Ứng dụng pro engineer để mô hình hóa và chế tạo chân vịt tàu

Những thông số có ảnh hưởng trực tiếp đến lực đẩy gồm: đường kính chân vịt, độ nghiêng của cánh, tỷ số mặt đĩa tổng diện tích mặt đạp/diện tích hình tròn có đường kính bằng đường kính ch

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG PRO ENGINEER ĐỂ MÔ HÌNH HÓA

VÀ CHẾ TẠO CHÂN VỊT TÀU

Giảng viên hướng dẫn : TS.ĐẶNG XUÂN PHƯƠNG

Sinh viên thực hiện : NGUYỄN ĐỨC TRÍ

Mã số sinh viên : 53131910

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA CƠ KHÍ

BỘ MÔN CHẾ TẠO MÁY

-o0o -

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG PRO ENGINEER ĐỂ MÔ HÌNH HÓA

VÀ CHẾ TẠO CHÂN VỊT TÀU

GVHD: TS.Đặng Xuân Phương

SVTH: Nguyễn Đức Trí

MSSV: 53131910

Khánh Hòa, tháng 06/2015

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Đồ án tốt nghiệp Ứng dụng Pro Engineer vào mô hình hóa và chế tạo chân vịt tàu thủy có những nhiệm vụ sau:

1 Tìm hiểu và trình bày tổng quan về chân vịt tàu thủy

2 Ứng dụng ProE để mô hình hóa chân vịt với sự hỗ trợ tính toán của phần mềm Excel, yêu cầu dễ dàng thay đổi các thông số của chân vịt khi cần một mô hình với các số liệu khác

3 Ứng dụng ProE để lập trình gia công chế tạo chân vịt

4.Gia công thử mô hình thu nhỏ trên máy CNC của trường

5 Kết luận và đề xuất ý kiến

LỜI CẢM ƠN

Trước tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trường Đại học Nha Trang nói chung và các giảng viên trong khoa Cơ khí, bộ môn Chế tạo máy nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu trong suốt thời gian qua

Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Đặng Xuân Phương và thầy Vũ Ngọc Chiên đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ án tốt nghiệp Trong thời gian làm việc với thầy, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà còn học tập được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công tác sau này

Đồng thời em xin cảm ơn cô Huỳnh Thị Thúy Lan bộ môn Toán, khoa Công nghệ thông tin đã giúp đỡ em tìm hiểu nhiều vấn đề trong quá trình làm đồ án

Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả mọi người đã đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Trên cơ sở xác định nhu cầu sử dụng, chế tạo chân vịt cho các tàu cá của nước ta Bài đồ

án trình bày về quá trình và kết quả nghiên cứu việc áp dụng phần mềm Pro Engineer (với sự hỗ trợ tính toán của phần mềm Excel) vào mô hình hóa và lập trình gia công phay chân vịt tàu thủy bằng máy CNC 3 trục, góp phần tiết kiệm thời gian thiết kế, chế tạo chân vịt tàu thủy

Base on determining demands for using, manufacturing marine propellers for small

fishery ships in Vietnam This thesis presents the process and result of researching on applying Pro Engineer (with supporting calculation of Excel software) into modeling and programing manufacture marine propellers by using CNC 3 Axes milling machine,

contribute to save time of designing and manufacturing marine propellers

MỤC LỤC

Nhiệm vụ đồ án i

Lời cảm ơn ii

Tóm tắt đồ án iii

Mục lục iv

Danh mục các hình vi

Danh mục bảng viii

Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ CHÂN VỊT TÀU THỦY 1

1.1 Chân vịt tàu thủy: 1

1.2 Tình hình nghiên cứu: 1

1.2.1 Trên thế giới: 1

1.2.2 Trong nước: 2

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 4

2.1 Cơ sở lý thuyết mô hình hóa chân vịt tàu thủy: 4

2.2 Lý thuyết kiểm tra chân vịt 15

2.2.1 Xác định bước xoắn bằng dụng cụ: 15

2.2.2 Xác định bước xoắn bằng dây dọi: 15

2.2.3 Xác định bước xoắn bằng thước thẳng 15

Chương 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHÂN VỊT TÀU THỦY TRÊN PHẦN MỀM CAD/CAM 16

3.1 Xác định các tọa độ các điểm của cánh chân vịt trong phần mềm Excel và mô hình hóa 16

3.1.1 Các thông số cần thiết để vẽ chân vịt 16

3.1.2 Xác định tọa độ biên dạng cánh chân vịt 17

3.1.3 Xác định tọa độ của các mặt cắt cánh chân vịt tại các bán kính r 20

3.1.4 Thay đổi các thông số cho các chân vịt Seri B Wageningen khác nhau: 23

3.1.5 Mô hình hóa trong phần mềm Pro Engineer 25

3.2 Lập trình gia công trong phần mềm Cad/Cam Pro Engineer 5.0 33

3.2.1 Gia công mặt hút 33

3.2.2 Gia công mặt đạp 39

3.3 Xác định chế độ cắt 43

3.3.1.Sử dụng phẩn mềm Seco Cutting Data 43

3.3.2 Tính toán chế độ cắt: 44

3.4 Yêu cầu kỹ thuật khi gia công chân vịt 46

3.4.1 Yêu cầu dung sai khi gia công chân vịt 46

3.4.2 Yêu cầu về độ nhám bề mặt 47

3.5 Gia công trên máy CNC 3 Trục 48

3.5.1 Phân tích chi tiết gia công: 48

3.5.2 Một số phương án gá đặt thường dùng: 48

3.5.3 Đồ gá gia công chân vịt D 1200 (mm) 51

3.5.4 Đồ gá gia công mô hình chân vịt D 150 (mm) 54

Kết luận và đề xuất 56

Tài liệu tham khảo 57

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Một số logo của các nhà máy sản xuất chân vịt 2

Hình 2.1 Khai triển đường xoắn ốc 4

Hình 2.2 Nguyên lý tạo mặt xoắn ốc chân vịt 5

Hình 2.3 Mặt xoắn ốc chân vịt bước cố định 5

Hình 2.4 Nguyên lý tạo cánh chân vịt 6

Hình 2.5 Một số dạng profin cánh chân vịt 6

Hình 2.6 Một số dạng cánh chân vịt 7

Hình 2.7 Khai triển elip đường xoắn ốc 8

Hình 2.8 Các hình chiếu của cánh chân vịt 9

Hình 2.9 Các kích thước hình học của chân vịt 10

Hình 2.10 Hình dạng và profin cánh chân vịt seri B của Wageningen 11

Hình 2.11 Một số chân vịt với số cánh 3, 4 ,5 13

Hình 2.12 Xác định bước xoắn bằng đồ đơn giản 15

Hình 2.13 Xác định bước xoắn bằng dây dọi 15

Hình 2.14 Xác định bước xoắn bằng thước thẳng 15

Hình 3.1 Cách vẽ hình chiếu cánh chân vịt 17

Hình 3.2 Phương pháp tính tọa độ khi quay 1 điểm 18

Hình 3.3 Minh họa tọa độ đường bao cánh chân vịt tính bằng Excel 19

Hình 3.4 Minh họa profin cánh chân vịt tại các vị trí bán kính r 20

Hình 3.5 Mặt Helicoid 21

Hình 3.6 Một số profin cánh chân vịt được tính tọa độ bằng Excel 22

Hình 3.7 Biên dạng cánh và tọa độ các điểm cánh chân vịt 24

Hình 3.8 Tạo file toado.pst 25

Hình 3.9 Tạo điểm chuẩn bằng Offset Coordinate system 26

Hình 3.10 Nhập tọa độ vào bảng Offset Csys Datum Point 26

Hình 3.11 Tạo các đường cong đi qua các điểm chuẩn 27

Hình 3.12 Lệnh Boundary Blend 27

Hình 3.13 Lệnh Extend kéo dài mặt cong 28

Hình 3.14 Soildfy cánh chân vịt 28

Hình 3.15 Chân vịt sau khi mô hình hóa 29

Hình 3.16 Các bước thay đổi thông số chân vịt 30

Hình 3.17 Lập trình gia công mô hình chân vịt 34

Hình 3.18 Lập trình gia công mặt đạp 39

Hình 3.19 Sử dụng phần mềm Seco Cutting Data 43

Hình 3.20 Đồ gá cho chân vịt gia công trên máy CNC 3 Trục 49

Hình 3.21 Hoạt động của đồ gá 50

Hình 3.12 Đồ gá xoay gia công từng cánh chân vịt 51

Hình 3.23 Cấu tạo đồ gá 52

Hình 3.24 Mặt cắt trục đoạn định vị 53

Hình 3.25 Mặt cắt đĩa xoay đoạn định vị trục gá 53

Hình 3.26 Hình cắt đế 54

Hình 3.27 Trục gá định vị để gia công chân vịt trên máy CNC 3 Trục 55

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Đặc điểm các mô hình chân vịt seri B của Wagenigen 12

Bảng 2.2: Tọa độ cánh chân vịt seri B Wageningen loại 2, 3 cánh 12

Bảng 2.3 Tọa độ cánh chân vịt seri B Wageningen loại 4, 5 cánh 12

Bảng 2.4 Tọa độ profin cánh chân vịt seri B Wageningen 12

Bảng 3.1 Một số thông số đầu vào cần nhập 23

Bảng 3.2 Các thông số nhập vào trang tính Excel 23

Bảng 3.3 Thông số để chỉnh sửa trong Pro Engineer 24

Bảng 3.4 Các thông số điều chỉnh Entry/Exit Motion trong Parameter 38

Bảng 3.5 Dung sai gia công chân vịt 46

Bảng 3.6 Độ nhám gia công cánh và may ơ chân vịt 47

Bảng 3.7 Độ nhám 47

Chương 1 – TỔNG QUAN VỀ CHÂN VỊT TÀU THỦY

1.1 Chân vịt tàu thủy:

Chân vịt là thiết bị đẩy tàu đi tới bằng cách sử dụng năng lượng được tạo ra và truyền từ máy chính Sự chuyển động tới của tàu dựa trên nguyên tắc Bernoulli

và định luật 3 Newton: sự chênh lệch áp suất giữa mặt trước và mặt sau của cánh chân vịt khi nó quay tạo ra lực đẩy

Kết cấu chân vịt có tầm quan trọng lớn đến hoạt động của tàu Những thông số

có ảnh hưởng trực tiếp đến lực đẩy gồm: đường kính chân vịt, độ nghiêng của cánh, tỷ số mặt đĩa (tổng diện tích mặt đạp/diện tích hình tròn có đường kính bằng đường kính chân vịt); tốc độ dòng chảy tại vị trí đặt chân vịt, số cánh, số vòng quay, profin cánh chân vịt

Cùng với sự phát triển của các ngành kỹ thuật nói chung và ngành đóng tàu nói riêng, công nghệ chế tạo chính xác các chi tiết có hình dạng phức tạp như chân vịt tàu thủy trên máy CNC đã và đang được các nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và ứng dụng Khi gia công trên máyCNC các chi tiết có hình dạng phức tạp nói chung và chân vịt nói riêng, một trong những vấnđề quan trọng là lựa chọn được chế độ gia công hợp lý, ví dụ như tốc độ chạy dao, lượng ăn dao, hành trình chạy dao, quỹ đạo chạy dao v v… nhằm đảm bảo thỏa mãn điều kiện đặt

ra như thời gian, giá thành, độ bóng v v…

1.2 Tình hình nghiên cứu:

1.2.1 Trên thế giới:

Ở các nước có nền công nghiệp đóng tàu phát triển, hầu hết chân vịt được sản xuất hàng loạt theo seri mẫu đã thử nghiệm, do đó thường áp dụng công nghệ chế tạo tự động chân vịt, với quy trình có thể tóm tắt như sau:

- Thiết kế chân vịt 3D trên các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng hoặc

các phần mềm thông dụng

- Chế tạo khuôn đúc phôi chân vịt và gia công tinh trên các máy chuyên

dụng hoặc các máy CNC

- Gia công nguội, đánh bóng hoàn thiện sản phẩm

Tuy nhiên, công nghệ chế tạo tự động chân vịt này đã được thực hiện từ lâu nhưng thường được bán giá cao, kèm theo máy chuyên dụng do các Công ty sản xuất và thườngđịnh hướng lựa chọn dạng cánh chân vịt đã được chế tạo sẵn của Công ty.Trong trường hợp này, chế độ gia công hợp lý thường đã được cài đặt sẵn trong máy nên thường không thể áp dụng được khi gia công những chân vịt

có hình dạng khác

Nakashima, Huyndai

Hiện nay ở nước ta, chân vịt được đúc trong khuôn cát trên cơ sở tạo phôi có

lượng dư gia công lớn, sau đó gia công thô và đánh bóng theo phương pháp thủ

công bằng tay hoặc bằng các máy m ài chuyên dụng.Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp chân vịt sau khi đúc , vì nhiều lý do khác nhau nên phôi đúc có thông số hình học không phù hợp với bản vẽ thiết kế kỹ thuật Trong trường hợp này, thông

thường người ta dùng các biện pháp thủ công như mài, uốn, nén, để chỉnh sửa lại cánh chân vịt cho phù hợp với tàu Với phương pháp sửa chữa như thế sẽ không

đảm bảo được độ chính xác cũng như độ bóng mà còn tốn nhiều thời gian và công sức nên giá thành chân vịt tăng

Do đó, việc nghiên cứu thiết kế chân vịt, nhất là việc ứng dụng tin học vào công tác thiết kế là một việc làm cần thiết và góp phần đẩy mạnh sự hiện đại hóa cơ sở vật chất cho ngành đánh bắt cá nước ta trên đường phát triển, góp phần giúp nước ta làm chủ công nghệ

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Cơ sở lý thuyết mô hình hóa chân vịt tàu thủy:

Chân vịt có cấu tạo gồm một số cánh gắn liền với moay ơ, gọi là may ơ chân

vịt Các cánh chân vịt là một phần của mặt xoắn ốc nên khi nghiên cứu đặc điểm hình học cánh chân vịt cần nghiên cứu đặc điểm hình học của đường xoắn ốc và mặt

xoắn ốc

2.1.1 Đường và mặt xoắn ốc

Đường xoắn ốc là quỹ đạo chuyển động của một điểm A trên hình trụ bán kính r, thực hiện cùng lúc hai chuyển động, chuyển động tịnh tiến dọc theo trục hình trụ và chuyển động quay xung quanh trục hình trụ đó với vận tốc góc không đổi như hình 2.1 [1, tr255]

Hình 2.1 Khai triển đường xoắn ốc

Khoảng cách tịnh tiến dọc theo trục hình trụ gọi là bước chân vịt, ký hiệu H

Góc của bước xoắn  được xác định theo công thức:

tan

2

H r





Mặt xoắn ốc:

Mặt xoắn ốc là bề mặt được tạo thành khi có đoạn thẳng ab thực hiện cùng

lúc hai chuyển động, chuyển động xoay quanh trục hình trụ bán kính r với tốc độ

2 r

  và chuyển động tịnh tiến dọc theo trục hình trụ với vận tốc không thay đổi Đoạn ab được gọi là đường sinh của mặt xoắn ốc như hình 2.2 trang bên [2, tr125]

Hình 2.2 Nguyên lý tạo mặt xoắn ốc chân vịt

Hình 2.3 Mặt xoắn ốc chân vịt bước cố định

Như vậy, có thể xem mặt xoắn ốc là tập hợp các đường xoắn ốc bước xoắn

H Do đó, tương ứng đường xoắn ốc tạo thành mặt xoắn ốc có bước cố định hay thay đổi, mặt xoắn ốc tạo thành theo nguyên lý này cũng có thể có bước cố định hoặc thay đổi Hình 2.3 [2, tr125] minh họa mặt xoắn ốc khi chân vịt hoạt động đối với chân vịt bước cố

định, tương ứng với đường xoắn ốc có bước cố định

2.1.2 Tiết diện cánh chân vịt

Tiết diện (mặt cắt) cánh chân vịt: Giao tuyến giữa hình trụ bán kính r đồng trục

với trục chân vịt và cánh chân vịt là tiết diện (mặt cắt) của cánh chân vịt, thường gọi là profin cánh chân vịt hình 2.4 [2, tr126] Profin cánh chân vịt hiện nay thường có dạng

lưu tuyến với chiều dày lớn nhất là emax và các chiều dày khác của profin sẽ được lấy

theo tỷ lệ % emax tùy thuộc bán kính r Tỷ lệ này được rút từ quá trình thử nghiệm các

mô hình

chân vịt trong bể thử, ví dụ mô hình chân vịt Wageningen hoặc Gawn là hai loại được

dùng khá phổ biến hiện nay

Hình 2.4 Nguyên lý tạo cánh chân vịt

Các dạng prôfin cánh chân vịt thường gặp là prôfin hình bán nguyệt, prôfin dạng cánh

máy bay và prôfin dạng đặc biệt

Hình 2.5 Một số dạng profin cánh chân vịt

2.1.3 Đặc điểm hình dáng cánh chân vịt:

Cánh chân vịt có thể xem là hình khối tạo nên bởi hai mặt xoắn ốc giao nhau

Nói cách khác, giao tuyến của hai mặt xoắn ốc cắt nhau là hình dáng cánh chân vịt

Mặt cánh quay về hướng chuyển động của tàu gọi là mặt hút, mặt kia gọi là mặt

đẩy Còn mép cánh hướng về chiều quay chân vịt gọi là cạnh dẫn, mép kia gọi là

cạnh theo Căn cứ vào hình dạng của đường bao cánh chân vịt có thể phân loại chân vịt thành chân vịt cánh hẹp đối xứng, chân vịt cánh hẹp không đối xứng, chân vịt cánh rộng đối xứng, chân vịt cánh rộng không đối xứng

Hình 2.6 Một số dạng cánh chân vịt.[1, tr257]

- Mặt khai triển và mặt duỗi thẳng: Do cánh chân vịt là mặt xoắn ốc nên để có thể

hiểu phương pháp vẽ chân vịt trình bày ở phần sau, trước tiên cần khảo sát phương pháp khai triển một mặt xoắn ốc Như đã trình bày, cánh chân vịt là một phần mặt

xoắn ốc, cong hai chiều nên chỉ có thể khai triển gần đúng cánh chân vịt, tức khai triển mặt xoắn ốc bằng phương pháp elip Trên hình, đoạn xoắn ốc ACB là vết cắt giữa

hình trụ bán kính r với mặt xoắn ốc làm cánh chân vịt và dùng mặt phẳng KCM cắt tiếp tuyến với đường ACB tại điểm C Mặt phẳng này cắt hình trụ bán kính r và sẽ cho

ta một elíp có trục dài là đoạn KCM Xoay đoạn KCM về mặt phẳng thẳng góc với trục hình trụ sẽ nhận được đoạn K’CM’, sau đó chiếu lên hình chiếu phía trên sẽ nhận được elíp với chiều dài thật K1’C1M1’

Tương tự khi chiếu hai điểm A’, B’ trên mặt cắt KCM bằng cách làm như trên ta sẽ

nhận được hai điểm A1’, B1’ nằm trên elíp thật K1’C1M1’ Hai điểm A, B nằm trên mặt hình trụ nếu chiếu lên hình chiếu phía trên ta sẽ được hai điểm A1, B1 tương ứng nằm ngay trên đường tròn bán kính r Nếu dóng ngang song song với K’M’ cũng sẽ nhận được điểm A1’ và B1’

Hình 2.7 Khai triển elip đường xoắn ốc

Cung A1’C1B1’ xác định được ở đây thực tế chưa phải là đường khai triển của

đường xoắn ốc ABC mà chỉ là đoạn A’CB’ nằm trên elíp (thực tế nếu cánh chân vịt không rộng thì cũng như đường khai triển của đường xoắn ốc ACB vì sai số là rất ít) Nối tất cả các điểm mút A1’, B1’ ở các bán kính r khác nhau sẽ có hình dáng của cánh khai triển của chân vịt,và diện tích của nó gọi là diện tích khai triển của cánh chân vịt Trên đường thẳng tiếp tuyến với cánh tại điểm C1, nếu duỗi thẳng cung A1’C1=

A1”C1

và cung C1B1’ = C1B1” thì đọan A1”C1B1” chính là đường xoắn ốc ABC duỗi thẳng Nếu nối tất cả điểm mút A1”, B1” ở các bán kính r khác nhau sẽ được hình dáng cánh duỗi thẳng códiện tích gọi là diện tích duỗi thẳng, cũng là diện tích thật cánh chân vịt Nếu cánh chân vịt hẹp, diện tích khai triển cánh cũng gần bằng diện tích duỗi thẳng

Vì sai số giữa cánh khai triển và cánh duỗi thẳng không lớn nên trên bảnvẽ kỹ thuật chỉ yêu cầu thể hiện các hình chiếu bình thường và hình chiếu cánh khai triển là đủ

(2.2)

Hình 2.8 Các hình chiếu của cánh chân vịt

- Tỷ lệ bước xoắn H/D: Tỷ lệ bước xoắn chân vịt là tỷ số giữa bước xoắn H và

đường kính chân vịt D, thường nằm trong phạm vi (0,5 -2,0) và giá trị càng lớn, hiệu suất chân vịt càng giảm

- Tỷ lệ mặt đĩa  : Tỷ lệ  là tỷ số diện tích duỗi thẳng So và diện tích hình tròn ngoại tiếp chân vịt Tỷ lệ mặt đĩa càng nhỏ thì hiệu suất chân vịt càng cao, nhưng thường không dưới 0,35 và nên chọn giá trị đủ nhỏ sao cho đảm bảo điều kiện sức bền cánh và không sủi bọt

Công thức tính tỷ lệ mặt đĩa  [5, tr10]

Các kích thước và đặc điểm hình học chính của chân vịt trình bày trên hình

1 Hình chiếu tiêu chuẩn

2 Hình chiếu cánh khai triền

3 Hình chiếu cánh duỗi thẳng

Hình 2.9 Các kích thước hình học của chân vịt

Một số kí hiệu:

Hình 2.10 Hình dạng và profin cánh chân vịt seri B của Wageningen

Đặc điểm mô hình chân vịt seri B của Wageningen và tọa độ để xác định đường bao cánh chân vịt được trình bày ở bảng 2.1 – 2.4 [2, tr145 – 147]

Bảng 2.1 Đặc điểm các mô hình chân vịt seri B của Wagenigen

SỐ CÁNH

Z

HỆ SỐ CHIỀU DÀY CÁNH e/D

HỆ SỐ ĐƯỜNG KÍNH MAY Ơ dp/D

GIẢM BƯỚC XOẮN THEO CHIỀU ĐẾN MAY Ơ

GÓC NGHIÊNG CỦA CÁNH

TỶ LỆ BƯỚC XOẮN H/D

BẢNG 47 ĐẶC ĐIỂM CÁC MÔ HÌNH CHÂN VỊT SERI B CỦA WAGENINGEN (145)

Bảng 2.2 Tọa độ cánh chân vịt seri B Wageningen loại 2, 3 cánh

Khoảng cách từ cánh dẫn đến điểm có chiều

dày lớn nhất theo % chiều rộng cánh

83.91

92.85

-99.19 100.00

97.05 91.53

30.31 52.22

55.82 56.52

-0.95 15.7 15.7 0.2 30 18.2 10.9 5.45 1.55 0.45 2.3 5.9 13.45 20.3 26.2 40 đầu cánh 26.7 0.3 25.35 12.2 5.8 1.7 0.05 1.3 4.6 10.85 16.55 22.2 37.55

80

dẫn Mép cạnh theo 100

95 90 80 60 40 20 20 40 60

- Số cánh chân vịt z:

Số cánh chân vịt ít ảnh hưởngđến hiệu suất nhưng lại có ảnh hưởng rất lớn

đến tần số và biên độ lực kích thích sinh ra trong quá tr ình chân vịt làm việc sau

đuôi tàu Chân vịt có ít cánh thường dễ chế tạo, nhưng khi làm việc sẽ gây rung

động nhiều, ngược lại chân vịt nhiều cánh khi làm việc sẽ ít gây rung động nhưng khó chế tạo hơn Đối với các tàu đánh cá thường sử dụng chân vịt có từ 3 đến 4 cánh

Hình 2.11 Một số chân vịt với số cánh 3, 4 ,5

2.1.4 Vật liệu chế tạo chân vịt

Các loại vật liệu dùng chế tạo chân vịt gồm có hợp kim đồng, thép cácbon

đúc, thép không gỉ và gang, tuy nhiên cho đến nay chân vit gang hầu như không sử dụng Vật liệu chân vịt phải thỏa mãn được các yêu cầu về cơ lý, thành phần hóa học

và lựa chọn còn tùy thuộc vào kiểu loại, phạm vi hoạt động của tàu và đường kính chân vịt Với tàu thông thường, có hoạt động ở vùng băng thưa và nếu được đằng kiểm đồng ý thì có thể dùng đồng thanh đặc biệt có đặc tính cơ học thấp hơn để chế tạo chân vịt Một số hợp kim phổ biến dùng để tạo chân vịt như sau:

- Đồng mangan –sắt

Loại này có tính khử kém, nhưng có thể rạn nứt dưới tác dụng của ngoại lực

Dưới tác động lực tĩnh và lực chu kỳ, hệ số sức bền của nó thấp hơn đồng pha nhôm Chân vịt bằng vật liệu này cần được bảo vệ trước dòng điện phân chạy ở vòm đuôi tàu Khi tháo lắp không được đốt nóng, càng không được dùng tia lửa điện hở để đốt nóng Trong sữa chữa chân vịt, nếu buộc phải nung nóng để hàn đắp hoặc để kiểm tra v v… thì sau đó phải ram ở nhiệt độ 350 –400 0C Que hàn phải đúng như vật liệu chân vịt

- Đồng –nhôm –mangan:

Loại vật liệu này có sức bền cao hơn vật liệu trên và không bị gỉ nhưng cũng bị

xâm thực ở vùng cánh nên nếu không có biện pháp bảo vệ sẽcó hiện tượng khử kẽm Vật liệu này thường dùng cho chân vịt cấp cao như tàu lướt, tàu cao tốc, tuần tra … Que hàn đắp khi sửa chữa phải dùng mác vật liệu và phải ram ở nhiệt độ 500 –550oC Thời gian ram còn tùy thuộc vào đường kính chân vịt

- Đồng –nhôm –sắt và loại đồng –mangan –nhôm –kẽm:

Đây là các loại vật liệu có nhiều đặc tính tốt nhất so với các vật liệu hợp kim màu thường được dùng để chế tạo chân vịt cho các tàu biển chạy với tốc độ lớn hơn 15 hl/h, phổ biến nhất là để chế tạo chân vịt cho các loại tàu biểnlớn chạy ở các vùng có băng Khi sử dụng ký hiệu các loại đồng của người Nga cần lưu ý là những chỉ số kèm theo

ký hiệu là tỷ lệ phần trăm các thành phần kim loại được pha chế trong hợp kim đồng Trong hầu hết các trường hợp, để bảo vệ chân vịt tránh hiệntượng xâm thực mặt cánh

do tính chất dòng điện phân xuất hiện tại vùng chân vịt hoạt động, người ta thường gắn tại vùng đuôi tàu, gần trục chân vịt những cục kẽm có đặc điểm hoạt tính hơn đồng, do

đó khi có dòng điện phân, kẽm sẽ bị phân cực đầu tiên nhờ đó bảo vệ chân vịt

- Thép cacbon:

Đây là loại thép dễ đúc và dễ gia công cơ nhưng lại có tính chống rỉ kém nên

thường dùng để chế tạo chân vịt cho các loại tàu thông thường và các tàu chạy sông, trường hợp đặc biệt mới dành cho tàu biển

- Thép không gỉ:

Có sức bền cao, chống ăn mòn tốt nhưng sức bền mỏi do ăn mòn lại không cao do

đó thường được dùng để chế tạo loại chân vịt cao cấp và thông thường trên các tàu

- Thép mangan không gỉ:

Loại vật liệu này dùng để chế tạo chân vịt cấp cao cho các tàu đặc biệt và vật liệu khi chọn tùy thuộc vào công dụng loại tàu, tốc độ và đường kính chân vịt

2.2 Lý thuyết kiểm tra chân vịt

2.2.1 Xác định bước xoắn bằng

dụng cụ:

- Gồm thanh lắp lỏng thẳng góc

với tay quay 2 có thể trượt theo

phương thẳng góc với tay quay

2 Tay quay 2 có tâm trùng với

tâm chân vịt Khi quay 1 góc α

thanh 1 đưa điểm A đến điểm B

Đoạn DB là đoạn tịnh tiến:

DB=DB’ – AA’ Khi quay đủ 360o

thì bước của chân vịt là H Vì vậy:

Hình 2.12 Xác định bước xoắn bằng đồ đơn giản

Hình 2.13 Xác định bước xoắn bằng dây dọi

3.1.1 Các thông số cần thiết để vẽ chân vịt

Để thực hiện mô hình hóa chân vịt cần có đầy đủ các thông số kỹ thuật như sau:

- Tọa độ các profin của cánh ở các bán kính từ 0,2R đến R

- Các thông số đường kính chân vịt D, tỷ lệ bước xoắn H/D, tỷ lệ mặt đĩa S0

S , số cánh…

- Ngoài ra cần phải tính toán các thông số:

z D

b

D

- Các chiều rộng của cánh ở các bán kính khác sẽ lấy theo tỷ lệ % của bm

- Chiều dày đầu cánh ew – lấy theo tỷ lệ sau [2, tr174]:

(3.5)

3.1.2 Xác định tọa độ biên dạng cánh chân vịt

Sau khi tính toán được tọa độ của cánh duỗi thẳng ở tất cả các bán kính

Điểm A’’ và B’’ là 2 điểm

A”B” ở ta phải biết góc

của bước xoắn φ tại bán

kính này

Lấy đoạn

2

H OP

Lấy C làm tâm quay bán kính: CA”=CA’ và CB’’=CB’ A’ và B’ là 2 điểm cắt đường

CP Từ A’ và B’ dóng song song với A”B” ta được 2 điểm K’ và M’ nằm trên trục tâm của cánh Đoạn CK’ chính là hình chiều của đoạn đường xoắn CA” và CM’ - hình chiếu của đường xoắn CB” Từ tâm O quay bán kính r=OC, trên cung tròn này đo đoạn cung CK = CK’ và CM = CM’, được cung KCM chính là hình chiếu của đường xoắn ốc mà chiều dài thật của nó chính là A”B”, điểm K và M là 2 điểm nằm trên hình chiều của cánh chân vịt

Lập bảng tính toán tọa độ diểm K và M tại tất cả các bán kính r trong excel ta sẽ được tọa độ đường viền hình dáng của cánh trong hình chiếu tiêu chuẩn

(3.7)

(3.8) (3.6)

(3.9)

- Quay 1 điểm xung quanh gốc tọa độ [8]

Công thức ma trận quay 1 góc ngƣợc chiều kim đồng hồ:

Hình 3.3 Minh họa tọa độ đường bao cánh chân vịt tính bằng Excel

3.1.3 Xác định tọa độ của các mặt cắt cánh chân vịt tại các bán kính r

Tại các bán kính r từ 0,2 đến R, ta xác định tọa độ các mặt cắt tại từng vị trí

Hình 3.4 Minh họa profin cánh chân vịt tại các vị trí bán kính r

Dựa vào bảng 2.4 Tọa độ profin cánh chân vịt seri B wageningen Lập bảng tính tọa

độ trong excel tọa độ của các mặt cắt của cánh chân vịt

Tính tọa độ các mặt cắt dựa theo các thông số như:

- Bước xoắn của chân vịt

- Các thông số của mặt phẳng xoắn ốc

- Góc nghiêng của cánh chân vịt

- Góc  của bước xoắn chân vịt

- Các thông số trong bảng tọa độ profin cánh chân vịt

- Các thông số đã tính toán ở bước tính tọa độ đường bao cánh

Tọa độ các điểm của mặt cắt đƣợc tính toán bằng excel

Hình 3.6 Một số profin cánh chân vịt được tính tọa độ bằng Excel

3.1.4 Thay đổi các thông số cho các chân vịt Seri B Wageningen khác nhau:

Khi cần tọa độ để nhập vào phần mềm

Cad 3D ta thay đổi các thông số đầu

vào theo yêu cầu bản vẽ, sau đó nhập

tọa độ mới vào phần mềm Cad tạo file

Nhập vào bảng trong excel như hình bên dưới

Bảng 3.2 Các thông số nhập vào trang tính Excel.

Bảng 3.1 Một số thông số đầu vào cần nhập