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

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG 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 hƣớng dẫn : TS.ĐẶNG XUÂN PHƢƠNG Sinh viên thực hiện : NGUYỄN ĐỨC TRÍ Mã số sinh viên : 53131910 [DATE] [COMPANY NAME] [Company address] Khánh Hòa: 2015 TRƢỜNG 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 Phƣơng SVTH: Nguyễn Đức Trí MSSV: 53131910 Khánh Hòa, tháng 06/2015 i 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 trƣờng. 5. Kết luận và đề xuất ý kiến. ii LỜI CẢM ƠN Trƣớc tiên em xin gửi lời cám ơn chân thành sâu sắc tới các thầy cô giáo trong trƣờng 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 Phƣơng và thầy Vũ Ngọc Chiên đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hƣớng 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 đƣợc 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 ngƣời đã đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tâp, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp. iii TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trên cơ sở xác định nhu cầu sử dụng, chế tạo chân vịt cho các tàu cá của nƣớc 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. iv MỤC LỤC Đề mục Trang 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 Chƣơng 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 Chƣơng 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 Chƣơng 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 v 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 vi 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 đƣờng xoắn ốc. ........................................................................ 4 Hình 2.2. Nguyên lý tạo mặt xoắn ốc chân vịt. ........................................................ 5 Hình 2.3. Mặt xoắn ốc chân vịt bƣớc 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 đƣờng xoắn ốc. ................................................................. 8 Hình 2.8. Các hình chiếu của cánh chân vịt. ............................................................ 9 Hình 2.9. Các kích thƣớc 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 bƣớc xoắn bằng đồ đơn giản. .................................................. 15 Hình 2.13. Xác định bƣớc xoắn bằng dây dọi. ......................................................... 15 Hình 2.14. Xác định bƣớc xoắn bằng thƣớc thẳng. .................................................. 15 Hình 3.1. Cách vẽ hình chiếu cánh chân vịt. ............................................................ 17 Hình 3.2. Phƣơng pháp tính tọa độ khi quay 1 điểm. ............................................... 18 Hình 3.3. Minh họa tọa độ đƣờng 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 đƣợc 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 đƣờng 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 bƣớc 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 vii 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 viii 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 1 Chƣơng 1 – TỔNG QUAN VỀ CHÂN VỊT TÀU THỦY Chân vịt tàu thủy: Chân vịt là thiết bị đẩy tàu đi tới bằng cách sử dụng năng lƣợng đƣợc 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 trƣớc 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 hƣởng trực tiếp đến lực đẩy gồm: đƣờng kính chân vịt, độ nghiêng của cánh, tỷ số mặt đĩa (tổng diện tích mặt đạp/diện tích hình tròn có đƣờng kính bằng đƣờng 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 nhƣ chân vịt tàu thủy trên máy CNC đã và đang đƣợc 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 đƣợc chế độ gia công hợp lý, ví dụ nhƣ tốc độ chạy dao, lƣợng ăn dao, hành trình chạy dao, quỹ đạo chạy dao v..v… nhằm đảm bảo thỏa mãn điều kiện đặt ra nhƣ thời gian, giá thành, độ bóng v..v… 1.2. Tình hình nghiên cứu: 1.2.1. Trên thế giới: Ở các nƣớc có nền công nghiệp đóng tàu phát triển, hầu hết chân vịt đƣợc sản xuất hàng loạt theo seri mẫu đã thử nghiệm, do đó thƣờng áp dụng công nghệ chế tạo tự động chân vịt, với quy trình có thể tóm tắt nhƣ 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 đƣợc thực hiện từ lâu nhƣng thƣờng đƣợc bán giá cao, kèm theo máy chuyên dụng do các Công ty sản xuất và thƣờngđịnh hƣớng lựa chọn dạng cánh chân vịt đã đƣợc chế tạo sẵn của Công ty.Trong trƣờng hợp này, chế độ gia công hợp lý thƣờng đã đƣợc cài đặt sẵn trong máy nên thƣờng không thể áp dụng đƣợc khi gia công những chân vịt có hình dạng khác. - Có nhiều công ty sản xuất chân vịt nổi tiếng thế giới nhƣ: Nakashima Kaisha (Nippon), TeignBridge Company (United Kingdom), AustralPropeller Company (Australia)… Một số trong đó cũng đặt nhà máy sản xuất ở Việt Nam. 1.1. 2 Hình 1.1. Một số logo của các nhà máy sản xuất chân vịt. 1.2.2. Trong nƣớc: Đối với nƣớc ta hiện nay, công tác thiết kế và chế tạo chân vịt thực lực còn nhiều hạn chế. Việc thiết kế chế tạo và lắp đặt chân vịt tại các địa phƣơng hầu nhƣ theo kinh nghiệm, theo các tàu mẫu hoặc lắp máy có kèm theo chân vịt. Thị trƣờng, công nghệ chế tạo phần lớn thuộc về các công ty nƣớc ngoài đặt nhà máy tại nƣớc ta nhƣ Nakashima, Huyndai.. Hiện nay ở nƣớc ta, chân vịt đƣợc đúc trong khuôn cát trên cơ sở tạo phôi có lƣợng dƣ gia công lớn, sau đó gia công thô và đánh bóng theo phƣơng pháp thủ công bằng tay hoặc bằng các máy m ài chuyên dụng.Tuy nhiên, trong nhiều trƣờng 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 trƣờng hợp này, thông thƣờng ngƣời ta dùng các biện pháp thủ công nhƣ mài, uốn, nén,... để chỉnh sửa lại cánh chân vịt cho phù hợp với tàu. Với phƣơng pháp sửa chữa nhƣ thế sẽ không đảm bảo đƣợc độ chính xác cũng nhƣ 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 nƣớc ta trên đƣờng phát triển, góp phần giúp nƣớc ta làm chủ công nghệ. 3 4 Chƣơng 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 đƣờng xoắn ốc và mặt xoắn ốc. 2.1.1. Đƣờng và mặt xoắn ốc Đƣờng 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 nhƣ hình 2.1 [1, tr255]. Hình 2.1. Khai triển đƣờng xoắn ốc. Khoảng cách tịnh tiến dọc theo trục hình trụ gọi là bƣớc chân vịt, ký hiệu H. Góc của bƣớc xoắn  đƣợc xác định theo công thức: H tan   (2.1) 2 r Mặt xoắn ốc: Mặt xoắn ốc là bề mặt đƣợc 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 đƣợc gọi là đƣờng sinh của mặt xoắn ốc nhƣ hình 2.2 trang bên [2, tr125]. 5 Hình 2.2. Nguyên lý tạo mặt xoắn ốc chân vịt. Hình 2.3. Mặt xoắn ốc chân vịt bƣớc cố định. Nhƣ vậy, có thể xem mặt xoắn ốc là tập hợp các đƣờng xoắn ốc bƣớc xoắn H. Do đó, tƣơng ứng đƣờng xoắn ốc tạo thành mặt xoắn ốc có bƣớc cố định hay thay đổi, mặt xoắn ốc tạo thành theo nguyên lý này cũng có thể có bƣớc cố định hoặc thay đổi. Hình 2.3 [2, tr125] minh họa mặt xoắn ốc khi chân vịt hoạt động đối với chân vịt bƣớc cố định, tƣơng ứng với đƣờng xoắn ốc có bƣớc cố định. Mặt cánh chân vịt tàu hình thành từ giao tuyến giữa hai mặt xoắn ốc giao nhau, với mặt cánh quay về hƣớng chuyển động của tàu gọi là mặt hút và mặt kia là mặt đẩy. Mép cánh hƣớng về chiều quay chân vịt gọi là cạnh dẫn và mép kia gọi là cạnh theo. 6 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, thƣờng gọi là profin cánh chân vịt hình 2.4 [2, tr126] Profin cánh chân vịt hiện nay thƣờng có dạng lƣu tuyến với chiều dày lớn nhất là emax và các chiều dày khác của profin sẽ đƣợc lấy theo tỷ lệ % emax tùy thuộc bán kính r. Tỷ lệ này đƣợc 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 đƣợc dùng khá phổ biến hiện nay. Hình 2.4. Nguyên lý tạo cánh chân vịt. Các dạng prôfin cánh chân vịt thƣờng 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. 7 Nói cách khác, giao tuyến của hai mặt xoắn ốc cắt nhau là hình dáng cánh chân vịt. Mặt cánh quay về hƣớng chuyển động của tàu gọi là mặt hút, mặt kia gọi là mặt đẩy. Còn mép cánh hƣớng về chiều quay chân vịt gọi là cạnh dẫn, mép kia gọi là cạnh theo. Căn cứ vào hình dạng của đƣờng 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 phƣơng pháp vẽ chân vịt trình bày ở phần sau, trƣớc tiên cần khảo sát phƣơng pháp khai triển một mặt xoắn ốc. Nhƣ 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 phƣơng 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 đƣờng 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 đƣợc đoạn K’CM’, sau đó chiếu lên hình chiếu phía trên sẽ nhận đƣợc elíp với chiều dài thật K1’C1M1’. Tƣơng tự khi chiếu hai điểm A’, B’ trên mặt cắt KCM bằng cách làm nhƣ trên ta sẽ nhận đƣợc 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 đƣợc hai điểm A1, B1 tƣơng ứng nằm ngay trên đƣờng tròn bán kính r. Nếu dóng ngang song song với K’M’ cũng sẽ nhận đƣợc điểm A1’ và B1’. 8 Hình 2.7. Khai triển elip đường xoắn ốc. Cung A1’C1B1’ xác định đƣợc ở đây thực tế chƣa phải là đƣờng khai triển của đƣờng xoắn ốc ABC mà chỉ là đoạn A’CB’ nằm trên elíp (thực tế nếu cánh chân vịt không rộng thì cũng nhƣ đƣờng khai triển của đƣờng 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 đƣờng 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 đƣờng xoắn ốc ABC duỗi thẳng Nếu nối tất cả điểm mút A1”, B1” ở các bán kính r khác nhau sẽ đƣợc 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 thƣờng và hình chiếu cánh khai triển là đủ. 9 1 Hình chiếu tiêu chuẩn 2 Hình chiếu cánh khai triền 3 Hình chiếu cánh duỗi thẳng Hình 2.8. Các hình chiếu của cánh chân vịt. - Tỷ lệ bƣớc xoắn H/D: Tỷ lệ bƣớc xoắn chân vịt là tỷ số giữa bƣớc xoắn H và đƣờng kính chân vịt D, thƣờng 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, nhƣng thƣờng không dƣới 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] (2.2) Các kích thƣớc và đặc điểm hình học chính của chân vịt trình bày trên hình 10 Hình 2.9. Các kích thước hình học của chân vịt. Một số kí hiệu: 11 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 đƣờng bao cánh chân vịt đƣợc trình bày ở bảng 2.1 – 2.4 [2, tr145 – 147]. 12 Bảng 2.1. Đặc điểm các mô hình chân vịt seri B của Wagenigen. BẢNG 47. ĐẶC ĐIỂM CÁC MÔ HÌNH CHÂN VỊT SERI B CỦA WAGENINGEN (145) HỆ SỐ HỆ SỐ ĐƯỜNG CHIỀU DÀY KÍNH CÁNH e/D MAY Ơ dp/D TỶ LỆ MẶT ĐĨA So/S SỐ CÁNH Z 2.00 3.00 4.00 5.00 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 0.55 0.60 0.65 0.70 0.06 0.05 0.05 0.04 GIẢM GÓC TỶ LỆ BƯỚC XOẮN NGHIÊNG BƯỚC XOẮN THEO CHIỀU CỦA CÁNH H/D ĐẾN MAY Ơ 0.18 0.18 0.17 0.17 0.00 0.00 20.00 0.00 15.00 15.00 15.00 15.00 0.5 - 1.4 0.5 - 1.4 0.5 - 1.4 0.5 - 1.4 Bảng 2.2. Tọa độ cánh chân vịt seri B Wageningen loại 2, 3 cánh. TỌA ĐỘ CÁNH CHÂN VỊT SERI B WAGENINGEN LOẠI 2, 3 CÁNH Chiều rộng Từ trục tâm đến cạnh theo cánh tính Từ trục tâm đến cạnh dẫn theo % chiều rộng lớn nhất Tổng chiều rộng cánh tại 0,6 R Khoảng cách từ cánh dẫn đến điểm có chiều dày lớn nhất theo % chiều rộng cánh 0.20 28.68 0.30 32.67 0.40 38.62 0.50 40.53 0.60 44.18 0.70 46.97 0.80 48.22 0.90 45.46 1.00 14.87 46.05 51.24 54.91 56.52 55.82 52.22 44.63 30.31 - 74.73 83.91 91.53 97.05 100.00 99.19 92.85 75.77 - 35.00 35.00 35.00 35.50 38.90 44.20 47.80 50.00 - Bảng 2.3. Tọa độ cánh chân vịt seri B Wageningen loại 4, 5 cánh. TỌA ĐỘ CÁNH CHÂN VỊT SERI B WAGENINGEN LOẠI 4, 5 CÁNH 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00 Chiều Từ trục tâm đến cạnh theo 29.18 rộng Từ trục tâm đến cạnh dẫn cánh tính 46.90 theo % Tổng chiều rộng cánh chiều 76.08 rộng lớn cách từ cánh dẫn đến Khoảng 33.32 37.30 40.78 43.92 46.68 48.35 47.00 20.14 52.64 56.32 57.60 56.08 51.40 41.65 25.35 - 85.96 93.62 98.38 100.00 98.08 90.00 72.35 - điểm có chiều 35.00 35.00 35.00 38.90 44.30 47.90 50.00 - 35.00 Bảng 2.4. Tọa độ profin cánh chân vịt seri B Wageningen Bảng 50. TỌA ĐỘ PROFIN CÁNH CHÂN VỊT SERI B-WAGENINGEN TÍNH BẰNG % CHIỀU DÀY LỚN NHẤT CỦA PROFIN Đường kính lượn mép cánh tính Từ cạnh dẫn đến điểm có chiều dày lớn nhất [%] % chiều dày lớn nhất Mép cạnh Mép cạnh 100 80 60 40 20 20 40 60 80 90 95 100 theo dẫn 53.35 72.65 86.9 96.45 98.6 94.5 87 74.4 64.35 56.95 0.2 6.4 0.2 0.3 50.95 71.6 86.8 96.8 98.4 94 85.8 72.5 62.65 54.9 0.3 6.5 0.4 47.7 70.25 86.55 97 98.2 93.25 84.3 70.4 60.15 52.2 0.4 6.6 0.5 43.4 68.4 86.1 96.95 98.1 92.4 82.3 67.7 56.8 48.6 0.5 6.7 0.6 40.2 67.15 85.4 96.8 98.1 91.25 79.35 63.6 52.2 43.35 0.6 6.8 0.7 39.4 66.9 84.9 96.65 97.6 88.8 74.9 57 44.2 35 0.7 6.9 0.8 40.95 67.8 85.3 96.7 97 85.3 68.7 48.25 34.55 25.45 0.8 7 0.9 45.15 70 87 97 97 87 70 45.15 30.1 22 0.9 11.1 11.1 0.95 15.7 15.7 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 25.35 12.2 5.8 1.7 0.05 1.3 4.6 10.85 16.55 22.2 37.55 17.85 6.2 1.5 0.3 2.65 7.8 12.5 17.9 34.5 9.7 1.75 0.7 4.3 8.45 13.3 30.4 5.1 0.8 4.45 8.4 24.5 0.4 2.45 16.05 7.4 Tung độ mặt đẩy Tung độ mặt hút Từ cạnh theo đến điểm có chiều dày lớn nhất [%] 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 13 - Số cánh chân vịt z: Số cánh chân vịt ít ảnh hƣởngđến hiệu suất nhƣng lại có ảnh hƣởng 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 thƣờng dễ chế tạo, nhƣng khi làm việc sẽ gây rung động nhiều, ngƣợc lại chân vịt nhiều cánh khi làm việc sẽ ít gây rung động nhƣng khó chế tạo hơn. Đối với các tàu đánh cá thƣờng sử dụng chân vịt có từ 3 đến 4 cánh. Hình 2.11. Một số chân vịt với số cánh 3, 4 ,5. 14 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 nhƣ không sử dụng. Vật liệu chân vịt phải thỏa mãn đƣợc 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 đƣờng kính chân vịt. Với tàu thông thƣờng, có hoạt động ở vùng băng thƣa và nếu đƣợc 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 nhƣ sau: - Đồng mangan –sắt Loại này có tính khử kém, nhƣng có thể rạn nứt dƣới tác dụng của ngoại lực. Dƣới 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 đƣợc bảo vệ trƣớc dòng điện phân chạy ở vòm đuôi tàu. Khi tháo lắp không đƣợc đốt nóng, càng không đƣợc 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 nhƣ vật liệu chân vịt. - Đồng –nhôm –mangan: Loại vật liệu này có sức bền cao hơn vật liệu trên và không bị gỉ nhƣng cũng bị xâm thực ở vùng cánh nên nếu không có biện pháp bảo vệ sẽcó hiện tƣợng khử kẽm. Vật liệu này thƣờng dùng cho chân vịt cấp cao nhƣ tàu lƣớt, 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 đƣờng 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 thƣờng đƣợc 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 ngƣời Nga cần lƣu ý là những chỉ số kèm theo ký hiệu là tỷ lệ phần trăm các thành phần kim loại đƣợc pha chế trong hợp kim đồng. Trong hầu hết các trƣờng hợp, để bảo vệ chân vịt tránh hiệntƣợng xâm thực mặt cánh do tính chất dòng điện phân xuất hiện tại vùng chân vịt hoạt động, ngƣời ta thƣờng 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 nhƣng lại có tính chống rỉ kém nên thƣờng dùng để chế tạo chân vịt cho các loại tàu thông thƣờng và các tàu chạy sông, trƣờng hợp đặc biệt mới dành cho tàu biển. - Thép không gỉ: Có sức bền cao, chống ăn mòn tốt nhƣng sức bền mỏi do ăn mòn lại không cao do đó thƣờng đƣợc dùng để chế tạo loại chân vịt cao cấp và thông thƣờng 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 đƣờng kính chân vịt. 15 2.2. Lý thuyết kiểm tra chân vịt. 2.2.1. Xác định bƣớc xoắn bằng dụng cụ: - Gồm thanh lắp lỏng thẳng góc với tay quay 2 có thể trƣợt theo phƣơng thẳng góc với tay quay 2. Tay quay 2 có tâm trùng với tâm chân vịt. Khi quay 1 góc α thanh 1 đƣa điểm A đến điểm B. Đoạn DB là đoạn tịnh tiến: DB=DB’ – AA’ . Khi quay đủ 360o thì bƣớc của chân vịt là H. Vì vậy: Hình 2.12. Xác định bước xoắn bằng đồ đơn giản. 360o  . Nên khi đo đƣợc α và DB ta xác định đƣợc H của chân vịt.  H DB 2.2.2. Xác định bƣớc xoắn bằng dây dọi: Đặt chân vịt nằm ngang. Tại điểm A rộng nhất của cánh, treo quả dọi. Đo khoảng cách R rừ tâm chân vịt, AB và đọa BC. Quay 1 vòng thì quãng đƣờng đi là 2πr và chân vịt thực hiện bƣớc xoắn H. Khi A chỉ di chuyển đến B, thì đoạn tịnh tiến là BC. Do đó ta có: AB 2 R  BC H Nên đo đƣợc R, BC và AB ta tính đƣợc H. 2.2.3. Xác định bƣớc xoắn bằng thƣớc thẳng Đặt chân vịt ở tƣ thế đứng. Bằng thƣớc thẳng xác định điểm A và C là các điểm nằm ở vị trí rộng nhất của cánh và cách tâm một bán kính R. Do khoảng cách AC và BC. BC là một phần của bƣớc xoắn khi điểm A di chuyển đến mặt phẳng đứng của điểm B. Bƣớc xoắn của chân vịt sẽ là: H  Hình 2.13. Xác định bước xoắn bằng dây dọi. Hình 2.14. Xác định bước xoắn bằng thước thẳng. 2 R AB 16 Chƣơng 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHÂN VỊT TÀU THỦY TRÊN PHẦN MỀM CAD/CAM. 3.1. Xác định các tọa độ các điểm của cánh chân vịt trong phần mềm Excel và mô hình hóa. 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 nhƣ sau: - Tọa độ các profin của cánh ở các bán kính từ 0,2R đến R. - Các thông số đƣờng kính chân vịt D, tỷ lệ bƣớc xoắn H/D, tỷ lệ mặt đĩa S0 , số S cánh… - Ngoài ra cần phải tính toán các thông số: bm [2, tr174] D S0 bm S  dp D   0,530  0, 484 D  + Chiều rộng cánh lớn nhất  z  (3.1) Trong đó dp là đƣờng kính trung bình may ơ chân vịt - Chiều rộng lớn nhất của cánh: [2, tr174] bm  bm D 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]: Ew=0,0035D - Tính chiều dày lớn nhất của cánh ở bán kính r = 0,2R [2, tr175] e m.T .D.k (m) 106.z.b. c Trong đó M – hệ số tùy theo loại tàu (bảng 52) T – Lực đẩy chân vịt KG D – đƣờng kính chân vịt Kr-kc – Hệ số phụ thuộc bán kính r Z số cánh B – chiều rộng cánh tại bán kính r (3.2) (3.3) (3.4) 17 3.1.2. Xác định tọa độ biên dạng cánh chân vịt. Sau khi tính toán đƣợc tọa độ của cánh duỗi thẳng ở tất cả các bán kính Điểm A’’ và B’’ là 2 điểm nằm trên đƣờng viền thật của cánh thẳng ta đã biết tại bán kính r = OC, và chiều rộng b của cánh tại bán kính này. A”B” cũng là đoạn bằng đúng chiều rộng thật b của cánh duỗi thẳng. Để tìm chiều dài A”B” ở ta phải biết góc của bƣớc xoắn φ tại bán kính này. Lấy đoạn OP  H và nối 2 P với C. Góc OCP chính là góc φ – góc của bƣớc xoắn tại bán kính r đang xét. Hình 3.1. Cách vẽ hình chiếu cánh chân vịt. Lấy C làm tâm quay bán kính: CA”=CA’ và CB’’=CB’. A’ và B’ là 2 điểm cắt đƣờng CP. Từ A’ và B’ dóng song song với A”B” ta đƣợc 2 điểm K’ và M’ nằm trên trục tâm của cánh. Đoạn CK’ chính là hình chiều của đoạn đƣờng xoắn CA” và CM’ - hình chiếu của đƣờng xoắn CB”. Từ tâm O quay bán kính r=OC, trên cung tròn này đo đoạn cung CK = CK’ và CM = CM’, đƣợc cung KCM chính là hình chiếu của đƣờng 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 đƣợc tọa độ đƣờng viền hình dáng của cánh trong hình chiếu tiêu chuẩn. Các công thức sử dụng: - Phƣơng trình đƣờng thẳng và đƣờng tròn. y  ax  b ( x  a ) 2  ( y  b) 2  r 2 - Tìm nghiệm giao nhau của đƣờng thẳng và đƣờng tròn (3.5) 18 - Quay 1 điểm xung quanh gốc tọa độ [8] Công thức ma trận quay 1 góc ngƣợc chiều kim đồng hồ: cos   sin   R     sin  cos   Khi trong hệ trục tọa độ Oxyz. 0 0  1  Rx    0 cos  sin   0  sin  cos   cos  0  sin   Rx      0 1 0   sin  0 cos    cos  sin  0  Rx       sin  cos  0   0 0 1  (3.6) (3.7) - Hình 3.2. Phương pháp tính tọa độ khi quay 1 điểm. Gọi điểm M (x, y) Đặt: OM = r và góc lƣợng giác (Ox, OM )   x  r cos  Ta có: y  r sin  ( O ) M   M '( x '; y')  Q  OM '  r  Ox, OM'     x '  r  r cos  cos   sin  sin    x cos   y sin  y '  r  sin  cos   cos  sin    x sin   y cos  ( O ) M   M '( x '; y')  Q Vậy (3.8) x '  x cos   y sin  y '  x sin   y cos  (3.9) 19 Hình 3.3. Minh họa tọa độ đường bao cánh chân vịt tính bằng Excel 20 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 nhƣ: Bƣớc xoắn của chân vịt. Các thông số của mặt phẳng xoắn ốc. Góc nghiêng của cánh chân vịt. Góc  của bƣớc xoắn chân vịt. Các thông số trong bảng tọa độ profin cánh chân vịt. Các thông số đã tính toán ở bƣớc tính tọa độ đƣờng bao cánh. + Tọa độ đƣờng dày nhất. + Tọa độ các điểm chia theo phần trăm tính từ cạnh dẫn và cạnh theo đến đƣờng dày nhất. Sau khi tính toán qua từng bƣớc thì thu đƣợc kết quả là tọa độ từng điểm tạo thành đƣờng cong profin của mặt cắt chân vịt tại từng bán kính R. Khi đã có đƣợc tọa độ của các điểm thì dùng công cụ tạo biểu đồ của Excel qua các điểm để xem trƣớc dạng profin. - 21 Mặt xoắn ốc (Helicoid) - Mặt phẳng có thể tạo bằng cách vừa tịnh tiến 1 đƣờng thẳng theo 1 trục vừa quay đƣờng thẳng quanh trục đó. - Phƣơng trình của mặt xoắn ốc trong hệ tọa độ trụ (Cylindrical Coordinates) theo là: z  c (3.10) - Trong hệ tọa độ Đề các (Cartensian Coordinates) [9] là: y z  tan   x c (3.11) Hình 3.5. Mặt Helicoid Có thể viết dạng tham số trong hệ tọa đồ Đề Các (Cartensian Coordinates) [9]: x  u cos v y  u sin v z  cv (3.12) 22 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. 23 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 model. Bảng 3.1. Một số thông số đầu vào cần nhập Các thông số Nhập thay đổi Excel Đường kính (mm) D 150 Tỷ số bước xoắn H/D 1 Số cánh chân vịt z 3 Tỷ số mặt đĩa So/S 0.35 Bước mm H 150 Ví dụ với thông số sau: Đƣờng kính D: 1500 mm Tỷ số bƣớc xoắn: 1 Số cánh z: 4 Tỷ số mặt đĩa: 0,55 Nhập vào bảng trong excel nhƣ hình bên dƣới. Bảng 3.2. Các thông số nhập vào trang tính Excel. Các thông số Nhập thay đổi Excel Đường kính (mm) D 1500 Tỷ số bước xoắn H/D 1 Số cánh chân vịt z 4 Tỷ số mặt đĩa So/S 0.55 Bước mm H 1500 24 Sau đó ta thấy các hình biên dạng cánh và mặt cắt, bảng xuất các tọa độ thay đổi Datum Points của phần mềm Cad và tiến hành mô hình hóa chân vịt trong phần mềm Cad. Hình 3.7. Biên dạng cánh và tọa độ các điểm cánh chân vịt. Kèm theo việc nhập vào bảng tọa độ cho Datum Points, ta đồng thời thay đổi một số thông số trong mục Local Parameter trong Pro Engineer. Những thông số này đƣợc hiển thị trong bảng kết quả của trang tính Excel. Bảng 3.3. Thông số để chỉnh sửa trong Pro Engineer. Nhập vào Local Parameter trong Pro E Đƣờng kính D (mm) 150 Bƣớc xoắn H (mm) 150 25 3.1.5. Mô hình hóa trong phần mềm Pro Engineer. a. Mô hình hóa tạo file ban đầu: 1. Nhập tọa độ vào file dạng đuôi .pts bằng Notepad. (chọn dạng lƣu Save as với tên toado.pts) Hình 3.8. Tạo file toado.pst 2. Trong môi trƣờng Part – Solid của Proe, chọn Offset Coordinate system (Offset Coordinate system Datum Point Tool). 26 Hình 3.9. Tạo điểm chuẩn bằng Offset Coordinate system 3. Bảng Offset Csys Datum Point hiện ra. Thực hiện theo yêu cầu của bảng: Chọn gốc tọa độ của kiểu Cartesian và Import file toado.pts đã tạo ở bƣớc 1. Hình 3.10. Nhập tọa độ vào bảng Offset Csys Datum Point 4. Khi đã có hệ thống các điểm chuẩn, tiếp tục tạo các đƣờng Curve đi qua các điểm của các mặt cắt tại từng bán kính r. 27 Hình 3.11. Tạo các đường cong đi qua các điểm chuẩn. Tạo mặt bằng lệnh Boundary Blend . Hình 3.12. Lệnh Boundary Blend 5. Vì bề mặt cánh lúc này còn cách củ chân vịt một khoảng, cần phải nối bề mặt cánh với củ chân vịt. Dùng lệnh Extend để kéo dài mặt bao cánh vừa tạo vào sâu trong củ chân vịt. Chọn đƣờng viền mép cánh (giữ nút Shift để chọn hết). 28 Sau đó chọn mặt phẳng để kéo mặt tới. Hình 3.13. Lệnh Extend kéo dài mặt cong. 6. Khi đã tiến hành tạo mặt thành công, mô hình cánh chân vịt lúc này đang ở dạng mặt. Cần tiến hành hóa rắn mô hình.Tiến hành Solidfy . Hình 3.14. Soildfy cánh chân vịt 7. Sau khi đã hoàn thành xong một cánh chân vịt. Ta dùng lệnh Round bo đoạn nối giữa cánh và củ. Dựa vào số cánh từ yêu cầu tiếp tục tiến hành Pattern để tạo số cánh thích hợp. 29 Hình 3.15. Chân vịt sau khi mô hình hóa. b. Việc tính toán tọa độ các điểm tạo thành cánh chân vịt từ Excel đem lại lợi thế dễ dàng thay đổi, theo dõi, điều chỉnh và thí nghiệm các thông số. Khi cần một mô hình với kích thƣớc khác, chỉ cần nhập các thông số đầu vào sau đó thay đổi hệ thống điểm chuẩn trong file Pro E dạng đuôi .prt thì sẽ tạo đƣợc mô hình mới nhƣ mong muốn. Khi đã mô hình hóa ta có thể tiếp tục dùng phần mềm phân tích để mô phỏng hoạt động và đánh giá độ bền của chân vịt ví dụ nhƣ Abaqus… Hình 3.15b. Phân tích chân vịt bằng phần mềm Abaqus Sau khi thay đổi các thông số tọa độ cần thiết từ trang tính Excel để tạo chân vịt khác. Ta tiến hành nhƣ sau: 30 1. Sau khi đã thay đổi các thông số đầu vào. Bảng “Các thông số để update datum points” đã có các thông số mới. Chọn và copy vùng thông số tọa độ trong trang tính excel. Hình 3.16. a. Các bước thay đổi thông số chân vịt. 2. Khởi động file mô hình 3D chân vịt đã vẽ lần trƣớc. Chọn Edit the denifition ở object Datum Points trong Pro Engineer. Hình 3.16. b. Các bước thay đổi thông số chân vịt. 3. Bảng Datum Point hiện ra, trên bảng có thể thấy hệ thống tọa độ các điểm của lần vẽ cũ, chọn Update Values… ở tab Placement để thay đổi số liệu cho mô hình mới. 31 Hình 3.16. c. Các bước thay đổi thông số chân vịt. 4. File dạng pts hiện ra, giữ chuột chọn phần thông số tọa độ và thay thế bằng tọa độ đã copy trong Excel (ấn Ctrl V), sau đó Save bằng Ctrl S và tắt file pts. Lƣu ý cần để vị trí số dòng của tọa độ. Ở dƣới hình là cách hàng X Y Z một hàng. Nếu sai vị trí hàng thì khi cập nhật sẽ bị sai điểm đầu và cuối của mỗi đƣờng Curve dẫn đến tạo đƣờng Curve bị sai và không tạo đƣợc mặt. Hình 3.16. d. Các bước thay đổi thông số chân vịt. 32 5. Click OK trên bảng Offset Csys Datum Point. Ta thấy hệ thống điểm chuẩn đã đƣợc thay đổi, tuy nhiên mô hình chân vịt bị một số lỗi do củ chân vịt chƣa đƣợc thay đổi kích thƣớc tƣơng ứng, tiếp tục làm bƣớc 6. 6. Tiếp tục thay đổi củ chân vịt bằng cách thay đổi thông số trong mục Relations. Chọn Tools – Relations, bảng Relations hiện ra, ở mục Local Parameter thay đổi thông số D và H nhƣ trong Excel (ở đây nhập 360). Các thông số D và H này là thông số mà ta đã nhập vào đầu vào trang tính Excel để tính tọa độ các điểm. Sau đó chọn OK. Hình 3.16. e. Các bước thay đổi thông số chân vịt. 33 7. Chọn Edit – Regenerate hoặc ấn Ctrl G. Đƣợc chân vịt hoàn chỉnh. Hình 3.16. f. Các bước thay đổi thông số chân vịt. 3.2. Lập trình gia công trong phần mềm Cad/Cam Pro Engineer 5.0 3.2.1. Gia công mặt hút.  Bƣớc 1: Mở chƣơng trình Pro E và vào môi trƣờng Manufacturing.  Bƣớc 2: Đặt chi tiết vào chƣơng trình gia công và thiết lập phôi. + Nhập chi tiết vào môi trƣờng gia công: chọn biểu tƣợng file mô hình 3D chân vịt đã đƣợc vẽ. + Click vào + Click vào thích hợp. sau đó chọn và chọn Default. để thiết lập phôi nhanh. Thay đổi các kích thƣớc của phôi 34 Hình 3.17.a. Các bước lập trình gia công mô hình chân vịt.  Bƣớc 3: Thiết lập gốc tọa độ mới. Giữ phím Ctrl và chọn 2 mặt Datum Plane, sau đó chọn mặt trên của phôi để xác lập trục Z. Vì sẽ gia công mặt hút trƣớc nên tạo hệ tọa độ mới chọn trục Z hƣớng sao cho giống nhƣ trong hình. Hình 3.17.b. Các bước lập trình gia công mô hình chân vịt. 35  Bƣớc 4: Chọn Step – Operation, sau đó thiết lập các thông số trong bảng Operation Setup. + Mục Machine Zero, click vào mũi tên đen và chọn hệ tọa độ vừa tạo ở bƣớc 3. + Mục Retract – Surface, click vào mũi tên đen và chọn mặt trên của phôi, sau đó offset đi một đoạn khoảng 20 mm. Đây là mặt phẳng lùi dao an toàn khi gia công. + Mục NC Machine, click vào chọn 3 Axis. + Fixture Setup, Click biểu tƣợng + Click Ok. , ở Machine Type chọn Mill, Number of Axes và chọn dấu tích màu xanh. Hình 3.17.c. Các bước lập trình gia công mô hình chân vịt – Thiết lập máy.  Bƣớc 5: Vì nếu chọn kiểu phay Surface milling từ trên xuống thì sẽ mất nhiều thời gian và hao mòn dụng cụ nhanh, nên để tiết kiệm thời gian, phay thô bóc tách vật liệu thừa với chế độ cắt nhanh hơn và sử dụng dao phay ngón với kích thƣớc to hơn để gia công. Đầu tiên tạo 1 Mill Window bằng lệnh Revolve. Trong môi trƣờng Sketch, vẽ mặt hình đa giác sao cho quét từ bề mặt trên của phôi gần đến bề mặt của chi tiết. 36 Hình 3.17.d. Các bước lập trình gia công mô hình chân vịt – Tạo Mill Window.  Bƣớc 6: Gia công thô Volume Milling. Gia công Volume Milling bóc lớp vật liệu đã đƣợc tạo bằng Mill Window. Thiết lập thông số dao phay ngón với kích thƣớc nhƣ hình dƣới. Thiết lập thông số trong Parameter. 37 Hình 3.17.e. Các bước lập trình gia công mô hình chân vịt - Thiết lập dao phay. Hình 3.17.f. Các bước lập trình gia công mô hình chân vịt – parameter.  Bƣớc 7: Gia công Surface Milling: 38 Hình 3.17.g. Các bước lập trình gia công mô hình chân vịt – Surface Milling Ở chế độ Surface Milling, “độ bóng bề mặt có thể đƣợc điều khiển qua các thông số Step Over và Scallop Height”[4, tr58] Hình 3.17e. Thông số Scallop Height - Roughness Để dao chạy êm dịu hơn trong quá trình gia công, có thể điều chỉnh các thông số sau: - Thay đổi Lace Option thành Loop connect. Để tạo sự ăn dao và thoát dao êm dịu hơn. Thiết lập các thông số nhƣ bảng sau: Bảng 3.4. Các thông số Entry/Exit Motion trong Parameter. [4, tr58, bảng 7.2] LEAD_RADIUS INITIAL_ENTRY_EXT FINAL_EXIT_EXT 20 LEAD_IN LEAD_OUT ENTRY_ANGLE 10 EXIT_ANGLE 10 39 3.2.2. Gia công mặt đạp. - Bƣớc 1: Mở chƣơng trình Pro E và vào môi trƣờng Manufacturing. - Bƣớc 2: Đặt chi tiết vào chƣơng trình gia công và thiết lập phôi. Hình 3.18.a. Các bước lập trình gia công mặt đạp. - Bƣớc 3: Thiết lập gốc tọa độ mới. Hình 3.18.b. Lập trình gia công mặt đạp – Thiết lập gốc tọa độ. - Bƣớc 4: Chọn Step – Operation, sau đó thiết lập các thông số trong bảng Operation Setup. 40 Hình 3.18.c. Lập trình gia công mặt đạp – Thiết lập máy. - Bƣớc 5: Tạo Mill Window. Chọn kiểu Silhouette window type Thẻ Placement, Mục window plane chọn mặt trên của phôi. Mục Options chọn On window contour. Tích mục offset window uniformly và nhập 5 mm. Hình 3.18.d. Lập trình gia công mặt đạp – Thiết lập Mill Window. - Bƣớc 6: Chọn kiểu phay Volume (phay thô bóc tách nhanh lớp vật liệu thừa), Điều chỉnh các thông số Tools và Parameter. Mục Tools chọn dao phay Endmill đƣờng kính 18 mm. 41 Hình 3.18.d. Lập trình gia công mặt đạp – Thiết lập dao Chọn Play Path và xem đƣờng chạy dao. Hình 3.18.d. Lập trình gia công mặt đạp – Play Path. 42 - Bƣớc 7: Chọn kiểu phay Surface milling 2 lần để gia công bán tinh và gia công tinh bề mặt cánh chân vịt. Hình 3.18.d. Lập trình gia công mặt đạp – Surface Milling 43 3.3. Xác định chế độ cắt. 3.3.1.Sử dụng phẩn mềm Seco Cutting Data Hình 3.19.a. Sử dụng phần mềm Seco Cutting Data.  Gia công chân vịt đƣờng kính d = 150 (mm) - Nhập các thông số: Cut Speed: 117 (m/min) Feed Speed: 782 (mm/min) RPM: 1,861 Feed/tooth: 0,14 (mm/tooth) Depth of cut: 2 (mm) Width of cut: 6 (mm) - Dụng cụ: Dao phay ngón đƣờng kính 20. Vật liệu: High carbon steels.  Gia công chân vịt đƣờng kính d = 1200 (mm) 44 Hình 3.19. Sử dụng phần mềm Seco Cutting Data. - Nhập các thông số: Cut Speed: 113 (m/min) Feed Speed: 591 (mm/min) RPM: 1436 Feed/tooth: 0,21 (mm/tooth) Depth of cut: 5 (mm) Width of cut: 6.25 (mm) - Dụng cụ: Dao phay ngón đƣờng kính 25. Vật liệu: High carbon steels. 3.3.2. Tính toán chế độ cắt: a. Tính theo tuổi bền, vật liệu, thông số hình học của dụng cụ và vật liệu gia công. Công thức thực nghiệm xác định vận tốc cắt: V Cv .d q kv (mm / ph) [3, tr27] T m .t x .S z .Bu Z p Trong đó: V – vận tốc cắt của dao phay. Cv, m, x, y, u, q và p là các số mũ cho trong bảng 5.39 [3, tr33] Cv q x y u p m 103 0,45 0,3 0,2 0,1 0,1 0,33 (3.13) 45 T – chu kỳ bền của dao, tra ở bảng 5.40 Hệ số điều chỉnh chung vận tốc cắt phụ thuộc vào các điều kiện cắt cụ thể: kv  kMV .k NV .kuv  1.0,9.2,5  2, 25 (3.14) Trong đó: kmv – hệ số phụ thuộc chất lƣợng vật liệu gia công, xem bảng 5.1 đến 5.4 KNV – hệ số phụ thuộc vào trạng thái bề mặt của phôi, xem bảng 5.5 Kuv – hệ số phụ thuộc vật liệu của dụng cụ cắt, cho ở bảng 5.6 B, t chiều rộng phay và chiều sâu cắt (mm) Z – số lƣỡi cắt. Sz – lƣợng chạy dao răng (mm/răng) V Cv .d q kv  75  m/ ph  T m .t x .S z .Bu Z p (3.15) Vận tốc cắt của dao theo vòng quay trục chính: n. .d Vdh  1000  m / ph  (3.16) Trong đó: Vdh - vận tốc cắt tính theo sơ đồ động học. n-số vòng quay trục chính (vòng/phút) d-đƣờng kính dao phay (mm) Để đảm bảo quá trình cắt đƣợc diễn ra tốt:  n. .d Vdh  Vdao  Vdh   C .d q  V   m x v y u p .kv  1000  T .t .S z .B .Z  (3.17) Vậy số vòng quay n là:   Cv .d q .1000 n m x y u p .kv   T .t .S z .B .Z .d .    103.200,45.1000   0,33 0,3 .18  1128  vg / ph  0,2 0,1 0,1  80 .1 .0,167 .14 .6 .20.  (3.18) Thông số Cut feed tốc độ ăn dao (mm/ph): F  Z.SZ .n  6.0,167.1128  1130  mm / ph  b. Tra bảng chế độ cắt: Sử dụng dao phay ngón thép gió Bảng 5.149 [3, tr134] D B, mm t, mm (3.19) Sz Vm/ph 0,13 72 Z 20/6 14 3,5 Kv tra ở bảng 5-226 [3, tr201]. Hệ số điều chỉnh kv 1,0 46 3.4. Yêu cầu kỹ thuật khi gia công chân vịt. 3.4.1. Yêu cầu dung sai khi gia công chân vịt Chi tiết chân vịt có yêu cầu độ chính xác đƣợc cho ở bảng 3.2 [2, tr234] Bảng 3.5. Dung sai gia công chân vịt. Đối tƣợng kiểm tra Dung sai gia công so với kích thƣớc danh nghĩa Chân vịt cấp cao Chân vịt thông thƣờng bằng thép không gỉ, thép Bằng đồng Bằng thép không gỉ cacbon hoặc gang A – Kích thƣớc cơ bản - Bán kính chân vịt R ±(0,1%+0,5mm) ±0,1%+0,5mm ±0,15%+0,5mm - Chiều dài tiết diện cánh ±1% + 1mm ±1% + 1mm ±1,5% + 1mm - Bƣớc xoắn H ±0,75% ±1% ±2% ±1% ÷ 1,5% ±1,5% ÷ 2% ±1,5% ÷ 3% + 2%÷3,5% + 1mm + 2%÷ 4% + 1,5mm 3%÷ 6% + 2,5mm ±0,5%+4mm ±0,5%+4mm ±0,5%+5mm ±0,2%+3mm ±0,2%+3mm ±0,2%+3mm ±0,2%+2mm ±0,3%+2mm ±0,4%+2mm Bƣớc của cánh và tiết diện - Chiều dày profin cánh B – Vị trí - Vị trí các đƣờng tâm cánh theo chu vi bằng %D - Vị trí của cánh theo chiều tâm trục chân vịt tại 0,5R và 0,95R tính bằng %D - Vị trí đƣờng tâm cánh theo chiều dọc tâm chân vịt tại 0,5R tính bằng %D - 47 3.4.2. Yêu cầu về độ nhám bề mặt. Trị số nhám bề mặt đƣợc cho trong bảng 3.3 [2, tr236] Bảng 3.6. Độ nhám gia công cánh và may ơ chân vịt. Chân vịt cấp cao Đƣờng kính chân vịt (mm) Bằng đồng Bằng thép không gỉ Chân vịt cấp thông thƣờng Bằng thép không gỉ Bằng thép cacbon hoặc gang Độ bóng bề mặt của cánh ở các bán kính lớn hơn 0,3R 300 - 1000 ∇6 ∇5 ∇3 ∇1 ∇6 ∇4 ∇1 500µ Độ bóng bề mặt của cánh ở các bán kính ≤ 0,3R và may ơ 300 – 1000 ∇5 ∇4 ∇1 500µ Lớn hơn 1000 ∇4 ∇3 500µ 500µ Bảng 3.7. Độ nhám. 48 3.5. Gia công trên máy CNC 3 Trục. 3.5.1. Phân tích chi tiết gia công: Cánh chân vịt là chi tiết đƣợc xếp vào loại những chi tiết phức tạp vì cánh chân vịt cong dạng xoắn ốc và có độ dày các điểm khác nhau, nên cần có phƣơng án gá đặt thích hợp khi gia công để đảm bảo yêu cầu về độ chính xác. Đồng thời vì cánh chân vịt có độ dày giảm dần từ củ tới đầu cánh nên sẽ bị khó khăn khi gia công chân vịt, trong quá trình phay, lực của dao tác dụng lên cánh chân vịt sẽ gây rung động lớn và làm cho cánh chân vịt bị võng xuống gây ảnh hƣởng xấu đến độ chính xác và chất lƣợng bề mặt gia công. Vì vậy cần thiết phải có đồ gá đảm bảo độ cứng vững cần thiết cho chân vịt. Khi gia công chân vịt trên máy phay CNC 3 trục, cần phải gia công từng mặt một, một số chỗ phức tạp nhƣ bề mặt bị chồng nhau giữa 2 cánh chân vịt (khi chân vịt có tỷ lệ mặt đĩa cao). Khi gia công chân vịt có tỷ lệ mặt đĩa nhỏ, không bị chồng mặt giữa 2 cánh, thì gia công 2 mặt hút và đẩy thực hiện bình thƣờng bằng cách gá lên trục gá. Đối với chân vịt có tỷ lệ mặt đĩa lớn thì tại các chỗ bị chồng bề mặt giữa 2 cánh máy CNC 3 trục không thể gia công đƣợc do đó phải sử dụng bàn gá xoay đƣợc để hỗ trợ quá trình gia công. 3.5.2. Một số phƣơng án gá đặt thƣờng dùng: Tùy thuộc vào loại máy phay CNC là 3 trục hay 5 trục và kích thƣớc của bàn máy để có phƣơng án gá đặt thích hợp đối với từng loại chi tiết khác nhau nhằmphát huy đƣợc hết tính năng kỹ thuật của từng kiểu máy với mục tiêu đạt đƣợc hiệu quả kinh tế cao nhất, do đó qui trình công nghệ khi gia công chân vịt trên các máy khác nhau cũng khác nhau. Đối với các máy phay CNC nhiều trục, ví dụ nhƣ máy 5 trục, đồ gá sẽ đơn giản hơn nhiều so với các loại máy phay 3 trục do khả năng có thể gia công đƣợc chi tiết tại nhiều vị trí. Tuy nhiên, ở nƣớc ta hiện nay do các loại máy CNC nhiều trục chƣa đƣợc sử dụng rộng rãi vì giá thành còn cao nên thƣờng chỉ dùng máy phay 3 trục để gia công chế tạo chân vịt. Do loại máy phay 3 trục chỉ có thể gia công theo 3 chiều không gian và cũng không thể tự động gia công ở các vị trí đặc biệt nên rất khó gia công chi tiết phức tạp nhƣ chân vịt. Trƣờng hợp chân vịt có tỷ lệ mặt đĩa lớn, tức là xảy ra sự trùng lắp giữa 2 cánh liền kề, nếu sử dụng máy phay 3 trục để gia công thì cần phải sử dụng bàn gá đặt xoay ba chiều chuyên dùng cho máy phay CNC để xoay phần bị che khuất giữa hai cánh về mặt phẳng tiến của dao thì mới có thể gia công đƣợc những vị trí đặc biệt bị che khuất nói trên. a) Sơ đồ nguyên lý đồ gá: Hình dƣới trình bày phƣơng án lắp bằng đồ gá đối với chân vịt có tỷ số mặt đĩa lớn. Kết cấu đồ gá gồm có chân đế của bàn gá xoay 1 có gia công hai đƣờng rãnh nằm hai bên nhằm mục đích lắp chặt đồ gá lên trên mặt bàn của máy phay CNC bằng các bulông kẹp. Các chi tiết nằm phía trên của bàn gá xoay ba chiều sẽ đƣợc liên kết chặt với đĩa số 3, trong đó đĩa cùng với những chi tiết nằm trên nó thể xoay xung quanh trục thẳng đứng. Trên đĩa 3 là đĩa xoay 2, thƣờng đã đƣợc tiêu chuẩn hóa để kẹp những chi tiết gia công và có bố trí những rãnh xẻ số 7 nhằm mục đích gá đặt các thiết bị kẹp chặtchi tiết gia công. Trong quá trình gá lắp, để điều chỉnh chi tiết phay cần 49 xoay bàn gá góc xoay thích hợp, sẽ đƣợc xác định nhờ có vạch chia độ 14 và đƣợc điều chỉnh chính xác nhờ vít chỉnh số 6.Khớp trụ 5 liên kết với tấm gá tròn 2 và có thể xoay đƣợc trong mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng bàn máy. Góc xoay này đƣợc điều chỉnh chính xác bằng vít chỉnh 4. Hình 3.20. Đồ gá cho chân vịt gia công trên máy CNC 3 Trục. Ngoài ra, để gia công chân vịt còn làm thêm các dụng cụ gá đặt chuyên dụng sau : -Cụm trục gá côn: Cụm trục gá côn gồm có ba chi tiết chính là trục côn 8, vòng đệm 9 và đai ốc 10. Một đầu của trục côn 8 sẽ đƣợc lắp chặt trên tấm gá tròn 2 của bàn gá xoay nói ở trên. Đoạn côn trục đƣợc chế tạo chính xác có tâm trục và độ côn giống nhƣ lỗ moayơ chân vịt Phần đầu trục có ren để lắp đai ốc 10. Tác dụng của vòng đệm 9 nhằm tăng lực siết của đai ốc và phân bố đều lực xiết trên moayơ. -Cụm chi tiết phiến định vị: Trong quá trình gia công, lực cắt của dao cụ tác động lên mặt cánh gây ra lực uốn, đồng thời sự tƣơng tác giữa dao cụ và phôi cũng sẽ làm xuất hiện hiện tƣợng dao động nên ảnh hƣởng trực tiếp đến chất lƣợng bề mặt gia công, trƣờng hợp này là cánh chân vịt. Để khắc phục hiện tƣợng này, chế tạo cụm phiến định vị cấu tạo gồm đế phiến 13 có hai gờ hai bên để thuận lợi cho việc kẹp chặt chi tiết trên đĩa 3 của bàn xoay 3 chiều. Giữa đế 13 có tạo một rãnh trƣợt cho phiến 12 làm bằng thép rèn, có chiều dày đủ lớn để cứng vững khi gá đặt. Đầu phiến 12 đƣợc bo tròn để việc tiếp xúc giữa phiến và mặt cánh là tốt nhất và phiến 12 di chuyển đƣợc trong rãnh đế 13 nhờ vào trục vít 11 và khi gá phải vặn vít 11 để phiến ép lên cánh nhằm khử dao động sinh ra khi gia công b) Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động của đồ gá lắp để gia công các chân vịt có cánh chồng lên nhau đƣợc thực hiện theo trình tự sau : - Lắp bàn gá xoay 3 chiều lên mặt bàn máy phay CNC, dùng bulông -đai ốc siết chặt bàn gá xoay với bàn máy, sau đó lắp trục côn 8 lên bàn xoay và siết chặt vấu kẹp. 50 - Lắp moay ơ chân vịt vào trục côn số 8, sau đó lắp vòng đệm số 9 vào trục côn và siết chặt đai ốc 10. - Cân chỉnh góc xoay và góc nghiêng của bàn gá xoay một cách chính xác nhờ các vít chỉnh số 4 và số 6. - Lắp các cụm phiến tỳ trên bàn gá xoay và cố định chắc chắn nhờ các các chi tiết kẹp chặt chuyên dụng, sau đó mới điều chỉnh vít 11để các phiến tỳ có thể ép chặt lên bề mặt cánh. - Sau khi lắp đặt xong chân vịt lên bàn gá, tiến hành kiểm tra, vặn chặt lại các đai ốc và chuẩn bị gia công. Hình dƣới mô tả phƣơng án gá đặt chân vịt trên bàn gá xoay để thực hiện quá trình gia công mặt đẩy và mặt hút các cánh chân vịt chồng lên nhau. Hình 3.21. Hoạt động của đồ gá. 51 3.5.3. Đồ gá gia công chân vịt D 1200 (mm) Các thông số: - Đƣờng kính: 1200 (mm) - Số cánh: 3 - Bƣớc: 1000 (mm) - Tỷ lệ mặt đĩa: 0,55 - Vật liệu: Đồng. Đối với chân vịt đƣờng kính 1200 mm, vì kích thƣớc vƣợt quá giới hạn bàn máy CNC nên bắt buộc phải gia công từng cánh một. Khi phay xong một cánh thì xoay đồ gá để đƣa phần tiếp theo vào gia công. Sử dụng đồ gá phân độ để gia công từng cánh. Hình 3.22. Đồ gá xoay gia công từng cánh chân vịt. 52 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. Hình 3.23. Cấu tạo đồ gá. Trục gá côn Đai ốc kẹp phôi. Đĩa xoay phân độ. Tấm đế. Đai ốc kẹp đĩa xoay. Đai ốc kẹp trục gá Vít điều chỉnh lò xo Lò xo Bi Phôi đƣợc lắp vào trục gá côn 1 và kẹp chặt bằng đai ốc 2. Sau đó lắp trục gá vào đĩa xoay 3 và kẹp chặt trục gá với đĩa xoay bằng đai ốc 6. Đĩa xoay đã đƣợc kẹp vào đế nhờ đai ốc 5. Đĩa xoay phân độ nhờ bi 9, lò xo 8 và vít điều chỉnh 7. - Khi muốn xoay cánh khác vào gia công ta nới lỏng đai ốc 5 và xoay đĩa xoay đến khi viên bi rớt vào lỗ ( 3 lỗ đƣợc khoan trên đĩa xoay, cách đều 120o). - Khi đã gia công xong 1 mặt, tháo đai ốc 6, lật ngƣợc cả cụm trục gá + phôi lại và tiếp tục kẹp trục gá vào đĩa xoay bằng đai ốc 6. 53 - Trục gá côn 1 khống chế phôi 5 bậc tự do. 2 đầu trục gá có phần ren để kẹp chặt phôi nhờ đai ốc. Đồng thời ở mỗi đầu có phần trụ dài 33mm đƣờng kính ∅70 mm. Đƣợc vát xuống 3mm nhƣ hình dƣới. Đoạn trục này yêu cầu độ chính xác kích thƣớc cao và dung sai độ đảo hƣớng kính nhƣ trong bản vẽ yêu cầu. Hình 3.24. Mặt cắt trục đoạn định vị. Sử dụng đoạn trục này để khống chế bậc tự do xoay của trục gá bởi vì phần đƣờng kính đoạn này của trục gá phải nhỏ để không gây đụng dao khi gia công. Do đó rất bất tiện khi sử dụng chốt trụ và chốt trám và phiến tỳ để khống chế đủ 6 bậc tự do. Vì vậy, làm một đoạn ngắn 33mm trên trục với độ chính xác cao để khống chế 3 bậc tự do (nhƣ chốt trụ và chốt trám). 3 bậc tự do còn lại sẽ đƣợc khống chế bằng phần mặt của phôi áp vào mặt trên của đĩa xoay. - Đĩa xoay đƣợc chế tạo khoan 3 lỗ đƣờng kính ∅10 cách đều 120o để phân độ đều để xoay khi gia công 3 cánh chân vịt. Phần lỗ tròn đƣờng kính ∅70 của đĩa xoay cần chế tạo nhƣ hình dƣới, có thể sử dụng phƣơng pháp chuốt hoặc khoan đến lỗ ∅65, sau đó dùng phƣơng pháp gia công điện cực để gia công đạt yêu cầu. Dung sai vị trí bề mặt độ đồng trục đƣợc tra theo [6, tr59, bảng 3.3] và [6, tr197, bảng 9] Hình 3.25. Mặt cắt đĩa xoay đoạn định vị trục gá. 54 - Tấm đế đƣợc tiện lỗ ∅100H6 và khoan 1 lỗ ∅10 đế bỏ bi và lò xo phân độ. Cần đảm bảo độ song song giữa mặt trên và mặt đáy, độ vuông góc của lỗ ∅100H6 và mặt trên của tấm đế. Trên tấm đế có phay 2 rãnh 2 bên để gá vào bàn máy CNC Hình 3.26. Hình cắt đế. 3.5.4. Đồ gá gia công mô hình chân vịt D 150 (mm) Các thông số: - Đƣờng kính: 150 mm - Số cánh: 3 - Bƣớc: 150 mm - Tỷ lệ mặt đĩa: 0,35 - Vật liệu: Nhựa. 55 Hình 3.27. Trục gá định vị để gia công chân vịt trên máy CNC 3 Trục. Cách sử dụng: Bƣớc 1: Trục gá đƣợc gắn vào rãnh chữ T bàn máy phay CNC, sau đó kẹp chặt trục gá vào bàn máy bằng đai ốc M24 và đoạn ren M24 trên trục. Bƣớc 2: Lắp then bằng vào rãnh then trên trục gá và lắp phôi (đã đƣợc khoan lỗ và xọc rãnh then) vào trục gá. Bƣớc 3: Kẹp chặt phôi bằng đai ốc M16 và đoạn ren M16 trên trục gá, sử dụng thêm vòng đệm để kẹp chặt và đều hơn. Bƣớc 4: Sau khi gia công xong một mặt thì tiến hành tháo đai ốc M16 ra, tháo phôi ra, lật ngƣợc lại và lắp vào đúng góc rãnh then, sau đó gia công tiếp. 56 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 1. KẾT LUẬN: Quá trình thực hiện đồ án đã đạt đƣợc kết quả: - Sử dụng Pro Engineer để mô hình hóa chân vịt tàu thủy có sự hỗ trợ tính toán của Excel. Sau đó có thể sử dụng mô hình 3D để gia công ra chi tiết chân vịt. - Sử dụng kết hợp Excel và Pro Engineer có thể rút ngắn thời gian mô hình hóa chân vịt, dễ dàng thay đổi các thông số để tạo ra chân vịt khác. - Gia công chân vịt với lập trình hỗ trợ của Pro Engineer góp phần tăng độ chính xác, chất lƣợng bề mặt của chân vịt. Hạn chế tối đa ảnh hƣởng của con ngƣời nhƣ tay nghề, sức khỏe vào sản phẩm đƣợc chế tạo. Bài đồ án còn một số khuyết điểm: - Trình bày phần tính toán trong trang tính Excel còn chƣa đƣợc khoa học. - Chƣa sản xuất chân vịt để thí nghiệm độ hiệu quả của chân vịt mà chỉ chế tạo mô hình bằng nhựa. 2. ĐỀ XUẤT: - Để tạo đƣợc chi tiết chân vịt tốt hơn nữa, có thể sử dụng mô hình chân vịt 3D đã vẽ để phân tích độ bền, độ hiệu quả hoạt động trong môi trƣờng làm việc của chân vịt. Sau đó tiếp tục điều chỉnh thêm các thông số trong bảng số liệu dùng để tra cứu. - Rút gọn thời gian thiết kế chân vịt hơn bằng cách sử dụng Excel để thực hiện thêm phần hỗ trợ tra chế độ cắt tự động cho lập trình gia công, giá tiền vật liệu phôi, dao. - Tiếp tục nghiên cứu sử dụng Pro Engineer 5.0 để chế tạo khuôn đúc, đúc phôi với hình dạng gần giống với chi tiết chân vịt để gia công nhanh hơn và tiết kiệm vật liệu hơn. - Vì trong quá trình chế tạo mô hình gặp một số khó khăn do máy CNC 3 trục Bridgeport bị một số trục trặc nên đề xuất Trung tâm thí nghiệm thực hành trƣờng đại học Nha Trang có kế hoạch sửa chữa bảo trì để có thể khai thác đƣợc tốt nhất. 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyễn Cảnh Thanh, (2007). Lý thuyết tàu thủy. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 2. Nguyễn Đăng Cƣờng (2000). Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủy. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 3. Nguyễn Đắc Lộc và các tác giả (2007). Sổ tay công nghệ chế tạo máy, Tập 2. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. 4. Nguyễn Văn Tƣờng (2010). Lập trình gia công với Pro/Engineer Wildfire 4.0 5. Nguyễn Xuân Mai và Võ Duy Bông (1983). Hướng dẫn thiết kế chân vịt tàu thủy. Nhà xuất bản nông nghiệp Hà Nội. 6. Ninh Đức Tốn và Nguyễn Thị Xuân Bảy (2010). Dung sai lắp ghép và kĩ thuật đo lường. Nhà xuất bản giáo dục Việt Nam. 7. Trần Hữu Quế và Đặng Văn Cứ và Nguyễn Văn Tuấn (2003). Vẽ kĩ thuật cơ khí tập hai. Nhà xuất bản giáo dục. 8. Weisstein, Eric W. "Helicoid." From MathWorld--A Wolfram Web Resource. http://mathworld.wolfram.com/Helicoid.html 9. Weisstein, Eric W. "Rotation Matrix." From MathWorld--A Wolfram Web Resource. http://mathworld.wolfram.com/RotationMatrix.html [...]... các mô hình chân vịt trong bể thử, ví dụ mô hình chân vịt Wageningen hoặc Gawn là hai loại đƣợc dùng khá phổ biến hiện nay Hình 2.4 Nguyên lý tạo cánh chân vịt Các dạng prôfin cánh chân vịt thƣờng 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. .. là hình dáng cánh chân vịt Mặt cánh quay về hƣớng chuyển động của tàu gọi là mặt hút, mặt kia gọi là mặt đẩy Còn mép cánh hƣớng về chiều quay chân vịt gọi là cạnh dẫn, mép kia gọi là cạnh theo Căn cứ vào hình dạng của đƣờng 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. .. điều kiện sức bền cánh và không sủi bọt Công thức tính tỷ lệ mặt đĩa  [5, tr10] (2.2) Các kích thƣớc và đặc điểm hình học chính của chân vịt trình bày trên hình 10 Hình 2.9 Các kích thước hình học của chân vịt Một số kí hiệu: 11 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 đƣờng bao cánh chân vịt đƣợc trình bày... do ăn mòn lại không cao do đó thƣờng đƣợc dùng để chế tạo loại chân vịt cao cấp và thông thƣờng 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 đƣờng kính chân vịt 15 2.2 Lý thuyết kiểm tra chân vịt 2.2.1 Xác định bƣớc xoắn bằng dụng cụ: - Gồm thanh lắp lỏng thẳng góc với tay... Hình 2.11 Một số chân vịt với số cánh 3, 4 ,5 14 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 nhƣ không sử dụng Vật liệu chân vịt phải thỏa mãn đƣợc 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 đƣờng kính chân. .. cạnh theo 6 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, thƣờng gọi là profin cánh chân vịt hình 2.4 [2, tr126] Profin cánh chân vịt hiện nay thƣờng có dạng lƣu tuyến với chiều dày lớn nhất là emax và các chiều dày khác của profin sẽ đƣợc lấy theo tỷ lệ % emax... 1 – TỔNG QUAN VỀ CHÂN VỊT TÀU THỦY Chân vịt tàu thủy: Chân vịt là thiết bị đẩy tàu đi tới bằng cách sử dụng năng lƣợng đƣợc 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 trƣớc 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... cánh chân vịt z: Số cánh chân vịt ít ảnh hƣởngđến hiệu suất nhƣng lại có ảnh hƣởng 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 thƣờng dễ chế tạo, nhƣng khi làm việc sẽ gây rung động nhiều, ngƣợc lại chân vịt nhiều cánh khi làm việc sẽ ít gây rung động nhƣng khó chế tạo hơn Đối với các tàu đánh cá thƣờng sử dụng chân vịt có... cách AC và BC BC là một phần của bƣớc xoắn khi điểm A di chuyển đến mặt phẳng ứng của điểm B Bƣớc xoắn của chân vịt sẽ là: H  Hình 2.13 Xác định bước xoắn bằng dây dọi Hình 2.14 Xác định bước xoắn bằng thước thẳng 2 R AB 16 Chƣơng 3: MÔ HÌNH HÓA VÀ LẬP TRÌNH GIA CÔNG CHÂN VỊT TÀU THỦY TRÊN PHẦN MỀM CAD/CAM 3.1 Xác định các tọa độ các điểm của cánh chân vịt trong phần mềm Excel và mô hình hóa 3.1.1... tính Excel Bảng 3.3 Thông số để chỉnh sửa trong Pro Engineer Nhập vào Local Parameter trong Pro E Đƣờng kính D (mm) 150 Bƣớc xoắn H (mm) 150 25 3.1.5 Mô hình hóa trong phần mềm Pro Engineer a Mô hình hóa tạo file ban đầu: 1 Nhập tọa độ vào file dạng đuôi pts bằng Notepad (chọn dạng lƣu Save as với tên toado.pts) Hình 3.8 Tạo file toado.pst 2 Trong môi trƣờng Part – Solid của Proe, chọn Offset Coordinate ... án tốt nghiệp Ứng dụng Pro Engineer vào mô hình hóa chế tạo chân vịt tàu thủy có nhiệm vụ sau: Tìm hiểu trình bày tổng quan chân vịt tàu thủy Ứng dụng ProE để mô hình hóa chân vịt với hỗ trợ...TRƢỜNG 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 Phƣơng SVTH: Nguyễn... Hình 3.14 Soildfy cánh chân vịt 28 Hình 3.15 Chân vịt sau mô hình hóa 29 Hình 3.16 Các bƣớc thay đổi thông số chân vịt 30 Hình 3.17 Lập trình gia công mô hình chân vịt