Thiết kế khuôn đúc chân vịt tàu cá cỡ nhỏ bằng vật liệu composite cốt sợi ngắn nền epoxy

Chương 3: Thiết kế mô hình khuôn đúc chân vịt tàu cá cỡ nhỏ bằng vật liệu composite cốt sợi ngắn nền epoxy.. Nếu gióng ngang song song với K’M’ ta cũng nhận đ ượcđiểm A’1 và B’1 cung A’1

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành đề tài này đầu tiên em xin được gởi lời cảm ơn đếnthầy Trần An Xuân và thầy Lê Ngọc Sơn đã quan tâm hướng dẫn tận tình

và động viên em thực hiện đề tài này

Em xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, các thầy, cô Đặc biệt làcác thầy, cô trong bộ môn Chế tạo máy thuộc Khoa Cơ khí Trường Đại họcNha Trang đã tận tình chỉ dạy, truyền đạt kiến thức cũng nh ư tạo điều kiệnthuận lợi cho em trong quá tr ình học tập vừa qua

Ngoài ra em xin gởi lời cảm ơn đến các thầy, cô quản lý thư việntrường đã tạo điều kiện cho em đ ược sử dụng tài liệu một cách tốt nhất.Trong quá trình làm đề tài này nếu không có sự giúp đỡ của bạn b è vàngười thân thì em không thể hoàn thành được công việc như ngày hôm nay

Một lần nữa em xin chân th ành cảm ơn tất cả các quý thầy cô và tất

cả bạn bè đã giúp đỡ em hoàn thành đề tài này

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ H ƯỚNG DẪN

Họ, tên SV : Trịnh Ngọc Sơn

Tên đề tài : Thiết kế khuôn đúc chân vịt tàu cá cỡ nhỏ bằng vật liệu

composite cốt sợi ngắn nền epoxy

Số trang : 103 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo:

Hiện vật : Khuôn mô hình bằng hợp kim Nhôm và chân vịt mô hình

bằng vật liệu composite, 1 đĩa CD, báo cáo đề tài tốt nghiệp

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ H ƯỚNG DẪN

Kết luận:

Nha trang, ngày… , tháng …., năm 201…

Cán bộ hướng dẫn:

Th.s Trần An Xuân.

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LVTN

Họ, tên SV : Trịnh Ngọc Sơn

Tên đề tài : Thiết kế khuôn đúc chân vịt t àu cá cỡ nhỏ bằng vật liệu

composite cốt sợi ngắn nền epoxy

Số trang : 103 Số chương: 5 Số tài liệu tham khảo:

Hiện vật : Khuôn mô hình bằng hợp kim Nhôm và chân vịt mô hình

bằng vật liệu composite, 1 đĩa CD, báo cáo đề tài tốt nghiệp

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

Điểm phản biện

Nha trang, ngày… , tháng …., năm 201…

Cán b ộ phản biện:

Nha trang, ngày… , tháng …., năm 201…

CH Ủ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐIỂM CHUNG

Bằng số Bằng chữ

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC iv

DANH MỤC HÌNH VẼ vii

Lời Mở đầu 1

Chương 1: MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT CHÂN VỊT 2

1.1 Khái niệm chân vịt 2

1.2 Chức năng 2

1.3 Đặc điểm 3

1.3.1 Đường xoắn ốc 3

1.3.2 Mặt xoắn ốc 4

1.3.3 Hình dáng cánh chân vịt 5

1.3.4 Tiết diện cánh chân vịt 5

1.3.5 Mặt xoắn khai triển và duỗi thẳng 6

1.3.6 Kích thước và đặc tính hình học của chân vịt 8

1.4 Cách thiết kế 9

1.4.1 Các phương án thiết kế chân vịt 9

1.4.2 Những thông số ảnh hưởng đến đặc tính chân vịt 10

1.4.3 Vật liệu chân vịt 11

Chương 2: ỨNG DỤNG PRO ENGINEER WILDFIRE 4.0 V À HYDRO COMP PROPCAD TRONG THI ẾT KẾ CHÂN VỊT VÀ GIA CÔNG KHUÔN CHÂN VỊT 12

2.1 Thiết kế chân vịt bằng phần mềm Pro ENGINEER Wildfire 4.0 v à 12

HydroComp ProCad 2005 12

2.1.1 Vẽ chân vịt bằng phần mềm HydroComp ProCad 2005 12

2.1.1.1 nhập các thông số cơ bản của chân vịt 13

2.1.1.2 Thiết lập các thông số liên quan 15

2.1.1.3 thiết lập các thông số cho cánh v à củ chân vịt 16

2.1.1.4 Xuất tọa độ điểm chân vịt 21

2.1.2 Xây dựng mô hình chân vịt bằng phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 23

2.1.2.1 Xây dựng cánh chân vịt 23

2.2.2 Thiết kế khuôn chân vịt 49

Chương 3: THIẾT KẾ KHUÔN ĐÚC MÔ H ÌNH CHÂN VỊT TÀU CÁ CỠ NHỎ 63

3.1 THIẾT KÊ KĨ THUẬT KHUÔN ĐÚC CHÂN VỊT MÔ H ÌNH 63

3.1.1 Xây dựng chân vịt mô hình 63

3.1.2 Thiết kế khuôn bằng phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 63

3.1.3 Hoàn chỉnh khuôn 64

3.1.4 Kết cấu bộ khuôn đúc 65

3.2 THIẾT KẾ CHẾ TẠO KHUÔN CHÂN VỊT MÔ H ÌNH 69

3.2.1 Lập chương trình gia công tấm dưới 69

3.2.1.1 Phay thể tích (phay volume) 69

3.2.1.2 Phay thô lần 2 bằng dao phay Φ10 78

3.2.1.3 Phay mặt phẳng (Surface Milling) 81

3.2.1.4 Lập trình bằng tay để lấy dấu các lỗ 87

3.2.2 Gia công tấm trên 87

3.2.3 Gia công tấm giữa 90

3.3 Gia công khuôn trên máy CNC 90

Chương 4: XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ĐÚC CHÂN VỊT TÀU CÁ CỠ NHỎ BẰNG VẬT LIỆU COMPOSITE CỐT SỢI NGẮN NỀN EPOXY VÀ ĐÚC THỬ NGHIỆM 93

4.1 Tính lượng vật liệu chế tạo một chân vịt mô h ình 93

4.2 Chuẩn bị máy, thiết bị, vật liệu cần d ùng 95

4.3 Quy trình đúc 97

4.4 Nhận xét 101

4.5 Hoạch toán giá thành khuôn mô hình 101

Chương 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 102

5.1 Kết luận 102

5.2 Đề xuất ý kiến 102

TÀI LIỆU THAM KHẢO 103

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1:

Hình 1.2: Khai triển đường xoắn ốc 3

Hình 1.3: Nguyên lý tạo cánh chân vịt 4

Hình 1.4: Nguyên lý tạo cánh chân vịt 5

Hình 1.5: Khai triển đường xoắn ốc êlíp 6

Hình 1.6: cánh chân vịt 7

Hình 1.7: Các kích thước hình học chân vịt 8

Hình 2.1: giao diện chương trình HydroComp ProCad 2005 13

Hình 2.2: nhập các thông số cơ bản theo tinh toán 14

Hình 2.3: thiết lập các thông số liên quan 15

Hình 2.4: thiết lập các thông số cho cánh v à củ 16

Hình 2.5: nhập các thông số cho việc thiết lập cánh v à củ chân vịt 17

Hình 2.6: bảng thông số chân vịt 19

Hình 2.7: mô hình chân vịt trong chương trình HydroComp ProCad 2005 20

Hình 2.8: tiết diện cánh ở các r khác nhau 20

Hình 2.9: xuất tọa độ cánh ra File MastercamASCII (*.doc) 21

Hình 2.10: lưu tọa độ profile cánh chân vịt tại r = 0.2R với đuôi pts 22

Hình 2.11: môi trường làm việc của Pro/Wildfide 4.0 23

Hình 2.12 : Nhập tọa độ điểm r = 0.2R 24

Hình 2.13: tọa độ điểm nút của các lưới cánh chân vịt 25

Hình 2.14a: chọn đường nối các điểm là đường spline 26

Hình 2.14b: đường Curve nối các điểm tại r = 0.2R 26

Hình 2.15: Mô hình lưới bề mặt chân vịt D=810mm 27

Hình 2.16a: phủ mặt lên lưới cánh bằng lệnh Boundary Blend 28

Hình 2.16b: mặt phủ lưới chân vịt 28

Hình 2.17a: tiết diện trong lệnh Revolve 29

Hình 2.17b: củ chân vịt dạng mặt 30

Hình 2.18a: xây dựng ba 3 cánh chân vịt bằng lệnh pattern 31

Hình 2.18b: 3 cánh chân vịt tạo bằn lệnh pattern 31

Hình 2.19a: đường Spline để tạo mặt Extrute 32

Hình 2.19b: đùn mặt về hai hướng 33

Hình 2.19c: mặt Extrute để xén bớt bề mặt phủ cánh 33

Hình 2.20: xây dựng 3 mặt Extrute bằng lệnh pattern 34

Hình 2.21a: nối mặt phủ lưới cánh thứ nhất và mặt Extrute bằng lệnh Merge.35 Hình 2.21b: cánh chân vịt sau khi đã nối mặt 35

Hình 2.22: nối mặt phủ lưới cánh thứ hai và mặt Extrute bằng lệnh Merge 36

Hình 2.23: nối mặt phủ lưới cánh thứ hai và mặt Extrute bằng lệnh Merge 36

Hình 2.24: nối cánh thứ nhất và củ chân vịt 37

Hình 2.25: nối mặt cánh thứ hai và củ chân vịt 37

Hình 2.25: nối mặt cánh thứ ba và củ chân vịt 38

Hình 2.26: tạo chân vịt dạng khối bằng lệnh Solidify 38

Hình 2.27: mô hình chân vịt dạng khối 39

Hình 2.28: bo gốc cánh chân vịt 40

Hình 2.29a: chọn đường dẫn 42

Hình 2.29b: tiết diện quét 42

Hình 2.29c: mặt quét theo biên dạng cánh 43

Hình 2.30: xây dựng 3 mặt Sweep bằng lệnh Pattern 43

Hình 2.31: tiết diện đùn 44

Hình 2.32: mặt nối hai cánh 44

Hình 2.33: xây dựng 3 mặt nối cánh bằng lệnh Pattern 45

Hình 2.34a: tiết diện xoay 45

Hình 2.34b: mặt phủ củ chân vịt vẽ bằng lệnh Revolve 46

Hình 2.35a: cắt mặt nối cánh chân vịt 46

Hình 2.35b: mặt nối cánh sau khi đã cắt bởi lệnh Trim 47

Hình 2.36a: tiết diện đùn mặt 47

Hình 2.36b: mặt trụ tạo bằng lệnh Extrute 48

Hình 2.37: mặt phẳng bằng lệnh Flat 48

Hình 2.38: mặt được tạo bởi lênh Merge 49

Hình 2.39: lắp ráp chi tiết tham chiếu 50

Hình 2.40a: chọn hướng đùn vật liệu cho phôi 51

Hình 2.40b: phôi khi đã xây dựng xong 51

Hình 2.41: xây dựng mặt phân khuôn thứ nhất 52

Hình 2.42a: tiết diện xoay 53

Hình 2.42b: mặt phân khuôn thứ hai 53

Hình 2.43a: tiết diện xoay cho mặt phân khuôn thứ ba 54

Hình 2.43b: mặt phân khuôn thứ ba 54

Hình 2.44: tính toán kích thước lòng khuôn theo hệ số co rút của vât liệu.55 Hình 2.45: kiểm tra góc nghiêng thoát khuôn 56

Hình 2.46a: thể tích khuôn thứ nhất 57

Hình 2.46b: thể tích khuôn thứ 2 57

Hình 2.47a: thể tích khuôn thứ 3 58

Hình 2.47b: thể tích khuôn thứ 4 59

Hình 2.48a: thể tích khuôn thứ 5 60

Hình 2.48b: thể tích khuôn thứ sáu 60

Hình 2.49: tạo các thành phần cho khuôn chân vịt 61

Hình 2.50: mở khuôn 61

Hình 2.51: đúc thử sản phẩm 62

Hình 3.1: tách khuôn mô hình chân v ịt D = 160 (mm) 64

Hình 3.2: bộ khuôn đúc sau khi đã hoàn chỉnh 65

Hình 3.3: tấm khuôn trên 65

Hình 3.4: tấm khuôn dưới 66

Hình 3.5: tấm giữa 66

Hình 3.6: lõi củ chân vịt 67

Hình 3.7: nắp ép khuôn 67

Hình 3.8: chốt định vị 68

Hình 3.9 68

Hình 3.10 69

Hình 3.11: Tạo phôi cho chi tiết gia công 70

Hình 3.12 : chọn máy gia công 71

Hình 3.13 : thiết lập tọa độ gia công 71

Hình 3.14: Chọn dụng cụ cắt 72

Hình 3.15: chế độ cắt khi gia công thô 73

Hình 3.16 tiết diện phôi 73

Hình 3.17: đùn tiết diện đến mặt 74

Hình 3.18 74

Hình 3.19 75

Hình 3.20 76

Hình 3.21 76

Hình 3.22 78

Hình 3.23 79

Hình 3.25: tạo thể tích phay cho bước gia công thứ hai 80

Hình 3.26: mô phỏng bước gia công thứ hai 80

Hình 3.27: chọn các thông số cần cài đặt 82

Hình 3.28: cài đặt dụng cụ cắt cho bước phay bề mặt 82

Hình 3.29: chế độ cắt theo kinh nghiệm 83

Hình 3.30: bề mặt cánh cần gia công tinh 83

Hình 3.31: định nghĩa hướng cắt 84

Hình 3.32: mô phỏng đường chạy dao bề mặt 84

Hình 3.33: mô phỏng gia công chạy bề mặt 85

Hình 3.34 86

Hình 3.35: mô phỏng gia công nắp 88

Hình 3.36: mô phỏng phay thô lần thứ nhất 88

Hình 3.37: mô phỏng gia công thô lần hai 89

Hình 3.38: mô phỏng đường chạy dao khi phay tinh bề mặt tấm tr ên 89

Hình 3.39 90

Hình 3.40: khuôn dưới đã gắn lõi 91

Hình 3.41: khuôn trên 92

Hình 3.42: khuôn giữa 92

Hình 4.1: Chân vịt mô hình B – Wageningen thiết kế bằng phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire 4.0 94

Hình 4.2 95

Hình 4.3 95

Hình 4.4 96

Hình 4.5 96

Hình 4.6 96

Hình 4.7 96

Hình 4.8 96

Hình 4.9: Hỗn hợp sợi – nhựa được trải đều trong lòng khuôn 98

Hình 4.10: Ráp khuôn 99

Hình 4.11: Tháo khuôn để lấy cánh bơm 100

Hình 4.12: Kết quả tháo khuôn 100

Hình 4.13: Chân vịt mô hình 100

Lời Mở đầu

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển mạnh của cácngành kỹ thuật, ngành đóng tàu Việt nam cũng đã có những bước phát triểnvượt bậc về mặt kỹ thuật Do đó, nhu cầu áp dụng các quy tr ình công nghệhiện đại vào việc thiết kế và chế tạo tàu nói chung và chân vịt tàu nói riêng

là mang tính chất cấp thiết đối với ngành đóng tàu Đặc biệt là với giá kimloại màu ngày càng, thì việc tìm ra một loại vật liệu mới để chế tạo chân vịtnhằm giảm giá thành của chân vịt mà vẫn đáp ứng được những điều kiệnlàm việc của chân vịt là vấn đề có ý nghĩa rất lớn Bên cạnh đó việc chếtạo khuôn cho chân vịt bằng vật liệu mới là vấn đề cần quan tâm Xuấtphát từ những đặc điểm vừa trình bày, em đã đặt vấn đề nghiên cứu đề tài

“Thiết kế khuôn đúc chân vịt t àu cá cỡ nhỏ bằng vật liệu composite cốt sợi ngắn nền epoxy” nhằm tăng cao chất lượng chế tạo chân vịt Trên cơ

sở đó, đề tài sẽ bao gồm:

Chương 1: Một số lý thuyết về chân vịt.

Chương 2: Ứng dụng Pro/EGINEER Wildfire 4.0 v à Hydro

Comp ProCad vào thiết kế chân vịt và gia công khuôn Chương 3: Thiết kế mô hình khuôn đúc chân vịt tàu cá cỡ nhỏ

bằng vật liệu composite cốt sợi ngắn nền epoxy.

Chương 4: Xây dựng quy trình công nghệ đúc chân vịt tàu cá cỡ

nhỏ bằng vật liệu composite cốt sợi ngắn nền epoxy v à đúc thử nghiệm.

Chương 5: Kết luận và đề xuất ý kiến.

Tuy đã có nhiều cố gắng để thực hiện cuốn đề t ài này, nhưng do thờigian và kiến thức còn có hạn nên không thể tránh được những thiếu sót Emmong sự thông cảm và góp ý của các Thầy để em có thể hoàn thiện đề tàicủa mình

Em xin chân thành cảm ơn!

Chương 1 MỘT SỐ VẤN ĐỀ LÝ THUYẾT CHÂN VỊT

1.1 Khái niệm chân vịt

- Chân vịt là thiết bị đẩy tàu được áp

dụng rộng rãi nhất trên các tàu lớn hiện nay

- Có loại chân vịt cố định và chân vịt

biến bước

- Chân vịt cố định và chân vịt biến bước

có khi được lắp thêm ống đạo lưu để tránh

xâm thực và hiện tượng sủi bọt từ đó nâng

cao hiệu suất chân vịt Loại n ày thường áp dụng

cho tàu kéo, tàu đẩy, tàu đánh cá, vớt mìn, tàu ven

biển

- Chân vịt biến bước, điều khiển được cánh tùy theo điều kiện sónggió biển (trọng tải) thay đổi, v ì vậy áp dụng cho các tàu kéo, tàu đánh cá,tàu đẩy, tàu ngầm và có xu hướng phát triển lớn vì có điều kiện tự động hóa

và có hiệu suất cao

1.2 Chức năng

- Chân vịt dùng để đẩy tàu chuyển động về phía trước, trong nhữngtrường hợp cần thiết chân vịt cũng có thể l àm tàu chuyển động lùi (thay đổichiều quay của chân vịt)

- Ngoài chức năng chính trên chân vịt còn có thể dùng để lái tàutrong trường hợp tàu nhiều chân vịt Với sự hổ trợ c ủa nhiều chân vịt thì nó

có thể làm thay đổi hướng chuyển động của tàu

Hình 1.1

1.3 Đặc điểm.

Chân vịt gồm một số cánh gắn liền với may ơ Các cánh chân vịt làmột phần của mặt xoắn ốc Để hiểu r õ đặc tính hình học chân vịt, chúng takhảo sát các vấn đề sau đây :

1.3.1 Đường xoắn ốc

Hình 1.2: Khai triển đường xoắn ốc.

a) Cho bước cố định; b) Cho bước thay đổi.

Nếu điểm A nằm cách tâm trục xoay một bán kính r vừa chuyểnđộng quay một vòng quanh trục với vận tốc góc không đổi, vừa chuyểnđộng tịnh tiến theo phương song song với đường tâm trục đến điểm C, th ì

nó sẽ vẽ nên một đường – gọi là đường xoắn ốc Khoảng cách tịnh tiến theochiều song song với trục gọi l à bước chân vịt kí hiệu H Góc của b ước xoắnđược xác định theo công thức sau:

Tg = H/ (2r )

Đường xoắn ốc này nếu khai triển là cạnh huyền AC của tam giácvuông, cạnh AB = 2r là chu vi hình tròn có bán kính r và c ạnh BC = Hchính là bước xoắn chân vịt H (hình 1.2a).

Nếu đường xoắn ốc có bước xoắn thay đổi, khi khai triển nó sẽ l àđường cong (hình 1.2b) Muốn xác định bước xoắn tại điểm bất kỳ E n ào

đó, ta xây dựng tam giác vuông trong đó: EM l à đường tiếp tuyến vớiđường cong khai triển tại điểm E v à EK song song với AB H’ là bướcxoắn tại điểm E và’ – góc xoắn tại E Tam giác ABC gọi l à tam giác xoắnchân vịt

1.3.2 Mặt xoắn ốc

Bây giờ ta hãy tưởng tượng không phải một điểm, mà là cả đoạn ab(hình1.3) vừa xoay quanh trục một v òng (2r), vừa chuyển động tịnh tiếnvới vận tốc không đổi, trong đó b chuyển động tịnh tiến theo đ ường trụcđến b’, thì nó sẽ vẽ nên một mặt phẳng xoắn ốc Đoạn ab gọi l à đường sinhcủa mặt xoắn ốc

Hình 1.3: Nguyên lý tạo cánh chân vịt.

1.3.3 Hình dáng cánh chân vịt

Hình 1.4: Nguyên lý tạo cánh chân vịt.

Nếu hai mặt xoắn ốc cắt nhau, th ì giao tuyến của hai mặt xoắn ốc sẽcho ta hình dáng cánh chân v ịt Mặt cánh quay về hướng chuyển động củatàu gọi là mặt hút, còn mặt kia gọi là mặt đẩy của chân vịt Còn mép cánhhướng về chiều quay của chân vịt gọi l à cạnh dẫn, còn mép kia gọi là cạnhtheo của cánh chân vịt

1.3.4 Tiết diện cánh chân vịt

Trên hình ta thấy, nếu một hình trụ bán kính r đồng tâm với trụcchân vịt thì cho ta tiết diện (mặt cắt) của cánh chân vịt, th ường gọi là prôfin

có hình dáng lưu tuyến, có chiều dài lớn nhất emax Trong thiết kế các chiềudày e khác của prôfin, được lấy theo tỷ lệ % emax tùy thuộc bán kính r Tỷ lệnày được đúc kết từ thiết kế v à thử nghiệm mô hình chân vịt loạiWAGENINGEN hoặc GAWN chẳng hạn, là hai loại chân vịt được ứngdụng rộng rãi

1.3.5 Mặt xoắn khai triển và duỗi thẳng

Để có thể hiểu được cách vẽ chân

vịt nêu ở phần sau chúng ta cần khảo sát

phương pháp khai triển một mặt xoắn ốc,

cong về hai chiều cho nên chỉ có thể dùng

phương pháp êlíp gần đúng để khai triển

cánh chân vịt – đồng nghĩa khai triển mặt

xoắn ốc

Hình 1.5: Khai triển đường xoắn ốc êlíp.

Ở hình 1.5 Đoạn xoắn ốc ACB, là vết cắt giữa hình trụ có bán kính rvới mặt xoắn cánh chân vịt Tại C ta d ùng mặt phẳng KCM cắt tiếp tuyếnvới đường xoắn ACB Mặt phẳng h ình trụ bán kính r cho ta một êlíp màchiều dài của nó là KCM Tiếp theo xoay KCM về mặt phẳng thẳng gócvới trục ta có K’CM’ rồi chiếu l ên hình chiếu phía trên ta được êlip vớichiều dài thật K1’C1M’1 Tương tự hai điểm A’ và B’ trên mặt cắt KCM, tađược hai điểm A’1 và B’1 nằm trên êlip thật K’1C1M’1 Điểm A và nằm trênhình trụ, nếu chiếu lên hình chiếu phía trên ta được A1 và B1 nằm trên hìnhtròn bán kính r Nếu gióng ngang song song với K’M’ ta cũng nhận đ ượcđiểm A’1 và B’1 cung A’1C1B’1 chưa phải là đường khai triển của đườngkhai triển ACB, mà chỉ là đoạn A’CB’ nằm trên êlíp (thực tế nếu cánh chânvịt không rộng thì cũng như đường khai triển của đường xoắn ốc ACB vìsai số rất ít) Nối tất cả các điểm mút A’1 và B’1ở các bán kính r khác nhau,

ta 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 tại C1, nếu ta duỗi thẳng cung A’1C1 =A”1C1 và cung C1B’1 = C1B”1 thì đoạn A”1C1B”1 chính là đường xoắnACB duỗi thẳng Nếu nối tất cả các điểm mút A”1 và B”1 ở các bán kính r

khác nhau ta sẽ nhận được hình dáng của cánh duỗi thẳng, và diện tích của

nó gọi là diện tích duỗi thẳng của cánh Diện tích duỗi thẳng của cánhchính là diện tích thật của cánh Nếu cánh chân vịt không rộng th ì diện tíchkhai triển của cánh cũng gần bằng diện tích khai triển của cánh

Vì sai số giữa cánh khai triển v à cánh duỗi thẳng không nhiều, chonên trên hình vẽ kĩ thuật chỉ yêu cầu thể hiện hình chiếu bình thường vàhình chiếu của cánh khai triển là đủ

Hình 1.6: cánh chân vịt

1 hình chiếu tiêu chuẩn; 2 hình khai triển; 3 hình duỗi thẳng.

1.3.6 Kích thước và đặc tính hình học của chân vịt

Sp– diện tích hình chiếu cánh chân vịt (m2)

S’p – diện tích khai triển cánh chân vịt (m2)

So– diện tích duỗi thẳng cánh chân vịt (m2)

Lấy gần đúng So = S’p

Và: Sp/So = 1,67 – 0.229 H/D

- Cho chân vịt WAGENINGEN

Sp/So = 1,082 – 0.229 H/D

- Cho chân vịt GAWN.

b – chiều rộng cánh (m)

bm– chiều rộng lớn nhất của cánh (m)

dp– đường kính mayơ chân vịt tại giữa (m)

e – chiều dày của cánh (m)

eo – chiều dày ảo của cánh, ở tâm trục (m)

1.4.1 Các phương án thi ết kế chân vịt

Trong thiết kế chân vịt có hai phương án thiết kế chính :

- Xác định công suất máy chính để đạt tốc độ hoặc sức kéo theo y êucầu của tàu Hai dạng toán sau:

a) Đường kính chân vịt không giới hạn, trong đó v òng quay chưabiết trước hoặc cho trước

b) Đường kính chân vịt giới hạn (do v òm đuôi tàu), trong đó vòngquay chưa biết trước hoặc cho trước

- Biết hoặc cho trước động cơ máy chính, phải thiết kế chân vịt saocho phát huy hiệu quả cao nhất

Bài toán dẫn đến các phương án sau:

- Đường kính chân vịt không giới hạn, nh ưng đạt tốc độ cao nhất

- Đường kính chân vịt giới hạn, nhưng đạt tốc độ cao nhất.

- Chân vịt đạt tốc độ cao nhất, nh ưng vòng quay được lựa chọn tốiưu

- Đối với tàu cá lưới kéo, tàu lai dắt:

+ Đường kính chân vịt không giới hạn, nh ưng phải đảm bảo sức kéo

và tốc độ kéo yêu cầu trước

+ Đường kính chân vịt giới hạn, nhưng phải đảm bảo sức kéo và tốc

độ kéo yêu cầu trước

+ Chân vịt phải đảm bảo sức kéo v à tốc độ kéo, nhưng cho phép lựachọn vòng quay phù hợp tối ưu

1.4.2 Những thông số ảnh hưởng đến đặc tính chân vịt

- Tỉ lệ bước xoắn H/D

- Tỉ lệ mặt đĩa So/S

- Số lượng cánh chân vịt Z

Dạng cánh, dạng prôfin, chiều d ài cánh không có ảnh hưởng đáng kể

và được coi là thứ yếu

- Hệ số H/D thường từ 0,5÷2, tỉ lệ này càng cao thì hiệu suất cànggiảm Hệ số So/S thường từ 0,3÷1,2 tỉ lệ này càng lớn thì hiệu suất chân vịtcàng giảm cho nên nếu không xuất hiện sủi thì nên lấy tỉ lệ này nhỏ, nhưngkhông dưới 0,35 Khi có hiện tượng sủi bọt thì So/S phải tăng lên Số lượngcánh chân vịt không có ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính chân vịt Nóichung nếu chân vịt không bị hạn chế đường kính bởi vỏ tàu thì số lượngcánh càng nhiều hiệu suất chân vịt càng giảm Nhưng nếu không bị khốngchế đường kính chân vịt thì hiện tượng có khi ngược lại, nghĩa là phải tăng

số lượng cánh, để tăng hiệu suất chân vịt Số l ượng cánh Z = 2÷5, thôngthường Z = 3÷4

1.4.3 Vật liệu chân vịt

Các loại vật liệu được sử dụng, để chế tạo chân vịt gồm: hợp kimđồng, thép cácbon đúc, thép không gỉ v à gang Cho đến nay chân vịt ganggần như không sử dụng

Vật liệu chân vịt phải thỏa mãn yêu cầu về cơ tính, thành phần hóahọc Nên chọn vật liệu nào tùy thuộc vào loại tàu, đường kính chân vịt Nếutrong thực tế có thể căn cứ các đặc điểm c ơ lí tính và thành phần hóa học

để so sánh và lựa chọn vật liệu, nếu không phải vật liệu sản xuất theo quyphạm Liên Xô cũ

Với các tàu thông thường, có hoạt động ở vùng băng thưa và nếuđược đăng kiểm đồng ý th ì có thể dùng đồng thanh đặc biệt có đặc tính c ơhọc thấp hơn để chế tạo chân vịt Với t àu hoạt động ở vùng có băng lớn,cũng có thể dùng đồng thau hoặc đồng thanh để chế tạo chân vịt nếu đăngkiểm chấp thuận, và không nên dùng thép cacbon đ ể chế tạo chân vịt chonhững tàu nêu trên

Các bu lông nối ghép cánh chân vịt phải đ ược chế tạo bằng thép hợpkim hoặc thép rèn Nếu kết cấu có giới hạn nhỏ h ơn 50 Kg/mm2, thì nêndùng vật liệu chủ yếu dùng cho chân vịt đúc liền

Chương 2 ỨNG DỤNG PRO ENGINEER WILDFIRE 4.0 V À HYDRO COMP PROPCAD TRONG THI ẾT KẾ CHÂN VỊT VÀ GIA CÔNG KHUÔN CHÂN VỊT

2.1 Thiết kế chân vịt bằng phần mềm Pro ENGINEER Wildfire 4.0 v à HydroComp ProCad 2005

2.1.1 Vẽ chân vịt bằng phần mềm HydroComp ProCad 2005

Vẽ mô hình 2D và 3D chân vịt kiểu B - Wageningen bằng phần mềmprocad từ các thông số thiết kế ban đầu gồm đ ường kính chân vịt D, tỷ lệbước xoắn H/D, tỷ lệ mặt đĩa So/S và số cánh của chân vịt Z Giá trị cácthông số như sau :

2.1.1.1 nhập các thông số cơ bản của chân vịt

Giao diện chương trình như hình 2.1:

Hình 2.1: giao diện chương trình HydroComp ProCad 2005

Bên tay trái của giao diện chương trình là bản các dữ liệu cơ bản củachân vịt:

- Mục Propsumary:

+ Type: Kiểu chân vịt (biến bước hay định bước, hay chân vịt trong ống)

Ta chọn Type: = FPP (chân vịt định bước)

+ Rotation: Chiều quay chân vịt (Quay trái hay quay phải)

Ta chọn Rotation: Right (Quay phải)

+ Blades: Số cánh chân vịt

Chọn Blades: 3 cánh

+ Diameter: Đường kính chân vịt

Chọn Diameter: 810 mm

+ Nominal Pitch: Bước chân vịt.

Bước chân vịt = Đường kính *tỷ lệ bước = 810*0.75 = 607.5 (mm).Chọn Nominal pitch: 607.5(mm)

+ Rake of GL aft: Góc nghiêng cánh chân v ịt

Chọn Rake of GL aft: 150

+ Expanded Bar: Tỉ lệ mặt đĩa của chân vịt (chỗ n ày sẽ nhập sau,không thể nhập trực tiếp thông số này ở bảng Principal Data, n ên nó cómàu xám)

+ Skew angle: góc bước xoắn, sẽ nhập sau giống như với Expanded Bar-Mục Title Block

Mục này dùng để đặt tên cho bản vẽ 2D, tên công ty, người thiết kế,người duyệt

Tiến hành nhập các thông số cơ bản như hình 2.2:

Hình 2.2: nhập các thông số cơ bản theo tinh toán

2.1.1.2 Thiết lập các thông số liên quan

Chúng ta có thể nhập các thông số này vào bằng thanh menu haybiểu tượng, ở đây dùng biểu tượng cho dễ hiểu:

- Biểu tượng Edit material/strength: Dùng để gán vật liệu chochân vịt

Sau khi click vào biểu tượng này thì một bảng sẽ hiện ra như hình 2.3:

Hình 2.3: thiết lập các thông số liên quanKhi nhập đủ các thông số này thì cho phép chương trình tính sơ bộ

độ bền cho cánh chân vịt đang thiết kế

a Classification society: C ấp vật liệu (theo ABS của mỹ, BV/rina,hay theo cấp thép tiêu chuẩn hàn quốc.) Chọn ABS

Thickness rule: Quy chuẩn chiều dày cho từng kiểu tàu, thiết kế chotàu nào thì chọn loại đó: free run

Loading: Chế độ tải trọng làm việc của chân vịt (đọc sách lý thuyết

để biết loại tàu sẽ thiết kế chân vịt theo kiểu n ào: tự do, kéo - tải nặng, haychân vịt dung hoà)

b Design condition: điều kiện của thiết kế

+ Material density: Khối lượng riêng của vật liệu chế tạo chân vịt.Chọn 1.47 g/cm3

+ Design power: công suất thiết kế

Ta tính được 103.04 kw

+ Design RPM: Số vòng quay chân vịt (đơn vị tính V/p)

762 vòng/phút

2.1.1.3 thiết lập các thông số cho cánh và củ chân vịt

- Chọn biểu tượng Edit section data :

Phần này quan trọng, dùng để chọn dữ liệu cho mặt cắt cánh, củ chânvịt ta thấy trong bảng Geometry (thông số h ình học) và edge radius (bảngtoạ độ và các thông số khác) đang trống vì chúng ta chưa chọn cho chân vịtkiểu chân vịt nào

Hình 2.4: thiết lập các thông số cho cánh và củ

Để xây dựng các thông số cánh chân vịt, chọn “BUILDER” để gánthông số.

Hình 2.5: nhập các thông số cho việc thiết lập cánh v à củ chân vịt

a Blade geometry: (Thông s ố cánh chân vịt)

- Section and r/R: Chọn tiết diện cánh theo kiểu chân vịt (AU,GAWN, KAPLAN…) Ta ch ọn tiết diện theo chân vịt Seri -B

- Pitch distribution: Dạng chân vịt làm việc theo mức độ nào, tachọn full

- Explanded bar: tỉ số mặt đĩa, (như đã nói ở phần trước), nhập vào ônày giá trị mặt đĩa theo yêu cầu Ae = 0.65

- Out line: đường bao ngoài, chọn theo kiểu B-series

- Rake aft: giống như phần trước (rake of aft), chọn góc nghi êngcánh 150.

- Rake distribution: phân bố cánh, chọn linear ( phân bố đều)

- Skew distribution: phân bố độ lệch cánh, chọn linear (đều)

- Hub Diam/D: tỉ lệ đường kính củ chân vịt/đường kính chân vịt.Chọn 0.18

b Hub/Shafting: Củ chân vịt/Trục chân vịt:

Shaft diameter: Đường kính trục chân vịt

Hub rule: dạng củ chân vịt, ở đây có 3 sự lựa chọn:

User: do người thiết kế nhập

SAE và Metric: theo tiêu chu ẩn

Ta chọn user để nhập các thông số n ày theo ý muốn:

Trong đó: d1: là đường kính lớn trục chân vịt

Ps : là công suất động cơ, Ps = 140 CV n: số vòng quay chân vịt, n = 762 vòng/phút

D: là đường kính chân vịt, D = 810 mm

 d1 = 57,05 mm

Vậy chọn đường kính lớn trục chân vịt là: 65 mm

Độ côn trục chân vịt bằng độ côn chân vịt: 1/15

Chiều dài củ chân vịt: lc = (1,6 ÷ 3,3).d0 = (216,423 ÷ 446,391) mmChọn chiều dài củ chân vịt là: 220mm

c Thickness

Do thiết kế với chân vịt seri B wagningen n ên chọn luôn quy tắcphân bố chiều dày:

Thickness rule: B-series

Sau khi đã làm theo các bước trên thì chọn “BUILD” ở góc trái củabảng

Khi đó bảng “section data” sẽ hiện ra với các thông số của chân vịtnhư hình 2.6

Hình 2.6: bảng thông số chân vịt

-Chọn “OK”, chương trình sẽ cho ta thấy kết quả là một chân vịt 3Dnhư

hình 2.7:

Hình 2.7: mô hình chân vịt trong chương trình HydroComp ProCad 2005.

- Chọn section 3D view để xem các prophin của cánh chân vịt ở các r

khác nhau

Hình 2.8: tiết diện cánh ở các r khác nhau

2.1.1.4 Xuất tọa độ điểm chân vịt

- Chọn File  Export Tại mục Save as type chọn Mastercam ASCII (*.doc) Lưa file tọa độ điểm tại thư mục chânvit810.

Hình 2.9: xuất tọa độ cánh ra File MastercamASCII (*.doc)

- Vào thư mục chânvit810 ta có các file tọa độ của cánh và củ chân

+ Bước 1: mở File tọa độ cánh 1_Blade.doc

+ Bước 2: copy tọa độ cánh ở r = 0.2R

+ Bước 3: tạo File New Text Document.txt

+ Bước 4: pase tọa độ cánh ở b ước 2 tại File r = 0.2R vừa tạo ở b ước

3 và lưu File với đuôi pts, ta đặt tên file là “02R.pts”.

Hình 2.10: lưu tọa độ profile cánh chân vịt tại r = 0.2R với đuôi pts

-Thành lập các file tọa độ của prophin cánh chân vịt tại các r c òn lạitheo cách trên ta được các File tọa độ sau:

- Tạo File tọa độ củ chân vịt với tên “Hub.pts”

2.1.2 Xây dựng mô hình chân vịt bằng phần mềm Pro/ENGINEER Wildfire 4.0

2.1.2.1 Xây dựng cánh chân vịt

Cánh chân vịt được xây dựng từ các File tọa độ điểm đ ã được thiết lập

 Khởi động Pro/Wildfire  File  New Part  Solid  tại mục Name chọn File chanvit810  nhấp ô đầu dòng chọn mục Use default template  chọn mục mmns_part_solid trong mục Option của Template  OK (hình 2.11).

Hình 2.11: môi trường làm việc của Pro/Wildfide 4.0

 Dựng mô hình lưới bề mặt chân vịt trên môi trường đồ họa:Tọa độ mặt lưới được đưa vào môi trường đồ họa bằng cách nhấpvào biểu tượng hoặc thực hiện theo đường dẫn Main menuInsert datumpointcoordinate system to place poi nts Trong mục Reference, lựa chọn gốc tọa độ là CSO Trong menu Type, khai báo hệ tọa độ lựa chọn là Cartesian (hệ tọa độ Đềcác)  Chọn mục import và chỉ đường dẫn tới file 02R.pts OK(hình 2.12)

Hình 2.12 : Nhập tọa độ điểm r = 0.2R

Tiếp tục nhập file tọa độ khác vào trong phần mềm và thực hiệntương tự như trên sẽ nhận được mô hình lưới cánh chân vịt như mô tả trênhình 1.13

Hình 2.13: tọa độ điểm nút của các lưới cánh chân vịt

 Xây dựng mặt lưới cho chân vịt bằng các sử dụng lệnh Curve đi qua

các điểm Nhấp chuột vào biểu tượng (insert a datum curve) trên thanh công cụ Datum trong phần Curve option chọn mục thru point  chọn loại đường là Spline (hình 2.14a).  nhấp chọn điểm

PNT0 sẽ nhận được đường Curve 1 như mô tả trên hình 2.14b

Hình 2.14a: chọn đường nối các điểm là đường spline.

Hình 2.14b: đường Curve nối các điểm tại r = 0.2R

Tiếp tục tạo các đường Curve còn lại sẽ nhận được mặt lưới chân vịt

như trên hình 2.15

Hình 2.15: Mô hình lưới bề mặt chân vịt D=810mm

 Phủ mặt lên lưới cánh bằng lệnh Boundary Blend Chọn biểu tượng

trên thanh Basic Future  nhấn giữ phím Ctrl và chọn 12 đường Curve như hình 2.16a  chọn ta được bề mặt như hình2.16b

Hình 2.16a: phủ mặt lên lưới cánh bằng lệnh Boundary Blend.

Hình 2.16b: mặt phủ lưới chân vịt

 Tạo củ chân vịt bằng lệnh Revolve.

- Chọn biểu tượng (Revolve)  (Revolve as surface)  placement  define  chọn mặt phẳng front  vẽ tiết diện như hình

2.17a  chọn  chọn ta được củ chân vịt dạng mặt nh ư hình2.17b

Hình 2.17a: tiết diện trong lệnh Revolve