89 Maximum bending moment = 15287659.02 N.mm at 3300.000 mm Minimum bending moment = -36765768.75 N.mm at 1550.000 mm Maximum normal stress = 13.87 N/mm2 at 1550.000 mm Minimum normal stress = -13.87 N/mm2 at 1550.000 mm +---------------------------------+